WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

«Колесников Владимир Александрович МОДЕЛИ, АЛГОРИТМЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МЕТАЛЛУРГИИ 05.13.06 - Автоматизация и управление ...»

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Колесников Владимир Александрович

МОДЕЛИ, АЛГОРИТМЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ

АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ В МЕТАЛЛУРГИИ

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и

производствами (по отраслям)

Диссертация на соискание учёной степени



кандидата технических наук

Томск - 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

Введение

Раздел 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МЕТАЛЛУРГИИ И ПРОБЛЕМЫ ИХ АВТОМАТИЗАЦИИ.

................. 6

1.1 Системный анализ технологического процесса металлургического производства как объекта управления и контроля

1.2 Конвейерный транспорт в металлургии и основные направления в разработке конвейерных весов

1.3 Состояние и проблемы автоматизации взвешивания и дозирования в технологических процессах металлургии

1.4 Автоматические системы управления на основе газового анализа в технологических процессах металлургии

1.5 Измерительные системы газового анализа в металлурги

1.6 Модели металлургических процессов и систем

1.7 Постановка цели и задач исследования

Раздел 2. МОДЕЛИ, АЛГОРИТМЫ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

2.1 Информационно-измерительные системы

2.2 Математические модели и алгоритмы измерения

2.3 Термодинамические модели информационно-измерительных систем

2.4 Перспективы проектирования и создания отечественных ИИС

Выводы к разделу 2

Раздел 3. ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И ДОЗИРУЮЩИЕ

КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИИ ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ

МЕТАЛЛОВ

3.1 Двухканальный электротензорезисторный весовой комплекс......... 7 7

3.2 Конвейерный комплекс, обладающий устойчивостью к динамическим воздействиям и ударным нагрузкам

3.3 Программно-аппаратурное обеспечение весовых комплексов......... 8 8

3.4 Модели динамического взвешивания на конвейерных весах........... 3 9 Выводы к разделу 3

Раздел 4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ

ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО И СПЕКТРАЛЬНОГО ГАЗОВОГО

АНАЛИЗА

4.1 Информационно-измерительная система для люминесцентного газового анализа

4.2 Алгоритм расчета концентрации молекулярного кислорода в атмосфере из кинетики замедленной фосфоресценции

4.3 Термодинамический подход к люминесцентному газовому анализу кислорода

4.4 Информационно-измерительная система для спектрального газового анализа

Выводы к разделу 4

Раздел 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ВРОЖДЕННАЯ СПОСОБНОСТЬ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

5.1 Понятие о технологической наследственности

5.2 Наследственность и эффект последействия

5.3 Модель врожденной способности информационноизмерительных систем

5.4 Закон Мура

5.5 Жизненный цикл и живучесть информационноизмерительных систем

5.6 Прогнозные ресурсы информационно-измерительных систем........ 136

5.7 Информационно-измерительные системы и общая теория систем Выводы к разделу 5

Заключение

Список использованных источников

Приложение А Патент

Приложение Б Акты внедрения оборудования и практического применения результатов диссертационного исследования

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ,

СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

–  –  –

ВВЕДЕНИЕ

Непрерывность технологических процессов черной металлургии создает весьма благоприятные условия для комплексной автоматизации.

Основными предпосылками для полной автоматизации технологического процесса являются повышение уровня механизации на участках и в цехах, применение дистанционного управления механизмами, высокий уровень оснащения агрегатов контрольно-измерительными приборами.

Автоматизация контроля и управления является одним из способов повышения производительности агрегатов и улучшения качества продукции.





В свою очередь автоматизация влияет на технологию процесса, развитие более полной механизации, усовершенствование оборудования.

При рассмотрении металлургических агрегатов как объектов контроля и регулирования можно указать ряд особенностей, выделяющих их из общего ряда промышленных объектов контроля и регулирования, и поэтому налагающих на них особые требования при создании автоматизированных систем управления. Эти особенности состоят в следующем:

1. Металлургические процессы являются сложными объектами, которые можно подразделить на ряд элементарных звеньев, простых объектов и простых процессов.

2. Физическая сложность, многофакторность процессов приводит к тому, что основные металлургические агрегаты являются многосвязными объектами, функционирование которых определяется рядом входных и выходных величин, испытывающих взаимное влияние.

3. Несмотря на то, что металлургические процессы, в принципе, подчиняются основным законам переноса тепла, вещества и импульса, однако, тем не менее, отсутствуют достаточно полные математические модели реальных технологических процессов.

4. Сложность основных металлургических объектов и разнообразие возмущений, приложенных в различных местах агрегатов, подводит к тому, что объекты характеризуются большим числом контролируемых величин и управляющих воздействий.

5. Металлургические объекты отличаются значительными трудностями осуществления автоматического контроля основных параметров. Эти трудности обусловлены в основном высокими температурами и химической агрессивностью сред, принимающих участие в технологическом процессе.

6. Металлургические объекты принадлежат, как правило, к классу нелинейных объектов, то есть объектов, поведение которых описывается нелинейными математическими выражениями.

Работа по автоматизации технологического процесса и металлургических агрегатов является самостоятельным исследованием и должна проводиться по определенному плану.

В практике мирового приборостроения и создания информационноизмерительных систем происходит постоянное ужесточение требований к качеству изделий, резко увеличиваются быстродействие, точность и другие показатели, которые, в конечном счете, определяют экономику соответствующих отраслей промышленности.

В настоящее время разработкой, исследованием и применением систем измерения веса материала и его дозированием занимается много проектных, конструкторских организаций и промышленных предприятий. Однако необходимые для этого теория и методы инженерных расчетов недостаточно разработаны, а разрозненность информации затрудняет выбор оптимальных решений.

Развитие современной технологии металлургических предприятий требуют создания новых типов универсальных и специальных анализаторов для оперативного контроля микропримесей в чистых газах.

К таким анализаторам предъявляются требования, которым не удовлетворяют масс-спектрометрические и газохроматографические средства измерений. Это - обеспечение высокой чувствительности, селективности, быстродействия, малой погрешности, при одновременном выполнении требований по простоте конструкции, технологичности, малой потребляемой мощности и низкой стоимости. Существенны также требования, связанные с обеспечением возможности работы приборов в составе информационноизмерительных, информационно-управляющих и информационновычислительных комплексов для автоматизации технологических процессов с проведением одновременных измерений во многих точках объекта.

Цель работы - разработка моделей, алгоритмов, промышленных прототипов весоизмерительных и дозирующих комплексов, измерительных систем газового анализа для автоматических и автоматизированных систем управления технологическими процессами в металлургии черных и цветных металлов По обобщающим выводам анализа состояния техники, для решения сформулированной актуальной проблемы в диссертационной работе необходимо исследовать и решить следующие актуальные задачи:

- разработка моделей, алгоритмов, а также нового поколения конвейерных весов на современной конструкторской и элементной базе, обеспечивающих класс точности 1-0,5;

- использование современных методов обработки и анализа информации, а также разработка нового микропрограммного обеспечения процессорных модулей управления и программного обеспечения верхнего информационного уровня для связи с автоматическими и автоматизированными системами управления технологическими процессами, способными мгновенно анализировать состояние объекта и своевременно и точно управлять исполнительными механизмами дозирующих устройств;

- разработка весоизмерительных систем для конвейеров, имеющих короткую длину и работающих в условиях больших динамических нагрузок и ударных воздействий, а также разработка их программного обеспечения;

- разработка моделей и алгоритмов, а также исследование излучений микропримесей кислорода в аргоне, криптоне и ксеноне в условиях тлеющего разряда и при фотолюминесценции, а также разработка на основе полученных результатов методов анализа, экспериментальных установок и промышленных приборов для их обнаружения;

- разработка моделей и алгоритмов функционирования измерительных систем автоматических и автоматизированных систем управления технологическими процессами с использованием метода аналогий, неравновесной термодинамики, оценка на основе этих моделей экономической эффективности и целесообразности их проектирования, наследственности, жизненного цикла, живучести и ресурсов.

Научная новизна:

- разработаны модели и алгоритмы функционирования измерительных систем с использованием метода аналогий, неравновесной термодинамики, проведена оценка на основе этих моделей экономической эффективности и целесообразности их проектирования, наследственности, жизненного цикла, живучести и ресурсов;

- предложены модель и алгоритм динамического взвешивания на конвейерных весах, связывающие параметры измерительного устройства с параметрами взвешиваемого материала и окружающей среды;

- предложена модель излучения микропримесей кислорода в аргоне, криптоне и ксеноне в условиях тлеющего разряда и при фотолюминесценции, а также разработаны на основе полученных результатов методы анализа, экспериментальные установки и промышленные приборы для их обнаружения.

Практическая значимость работы:

1. Создано новое поколение конвейерных весов на современной конструкторской и элементной базе, обеспечивающих класс точности 1-0,5.

Использованы современные методы обработки и анализа информации, а также разработано новое программное обеспечение микропроцессорных модулей управления и верхнего уровня, способного мгновенно анализировать состояние объекта и своевременно и точно управлять исполнительными механизмами исполнительных устройств.

Разработанный автоматизированный весовой комплекс тензорезисторный внедрен на металлургическом комбинате АО «АрселорМиттал Темиртау», АО «Жайремский ГОК» «ТНК Казхром» о чем свидетельствуют акты внедрения оборудования.

Кроме того, автоматизированные весовые комплексы, используются на Донском ГОКе, на рудниках «ТУР» и «Восточный Камыс» рудоуправления Казмарганец, ТОО «Сары-Арка СпеКокс» на базе АО «Шубарколь Комир».

Разработана весоизмерительная система для конвейеров, имеющих короткую длину и работающих в условиях больших динамических нагрузок и ударных воздействий, а также разработано их программное обеспечение.

2. Разработан комплекс средств измерений микропримесей ксенона (Xe), азота (N2), кислорода (О2), метана (СН4), диоксида углерода (СО2) в криптоне (Кг) и измерений микропримесей Кг, N2, О2, СН4, СО2 в ксеноне может быть использован в металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Разработанный анализатор и автоматическая система на его основе используется в цехах по производству кислорода, в сварочных цехах, в плавильном процессе по продувке жидкой стали на предприятиях: ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», г. Магнитогорск; ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат», г. Новокузнецк; АО «АрселорМиттал Темиртау», г. Темиртау при контроле чистоты газа. При производстве поверочных газовых смесей - в ООО «ПГС-сервис» г.

Заречный.

Анализатор и система внедрены на ТОО «Оркен» ЛФ АО «АрселорМиттал Темиртау» г. Лисаковск, о чем свидетельствует акт внедрения.

Результаты диссертационной работы используются в ТОО «Оркен» ЛФ АО «АрселорМиттал Темиртау» г. Лисаковск, АО «Жайремский ГОК» г.

Жайрем, ТОО «InsatGroup» г. Караганда для разработки и реализации проектов в области перспективных систем автоматизации металлургических процессов, о чем свидетельствуют акты, об использовании результатов диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие основные положения:

Я утверждаю, что:

1. Методологические основы использования методов неравновесной статистической термодинамики и метода аналогий позволяют осуществить проектирование, анализ параметров и функционирования измерительных систем.

2. Новые модели врожденной способности, жизненного цикла, живучести и прогнозных ресурсов измерительных систем позволяют с малыми затратами проектировать и разрабатывать новые измерительные системы различного функционального назначения.

3. Новые модель и алгоритм динамического взвешивания на конвейерных весах, а также новое поколение конвейерных весов на современной конструкторской и элементной базе дают возможность обеспечить класс точности 1-0,5 и интегрировать их в системы управления технологическими процессами.

4. Новая модель излучения микропримесей кислорода в аргоне, криптоне и ксеноне в условиях тлеющего разряда и при фотолюминесценции, а также методы анализа позволяют проектировать и разрабатывать экспериментальные установки и промышленные приборы для их обнаружения.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из Введения, пяти разделов, Заключения, Списка использованных источников и Приложения. Общий объем диссертации 172 станицы.

В первом разделе описаны методы и средства ряда физических величин, характеризующих протекание важнейших процессов в металлургии.

Информация о результатах этих измерений используется для управления производственных процессов и их проектировании. В тоже время, средства измерения являются важным компонентом систем автоматического управления металлургическим производством.

рассмотрены общие характеристики Во втором разделе информационно-измерительных систем. В основе любой информационной системы лежат процессы измерения и получаемая при этом информация.

Этим вопросам уделяется в этом разделе большее внимание, т.к. введены в рассмотрение новые методы моделирования информационных систем на основе метода аналогий и неравновесной статистической термодинамики.

В настоящем разделе приведены примеры использования метода аналогий для анализа проектирования информационно-измерительных систем, их характерных параметров и экономических показателей.

Получена формула, которая определяет правило выбора процессора при проектировании информационных систем. Из нее следует, что объем памяти процессора определяется, в основном, произведением количества информации, поступающей от исследуемого объекта, и точности системы.

Последняя, как правило, обратно пропорциональна отношению сигнал/шум и стремится к оптимальному значению при снижении уровня шума. Отметим, что правильный выбор процессора определяет в большей степени стоимость разрабатываемой информационной системы. Выбор процессора с большой памятью не всегда оправдан.

В разделе показано, что потеря информации в информационной системе тем меньше, чем больше время измерения и больше количества информации I от объекта. Все же, отдельно стоит отметить то, что и правда, уменьшение времени переходного процесса (т.е. при увеличении ), возможность процесса, связанного с потерей энергии системы становится меньшей. Но практически данный способ не целесообразен. Напротив, нынешние и вновь разрабатываемые информационные системы должны обладать большим быстродействием для передачи большого объема информации.

Получена формула, которая показывает, что эффективность проектирования и изготовления информационно-измерительных систем определяется, в основном, базовым ресурсом предприятия М и его запасом N, а также ценой самой системы с(t).

Получена формула, которая показывает увеличение стоимости информационной системы с увеличением ее объема памяти и уменьшение стоимости с увеличением объема инвестиций F.

Полученная формула, которая показывает, что уменьшить цену отечественной информационно-измерительной системы и выиграть в конкурентной борьбе, можно только за счет увеличения получаемой информации I от датчиков (сенсоров).

Это возможно в следующих случаях:

- путем создания новых типов датчиков (сенсоров);

- путем новых схематических решений по получению и обработки информации;

- путем использования отечественных материалов и ресурсов.

В третьем разделе рассматриваются некоторые фундаментальные аспекты процесса динамического взвешивания. Предложена термодинамическая модель динамического взвешивания на конвейерных весах с учетом влияния внешних условий и внутренних параметров измерительной системы. Здесь же описано новое поколение конвейерных весов на современной конструкторской и элементной базе, обеспечивающих класс точности 1-0,5 с использованием современных методов обработки и анализа информации. Разработано новое программное обеспечение микропроцессорных модулей управления и верхнего уровня, способного мгновенно анализировать состояние объекта и своевременно и точно управлять исполнительными механизмами дозирующих устройств. Описана весоизмерительная система для конвейеров, имеющих короткую длину и работающих в условиях больших динамических нагрузок и ударных воздействий, а также разработано их программное обеспечение.

В четвертом разделе представлены результаты исследований излучений микропримесей кислорода в аргоне, криптоне и ксеноне в условиях тлеющего разряда и при фотолюминесценции, а также разработки на основе полученных результатов методов анализа, экспериментальных установок и промышленных приборов для их обнаружения.

Экспериментально установлена зависимость амплитуды выходного сигнала эмиссионного газоанализатора от параметров газового тракта.

Построена математическая модель, связывающая параметры выходного аналитического сигнала с условиями проведения спектрального анализа.

Детально рассмотрен механизм формирования сигнала замедленной флуоресценции при тушении возбужденных центров красителя молекулярным кислородом. Разработан высоковольтный генератор для получения тлеющего разряда, не имеющий аналогов в технике спектрального анализа. Разработана схема запирания ФЭУ для улучшения параметров люминесцентного газоанализатора. Получено изменение сигнала фосфоресценции эозина на силикагеле КСМГ от концентрации кислорода и показано, что такие кислородные датчики обладают необходимой чувствительностью в требуемом диапазоне концентрации. Предложена термодинамическая модель люминесцентного газоанализатора, позволяющая оптимизировать его параметры с учетом внешних условий и внутренних параметров измерительной системы.

В пятом разделе рассмотрены вопросы наследования, врожденной способности, жизненного цикла и ресурсов информационно-измерительных систем с термодинамической точки зрения.

Изучение явлений технологической наследственности способствует повышению надежности работы реальных приборов и систем, так как позволяет установить причины явлений и условия регулирования параметров технологических процессов, в ходе которых формируются свойства этих приборов и систем.

Загрузка...

Предложена модель врожденной способности информационных систем. Получено уравнение, которое позволяет экспериментально определять врожденную способность информационных систем. Если в качестве эффективности информационной системы взять отношение выходной сигнал/входной сигнал, то можно определить Э1, Э2, …по заданным W1, W2,…и, тем самым, определить врожденную способность информационной системы. Таким образом, можно проводить анализ информационных систем с точки их технической состоятельности и экономической перспективности.

Получено уравнение, которое является математическим выражением закона Мура. Однако, в отличие от обычных интерпретаций закона Мура, полученное уравнение содержит врожденную способность, что является существенным фактом. Дело в том, что экспоненциальная зависимость типа закона Мура характерна для многих процессов в природе и обществе, далеких от микроэлектроники, но врожденная способность системы присутствует всегда.

Предложена модель и получены формулы для определения жизненного цикла и живучести информационных систем. Из полученного уравнения следует, что живучесть информационной системы также существенным образом (через W) зависит от её врожденной способности или технологической наследственности.

Получена формула для оценки прогнозных ресурсов информационной системы. Показано, что ресурсы системы будут возрастать с увеличением числа каналов связи и канальной емкости системы.

Основные положения и результаты Апробация работы.

диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях:

Вторая Международная выставка технологий, оборудования для горнодобывающего и металлургического комплекса и рационального использования недр MinTek Kazakstan, Караганда (2006); IV Международная научно-практическая конференция «Проблемы и пути устойчивого развития горнодобывающих отраслей промышленности», Хромтау (2007);

Международная научно-практическая конференция «Комплексная переработка минерального сырья», Караганда (2008); Международная научно-практическая конференция «Обеспечение экологической безопасности – путь к устойчивому развитию Казахстана», Тараз (2010);

Международный симпозиум «Информационно-коммуникационные технологии в индустрии, образовании, науке», Караганда (2010); VIII международная научная конференция «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов», Алматы (2011); VIII международная научная конференция «Хаос и структуры в нелинейных системах. Теория и эксперимент», Караганда (2012), Международная конференция посвященная 75 – летию академика НАН РК Абдильдина М.М. «Актуальные проблемы современной физики», Алматы (2013), X международная научная конференция «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов, Алматы (2013), 8-ая Международная научная конференция «Современные достижения физики и фундаментальное физическое образование», Казахстан, Алматы (2013), VII Международная научнопрактическая конференция «Научно-технический прогресс в металлургии», посвященная 50 – летию Карагандинского государственного индустриального университета, Темиртау (2013), VII Международная научная конференция «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане», г. Алматы (2013), Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития науки и образования», г. Тамбов (2014), Материалы научно-практической конференции магистрантов и студентов «Букетовские чтения – 2014», Караганда (2014), Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию Е.А.Букетова, Караганда (2015), Техника и технология машиностроения: материалы IV международной студенческой научно – практической конференции, Омск (2015), По материалам диссертации опубликовано 49 статей и тезисов докладов, получен патент, издано 2 монографии. Ниже приведен список публикаций за последние 3 года.

В журналах, включенных в перечень ВАК

1. Колесников, В.А. Лабораторная установка для люминесцентного анализа микропримесей кислорода в аргоне / В.А. Колесников, В.М. Юров // Научное обозрение. – 2010. – №5. – С. 45-50.

2. Колесников, В.А. Перспективы проектирования и создания отечественных информационно-измерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров // Научное обозрение. – 2013. – №4. – С. 151-155.

3. Колесников, В.А. Некоторые аспекты метода аналогий в проектировании информационно-измерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. – 2013 – № 2. – Режим доступа : http://www.scienceeducation.ru/108-8609

4. Колесников, В.А. Метод аналогий и экономические аспекты проектирования информационно-измерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров // Фундаментальные исследования. – 2013. – №6. – Ч. 4. – С.837В сборниках международных конференций и симпозиумов

5. Колесников, В.А. Термодинамика информационноизмерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров // X международная научная конференция «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов, 5-7 июня 2013 г. – Алматы, 2013. – С.404-411.

6. Колесников, В.А. О законе Мура и некоторых смежных вопросах в электронике / В.А. Колесников, В.М. Юров, Я.Ж. Байсагов // 8-ая Международная научная конференция «Современные достижения физики и фундаментальное физическое образование», 9-11 октября 2013 г. – Алматы, 2013. – С. 233-234.

7. Колесников, В.А. Теоретические аспекты динамического взвешивания / В.А. Колесников, В.М. Юров, Я.Ж. Байсагов // 8-ая Международная научная конференция «Современные достижения физики и фундаментальное физическое образование», 9-11 октября 2013 г. – Алматы, 2013. – С. 240-241.

8. Колесников, В.А. Применение современных аналого-цифровых преобразователей совместно с тензорезистивными датчиками для весовых информационно-измерительных систем / Я.Ж. Байсагов, В.А. Колесников, В.М. Юров // VII Международная научно-практическая конференция «Научно-технический прогресс в металлургии», 11-12 октября 2013 г. – Темиртау, 2013 – С. 143-147.

9. Колесников, В.А. Портативная информационно-измерительная система для анализа вредных газов / Д.М. Закиев, В.М. Юров, В.А.

Колесников // VII Международная научно-практическая конференция «Научно-технический прогресс в металлургии», 11-12 октября 2013 г. – Темиртау, 2013 – С. 147-151.

10. Колесников, В.А. Экспресс-анализ кислорода в инертных газах / В.А. Колесников, В.М. Юров // VII Международная научно-практическая конференция «Научно-технический прогресс в металлургии», 11-12 октября 2013 г. – Темиртау, 2013 – С. 151-158.

11. Колесников, В.А. Разработка высокотемпературной ячейки для измерения электрофизических параметров синтезированных твердых электролитов в газовых атмосферах / Н.В., Перевезенцев, В.А. Колесников, Я.Ж. Байсагов // VII Международная научная конференция «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане», 6 декабря 2013 г. – Алматы: Изд-во Раритет, 2013. – Ч. 1. – С. 36-41.

12. Колесников, В.А. Энтропия информационно измерительных систем / В.А. Колесников, Я.Ж. Байсагов // VII Международная научная конференция «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане», 6 декабря 2013 г. – Алматы: Изд-во Раритет, 2013.

– Ч. 1. – С. 41-45.

13. Колесников, В.А. Технологические принципы построения информационной измерительной системы на базе современного весоизмерительного комплекса / В.А. Колесников, Я.Ж. Байсагов // VII Международная научная конференция «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане», 6 декабря 2013 г. – Алматы: Изд-во Раритет, 2013. – Ч. 1. – С. 46-51.

14. Колесников, В.А. Проектирование и изготовление печатной платы для блока индикации конвейерных весов / Л.С. Аскерова, Я.Ж.

Байсагов, В.А. Колесников // VII Международная научная конференция «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане», 6 декабря 2013 г. – Алматы: Изд-во Раритет, 2013. – Ч. 1. – С.

92-97.

15. Kolesnikov, V.A. Dynamic measurement of weight by conveyor scales / V.A. Kolesnikov., Ya.Zh. Baysagov, V.M. Jurov, Zh.T. Ismailov // Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития науки и образования», 31 января 2014 г. – Тамбов, 2014. – Ч.8. – С.8-9.

16. Колесников, В.А. Метод измерения веса в конвейерных весах на основе аналого-цифровых преобразователей совместно с тензорезисторными датчиками / В.А. Колесников, Ж.Т. Исмаилов, Д.М. Закиев // Мат. науч.практ. конф. «Букетовские чтения – 2014». – Караганда, 2014. – С.115-120.

17. Колесников, В.А. Организация передачи данных между модулями конвейерных весов / В.А. Колесников, Я.Ж. Байсагов, В.Ч.

Лауринас // Техника и технология машиностроения: Мат. IV междунар. студ.

науч.-практ. конф, 25-30 марта 2015 г. / ОмГТУ. – Омск, 2015. – С.15-20.

18. Колесников, В.А. Автоматизированная система управления установкой получения спецкокса / В.А. Колесников, Н.В. Замятин // Техника и технология машиностроения: Мат. IV междунар. студ. науч.-практ. конф, 25-30 марта 2015 г. / ОмГТУ. – Омск, 2015. – С.108-114.

Патент

19. Инновационный патент Республики Казахстан № 23590 от 15.12.2010, бюл. № 12 Конвейерные весы / В.А. Колесников, Т.С. Намазбаев, В.К. Муравлев, В.Ю. Моисеенко и др.; заявитель и патентообладатель АО «Казчерметавтоматика».

Монографии

20. Колесников, В.А. Средства измерения и контроля технологических процессов на предприятиях горно-металлургического комплекса / Т.С. Намазбаев, С.Х. Есенбаев, В.А. Колесников. – Караганда:

Изд-во КарГТУ, 2012. – 107с.

21. Термодинамика информационно-измерительных систем / В.А Колесников [и др.]. – Караганда: Издательско-полиграфический центр Казахстанско-Российского университета, 2013. – 112 с.

В других периодических изданиях

22. Колесников, В.А. Термодинамика и люминесцентный газовый анализ / В.А. Колесников, В.М. Юров // Успехи современного естествознания. – 2013. – №4. – С. 122-125.

23. Колесников, В.А. Термодинамический анализ информационноизмерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – №4. – С. 9Колесников, В.А. Разработка структурной схемы универсального передатчика информационно-измерительной системы / Ж.Т. Исмаилов, В.А.

Колесников, Д.М. Закиев // Вестник карагандинского университета. Сер.

Физика. – 2013. – №2(70). – С. 32-37.

25. Колесников, В.А. Технологическая наследственность информационно-измерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров, Ж.Т.

Исмаилов // Вестник карагандинского университета. Сер. Физика. – 2013. – №2(70). – С. 38-48.

26. Kolesnikov, V.A. Theoretical aspects dynamic weighings / V.A.

Kolesnikov, V.M. Jurov, Ya.Zh. Baisagov // Вестник карагандинского университета. Сер. Физика. – 2013. – №4(72). – С. 68-74.

27. Колесников, В.А. Прогнозные ресурсы информационноизмерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров // Успехи современного естествознания – 2013. – №12. – С. 61-62.

28. Колесников, В.А. Жизненный цикл и живучесть информационноизмерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – №10. –Ч. 2. – С. 352-354.

29. Колесников, В.А. Врожденная способность информационноизмерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – №10. – Ч. 2. – С. 355-358.

30. Колесников, В.А. Врожденная способность информационноизмерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров, Ж.Т. Исмаилов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – №10. – Ч. 3. – С. 513.

31. Kolesnikov, V.A. Principles of information technology measurement system based on modern weighty measuring complex / V.A. Kolesnikov, Ya.Zh.

Baisagov // Eurasian Physical Technical Journal. – 2013. – № 2(20). – Том 1. – С.

53-57.

32. Колесников, В.А. Экспресс – анализ кислорода в инертных газах / В.А. Колесников, В.Ч. Лауринас, Я.Ж. Байсагов // Вестник карагандинского университета. Сер. Физика. – 2014. – №3(75). – С. 35-46.

33. Колесников, В.А Врожденная способность информационноизмерительных систем и закон Мура / В.А. Колесников, В.М. Юров, Ж.Т.

Исмаилов // Современные наукоёмкие технологии. – 2014. – №1. – С. 90.

34. Термодинамические условия оптимального взвешивания на конвейерных весах / В.А. Колесников [и др.] // Современные наукоёмкие технологии. – 2014. – №1. – С. 90-91.

35. Колесников, В.А Одно из правил выбора процессора при проектировании информационно-измерительных систем / В.А. Колесников, В.М. Юров, Ж.Т. Исмаилов // Современные наукоёмкие технологии. – 2014. – №2. – С. 102.

Раздел 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МЕТАЛЛУРГИИИ ПРОБЛЕМЫ ИХ АВТОМАТИЗАЦИИ

Черная металлургия в начале XXI столетия характеризуется совершенствованием существующих и появлением новых технологических схем производства, новых агрегатов и технологий выплавки и рафинирования металла. Совершенствование существующих технологических процессов остаются актуальными задачами, стоящими перед исследователями и заводскими инженерами.

По мере роста производительности агрегатов и повышения требований к качеству металла растет роль автоматического контроля и управления металлургическими технологическими процессами, так как субъективные ошибки обслуживающего персонала могут привести к значительным абсолютным потерям металла, топлива, снижению производительности агрегатов или к снижению качества продукции.

Непрерывность технологических процессов черной металлургии создает весьма благоприятные условия для комплексной автоматизации.

Основными предпосылками для полной автоматизации участков, цехов являются повышение уровня механизации на участках, применение дистанционного управления механизмами, высокий уровень оснащения агрегатов контрольно-измерительными приборами.

Особенность черной металлургии - сравнительно небольшая численность персонала, непосредственно обслуживающего основные технологические агрегаты, поэтому автоматизация основных металлургических агрегатов не приводит, как правило, к сокращению рабочей силы, а наоборот, возникает необходимость в дополнительном привлечении высококвалифицированных работников для обслуживания систем контроля и управления.

В настоящем разделе описаны методы и средства ряда физических величин, характеризующих протекание важнейших процессов в металлургии.

Информация о результатах этих измерений используется для управления производственных процессов и их проектирования. В тоже время, средства измерения являются важным компонентом систем автоматического управления металлургическим производством.

1.1 Системный анализ технологического процесса металлургического производства как объекта управления и контроля Окускование руд и агломерация [1-4]. Окускованием железных руд называют процессы превращения мелких руд и концентратов в кусковые материалы с целью улучшения хода металлургических процессов в печах различного типа для получения металлов из руд. Сейчас окускование руд широко применяется в металлургии черных и цветных металлов. В металлургии черных металлов окускованию подлежат все мелкие руды и концентраты, из которых получают металл в доменном, сталеплавильном и электрометаллургическом производствах.

В настоящее время известны три метода окускования руд и концентратов: агломерация, окатывание и брикетирование. В черной металлургии наибольшее распространение получила агломерация руд.

Агломерацией называется процесс спекания мелких руд и концентратов путем сжигания топлива в слое спекаемого материала или подвода высокотемпературного тепла извне. Цель агломерации состоит в улучшении металлургических свойств сырья вследствие его окускования, введения флюса и других полезных добавок, а в ряде случаев и удаления вредных примесей.

С возникновением агломерации появилась возможность рационального использования отходов производства: колошниковой пыли, окалины, пиритных огарков и др. Их задают в исходную агломерационную шихту.

Схема технологического процесса агломерационной фабрики приведена на рисунке 1.1.

1 - шихтовые бункера; 2 - транспортер; 3 - барабанный смеситель; 4 - барабанный окомкователь; 5 - ленточная агломерационная машина; 5 - эксгаустер; 7 - зажигательный горн; 8 - слой спекаемой шихты; 9 – грохот

–  –  –

Железная руда, концентрат и возврат крупностью не более 8 - 10 мм поступают в шихтовые бункера 1 смесительного отделения аглофабрики.

Коксовую мелочь и известняк перед загрузкой в шихтовые бункера дробят до фракции 0 - 3 мм.

Из бункеров компоненты шихты в строгом массовом соотношении направляются транспортером 2 в барабанный смеситель 3, где частично увлажняются и тщательно перемешиваются. Из барабанного смесителя шихта поступает на окончательное увлажнение и окомкование в барабанный окомкователь 4, а затем равномерным слоем 8 укладывается на движущуюся ленту агломерационной машины 5. Движущаяся шихта, проходя под зажигательным горном 7, зажигается и спекается вследствие горения топлива за счет кислорода воздуха, непрерывно просасываемого через слой шихты эксгаустером 6. Горизонтальную скорость движения ленты с шихтой строго согласовывают с вертикальной скоростью перемещения зоны горения с таким расчетом, чтобы к моменту подхода шихты к разгрузочной части машины шихта спеклась по всей высоте слоя. Готовый агломерат разгружается на стационарный колосниковый грохот 9, где разделяется на фракцию 10 мм, поступающую в доменный цех, и возврат крупностью 0 мм.

Производство окатышей. Использование бедных железных руд в доменной плавке стало возможным лишь после глубокого их обогащения.

Окускование продукта обогащения железных руд - тонкоизмельченного концентрата - методом агломерации невыгодно вследствие снижения производительности агломерационных машин и ухудшения качества агломерата. Поэтому в последние годы получил значительное развитие новый метод окускования тонкоизмельченных концентратов, называемый окатыванием. Готовый продукт окатывания называется окатышами.

На рисунке 1.2 показана принципиальная схема производства окатышей.

Исходная шихта, состоящая из возврата, концентрата и тонкоизмельченного известняка, из бункеров 1 при помощи дозаторов выдается на сборный траспортер 2 и поступает в смесительный барабан -5.

После смешивания шихта поступает на окомкование в тарельчатый гранулятор 5, представляющий собой наклонную вращающуюся тарель диаметром от 3 до 5 м. Для лучшего окомкования перед гранулятором к шихте добавляют связующее вещество (бентонитовую глину) в количестве 0,3 - 1,5% и воду, подаваемую расположенными над тарелью форсунками.

При круговом движении гранулятора 5 загружаемая шихта при помощи связующего вещества и воды постепенно превращается в гранулы - комки.

Из гранулятора разгружаются только комки, достигшие определенного размера. Сырые окатыши подаются на обжиговую машину 6, чаще всего представляющую собой ленточный конвейер, подобный агломерационной ленте. На конвейере сырые окатыши последовательно проходят три зоны:

зону сушки, зону обжига и зону охлаждения. В зоне сушки окатыши подогреваются до 200 - 380° С газами, поступающими из зон обжига и охлаждения.

Циркуляция газов и удаление их в дымовую трубу осуществляется вентиляторами 7. В зоне обжига окатыши нагреваются до 1200 – 1350 °С продуктами горения газообразного или жидкого (мазута) топлива, просасываемыми через слой окатышей на колосниковой решетке машины. В зоне охлаждения окатыши охлаждаются принудительно подаваемым через решетку воздухом. Охлажденные окатыши разгружаются на грохот 8. Фракция 10 мм направляется в доменные печи, а фракция 0 - 10 мм является возвратом.

1 - шихтовые бункера; 2 - сборный транспортер; 3 - смесительный барабан;

4 - бункер для бентонита; 5 - тарельчатый гранулятор; 6 - обжиговая машина; 7 вентиляторы; 8 – грохот. Зоны обжиговой машины: I - сушки; II - обжига; III – охлаждения

–  –  –

Технологическая схема производства окатышей включает подготовку шихтовых материалов, дозирование и смешивание компонентов, окатывание, сушку, обжиг и охлаждение обожженных окатышей.

Автоматический контроль технологический процессов. Для эффективного ведения процесса производства агломерационной шихты необходим автоматический контроль химического, гранулометрического состава измельченных сырьевых минералов, уровней в емкостях сырья и готовых окатышей, массы подаваемых материалов, их влажности, качества сырых окатышей, температуры и давления различных сред, расхода топлива, наличия пламени в горелках и ряда других параметров. Эти параметры периодически определяются выполняемыми вручную лабораторными анализами. Необходимо чтобы приборы, предназначенные для непрерывного или периодического контроля производственных процессов, в темпе с производством обеспечивали возможность автоматического отбора проб из технологического потока, работали в тяжелых производственных условиях и осуществляли измерения за сравнительно короткое время.

Контроль химического состава. Контроль химического состава на современных агломерационных производствах производится с помощью масс-спектрометрических методов. Но для условий промышленного производства более перспективными являются рентгеновские квантометры.

Автоматический анализ продуктов сгорания. Для поддержания правильного и экономичного режима работы многих тепловых агрегатов, в том числе и оборудования агломерационной фабрики, необходим контроль химического состава продуктов сгорания.

В некоторых случаях об оптимальности режима сжигания топлива и о составе продуктов сгорания можно судить по содержанию кислорода в продуктах сгорания. Автоматический анализ этих газов на содержание кислорода может осуществляться автоматическим магнитным газоанализатором кислорода.

Контроль гранулометрического состава. В настоящее время нет автоматизированной системы такого контроля, поэтому такой контроль на современном агломерационном производстве осуществляется в лабораторных условиях. Различные опытные и опытно-промышленные образцы приборов находятся на стадии доработки и испытания.

Автоматический контроль погасания пламени и розжиг горелок.

Число коротких, менее одного часа, остановок современных обжиговых машин значительно. В отдельные периоды работы число остановок достигает 20 – 25 в сутки; средняя продолжительность остановок составляет 6 – 8 минут. В этих условиях необходимо частое выключение горелок или значительное уменьшение подачи топлива в горелки, что в свою очередь может приводить к отрыву факела и самопроизвольному погасанию пламени горелок. Раньше на производстве контроль работы горелок осуществлял обслуживающий персонал, что требовало непосредственного присутствия человека на рабочей площадке машины, где температура воздуха в летнее время достигает +60 оС. Кроме того, визуальный контроль за работой горелок не является непрерывным и поэтому не гарантирует от «хлопков».

Включение горелок и розжиг их вручную трудоемки и занимают много времени, поэтому при коротких остановках, горелки иногда не выключают, что ведет не только к излишнему расходу топлива, но и к нарушению технологического процесса. На современном этапе применяются автоматические системы контроля погасания и розжига горелок.

Контроль влажности. Влажность материалов является одним из основных параметров, существенно влияющий на процесс производства.

Надежный автоматический контроль влажности сырьевых материалов практически не разработан, но значимость этого параметра настолько велика, что несмотря на серьезные трудности ведутся большие работы по созданию методов и средств контроля.

Методы измерения влажности принято делить на прямые и косвенные.

При использовании прямых методов производят непосредственное разделение материала на сухое вещество и влагу. При применении косвенных методов измеряют величину, функционально связанную с влажностью материала.

Автоматическое регулирование процессов подготовки агломерационной шихты. В общем случае управление процессами подготовки агломерационной шихты осуществляется автоматической системой регулирования, включающей в себя дозирующие устройства. Эта система должна поддерживать заданную персоналом или автоматической системой производительность процесса подготовки при удовлетворительном качестве агломерационной шихты. В состав такой системы должны входить весоизмеритель исходных материалов, регулятор их количества и дополнительные регуляторы соотношения и увлажнения. Задание регулятору расхода устанавливается либо вручную, либо автоматическим регулятором по сигналу от весоизмерителя. Регуляторы подачи исходного материала исполнительными механизмами должны воздействовать на привода дозаторов. Регуляторы соотношения и исходного материала со связующей добавкой, с бетонитом и водой, получая сигналы от весоизмерителей, должны воздействовать на их подачу, поддерживая заданное соотношение между ними.

Управление процессом подготовки компонентов агломерационной шихты осуществляется автоматической системой управления, основанной на весовом конвейерном комплексе с функцией управления различными исполнительными механизмами, участвующими в технологическом Япроцессе, в частности различными дозирующими устройствами.

Автоматическая система должна поддерживать заданную персоналом или вышестоящей автоматической системой производительность процесса подготовки при удовлетворительном качестве агломерационной шихты.

Основным входным информационным параметром автоматической системы подготовки является сигнал, пропорциональный суммарному весу компонентов шихты. Для его получения используются конвейерные весы, измеряющие, нормализующие и вычисляющие вес компонентов. В общем случае, передаточная функция, зависящая от веса нескольких компонентов, будет иметь вид:

–  –  –

где (Р, Р …, Р ) – передаточная функция, Рк – вес каждого компонента, используемого при подготовке шихты.

Согласно передаточной функции, по заранее заложенному в автоматическую систему алгоритму происходит вычисление и корректировка основного выходного параметра автоматической системы управления – управляющего воздействия на вибрационные питатели дозаторов бункеров компонентов.

В качестве управляющего воздействия на питатели, пропорционального весу компонентов упр П (Р, Р …, Р ), используется либо токовый стандартизированный сигнал управления 4-20 мА, который в состоянии воспринимать как входной параметр большинство современных исполнительных механизмов, либо информация об управляющем воздействии передается по цифровому протоколу связи.

Весовое дозирование обеспечивает строгое соблюдение «рецепта», полный контроль параметров и учет материалов, автоматическую архивацию всех параметров технологического процесса. Вместе с этим есть возможность управления питателями предварительного дозирования и дополнительными исполнительными механизмами.

Наряду с точным соотношением компонентов шихты на её качество большое влияние на процесс агломерации оказывает окомкование шихты.

Чем крупнее гранулы (комки) шихты, тем выше газопроницаемость слоя шихты на ленте агломерационной машины и тем интенсивнее идет спекание.

Однако при крупных и плотных гранулах затрудняется доступ кислорода к частицам топлива внутри гранулы, поэтому верхний предел крупности комков определяется процессом горения топлива. Окомкование шихты происходит вследствие ее увлажнения в окомковательном барабане под действием возникающих между частицами материала капиллярных сил. Чем выше смачиваемость материала, тем лучше комкуемость шихты.

Наилучшая смачиваемость у известняка и бурых железняков, ниже - у красных и магнитных железняков, еще ниже - у концентратов. Кокс почти не смачивается.

Содержание влаги значительно влияет на комкуемость шихты. Для каждого состава шихты существует оптимальная влажность. На рисунке 1.3 приведена зависимость между газопроницаемостью шихты из криворожской руды и ее влажностью. Превышение оптимальной влажности (точка А на кривой) приводит к превращению шихты в полужидкую массу с низкой газопроницаемостью. Для бурых железняков оптимальная влажность выше, чем для красных и магнитных железняков, и составляет 14-16%. В некоторых случаях, например при производстве окатышей, для улучшения комкуемости в шихту добавляют вяжущие (клеящие) вещества.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |








 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.