Развитие модельных систем поддержки принятия решений в АСУ ТП доменной плавки

• Автор: Краснобаев, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ОСНОВНЫХ
ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
1.1. Современные тенденции развития автоматизации технологических процессов в металлургии
1.2. Особенности управления доменной плавкой в современных условиях
1.3. Модельные системы поддержки принятия решений при управлении доменной плавкой
1.4. Современные представления о зоне вязкопластичного состояния железорудных материалов (зоне когезии)
1.5. Постановка задач диссертационного исследования
Глава 2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКОЙ
2.1. Постановка задачи
2.2. Верхний (первый) уровень функциональной модели автоматизированной системы управления доменной
плавки
2.3. Декомпозиция функции А1 «Выполнить контроль исполнения графика выпусков доменных печей»
2.4. Декомпозиция функции А2 «Выполнить учет производства доменных печей и качества»
2.5. Декомпозиция функции АЗ «Осуществить слежение за поступлением железорудного сырья и кокса в доменный

2.6. Декомпозиция функции А4 «Выполнить учет расхода шихтовых материалов»
2.7. Декомпозиция функции А5 «Выполнить учет расхода энергоресурсов»
2.8. Выводы
Глава 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА
3.1. Постановка задачи. Структура модели
3.2. Расчет распределения рудной нагрузки по радиусу колошника
3.3. Расчет газодинамических характеристик шихты в кольцевых сечениях шахты доменной печи
3.4. Теплообменные процессы в верхней и нижней зонах печи
3.5. Форма и размеры зон вязкопластичного состояния железорудных материалов
3.6. Выводы

Глава 4. РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНЫХ
ПРИЛОЖЕНИЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА И УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКОЙ
4.1. Программная реализация расчетного модуля и
интерфейса пользователя
4.2. Примеры решения некоторых технологических задач
4.2.1. Базовый период
4.2.2. Проектные периоды
4.3. Выводы
Глава 5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ
СОВРЕМЕННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННО - МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКОЙ
5.1. Интеграция систем АСУТП в корпоративную информационную систему металлургического предприятия
5.2. Структура современной автоматизированной системы управления доменной плавки
5.3. Реализация АСУ ТП доменной плавкой на ОАО «ММК»
5.4. Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Фрагмент диаграмм функциональной модели информационно-моделирующей системы зоны вязко-пластичного
состояния железорудных материалов
Приложение Б. Фрагменты функциональных диаграмм модели доменного процесса с учётом радиальной неравномерности
распределения материалов и газов
Приложение В. Фрагмент спецификации функциональных
диаграмм модели доменного процесса с учётом радиальной
неравномерности распределения материалов и газов
Приложение Г. Фрагмент описания подсистемы моделирования газодинамических, физико-механических характеристик слоя шихты и теплообменных процессов в кольцевых сечениях столба
материалов доменной печи
Приложение Д. Акт внедрения системы на ОАО «ММК»
Приложение Е. Акт внедрения результатов диссертационной
работы в учебный процесс

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Постоянно растущие цены на сырье, топливо, ужесточение конкуренции на внутреннем и внешнем рынках ставят перед металлургами задачи непрерывного поиска путей улучшения техникоэкономических показателей традиционной металлургической технологии. Пути совершенствования технологий доменного производства и результаты этой работы хорошо известны. На многих предприятиях различных стран достигнуты высокие показатели работы доменных печей по производительности, по удельному расходу кокса. Современные тенденции по созданию и развитию АСУ ТП доменных печей характеризуются последовательным оснащением всех печей надёжными средствами измерений и контроля, компьютерной техникой, дальнейшим применением передовых системотехнических решений и математических моделей. В связи с этим актуальной научной проблемой является использование современных достижений в области математического моделирования, теории и практики доменной плавки, теории управления при разработке автоматизированных систем управления.
Цель работы. Совершенствование АСУ ТП доменной плавки на основе развития модельной системы поддержки принятия решений и интеграции системы в существующую информационную структуру металлургического предприятия.
Задачи исследования
1. Разработка усовершенствованной функциональной модели автоматизированной системы управления доменной плавкой,
учитывающей внедрение новых компонентов АСУ ТГ1, изменения в системе учёта производства, источниках получения и использования данных, деятельности технологического персонала.
2. Усовершенствование математической модели доменного процесса УрФУ за счет учёта радиальной неравномерности распределения материалов и газов, разработка соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения.
3. Разработка способа диагностики конфигурации и местоположения зоны вязкопластичного состояния железорудных материалов (ЗВСЖРМ) в доменной печи и исследование влияния на нее распределения шихтовых материалов и газов на колошнике доменной печи.
4. Интеграция АСУ ТП доменной плавки в единое информационное пространство металлургического предприятия.

Глава 2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКОЙ
2.1. Постановка задачи
Впервые функциональная модель автоматизированной системы управления доменной плавки ОАО «ММК» была разработана более 10 лет назад [139]. За последние 10 лет в доменном цехе ОАО «ММК» произошли кардинальные изменения. Политика руководства комбината, направленная на модернизацию основного производства, принесла положительные результаты. Уже сегодня 5 из 8-ми доменных печей оснащены беконусными загрузочными устройствами фирмы «Поль Вюрт». Модернизация основного технологического оборудования сопровождается модернизацией и развитием систем автоматизации доменного цеха. За этот период внедрена АСУ «Шихтоподачи» на всех доменных печах, что позволило минимизировать участие газовщиков в процессе учёта загрузки шихтовых материалов в доменную печь. Автоматизирован процесс учёта и контроля за графиком выпусков. Модернизирована система учёта производства чугуна. В рамках реконструкции доменных печей существенно увеличилось количество измеряемых параметров.
Все эти изменения привели к необходимости разработки по сути новой функциональной модели автоматизированной системы управления доменной плавкой, которая позволяет воедино связать все процессы и комплексно оценить все взаимосвязи между подсистемами автоматизации доменного цеха.
В связи с тем, что доменное производство является одним из самых важных в цепочке производства металлопроката и качество товарной продукции начинает формироваться на начальных переделах, а процесс измерения технологических параметров в доменной печи является затруднительным и зачастую - невозможным, доменщикам требуется разработка математических моделей для качественного ведения доменного процесса и для своевременного принятия управленческих решений.
В основу метода, используемого при проектировании автоматизированной системы оперативного контроля и анализа доменной плавки, положены идеи и нотации методов структурного анализа и проектирования IDEF0 [39, 121].