Автоматизация процесса обжига клинкера на основе статистической идентификации динамических параметров вращающейся печи

• Автор: Порхало, Василий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ цементной печи обжига как теплотехнологического объекта управления
1.2. Исследование методов идентификации процесса обжига клинкера
1.3. Оценка состояния проблем интенсификации и управления
вращающейся печи обжига клинкера
1.4. Постановка задач исследования
2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА
ОБЖИГА КЛИНКЕРА ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПЕЧИ
2.1. Анализ исходных данных и выбор метода идентификации цементной печи как объекта управления
2.2. Получение математической модели процесса обжига на основе корреляционных методов анализа статистической информации
2.3. Представление математической модели цементной печи обжига клинкера как модели многосвязного объекта
2.4. Проверка адекватности полученной математической модели
2.5. Выводы
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБЖИГА КЛИНКЕРА НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ ОПТИМАЛЬНОСТИ, АВТОНОМНОСТИ И КАСКАДНОСТИ
3.1.Анализ методов управления сложными объектами управления и принципов построения систем
3.2. Разработка автономной системы управления процессом обжига клинкера
3.3 Разработка каскадной системы управления процессом обжига клинкера по управляемой переменной ток нагрузки
3.4. Синтез системы управления процессом обжига клинкера как распределенного объекта с применением принципа оптимальности
3.5. Выводы
4. РАЗРАБОТКА ИЕРАРХИЧЕСКОЙ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ ОБЖИГА КЛИНКЕРА С ПРИМЕНЕНИЕМ БСАИА-ТЕХНОЛОГИИ
4.1.Функциональный анализ микропроцессорной системы
автоматизации и ее места в комплексной системе
автоматизации производства цемента
4.2.Разработка структуры микропроцессорной системы автоматизации обеспечивающей выбор и стабилизацию оптимальных рабочих режимов обжига клинкера
4.3. Программы идентификации модели в среде МАТЬАВ с применением средств С1Л
4.4. Разработка советующей системы управления обжигом клинкера в форме БСАБА-системы
4.5. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Программа расчета математической модели в пакете
МАТЬАВ с применением средств ОШ
Приложение 2. Функциональная схема автоматизации

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. В настоящее время в России производство цементного клинкера в основном осуществляется во вращающихся обжиговых печах, работающих по «мокрому» способу производства. Важнейшую роль в производстве цемента по «мокрому» способу играет обжиг клинкера, на который приходится около 80% от общих энергозатрат, связанных с производством цемента[1,2]. Поэтому исследования по интенсификации и оптимизации обжига клинкера являются актуальными.
На существующих вращающихся печах для обжига уровень автоматизации еще не отвечает состоянию развития техники управления, контроль за состоянием технологического процесса осуществляется в основном аналоговыми измерительными средствами. На цементных производствах, где применяются современные средства автоматизации все еще главную роль в управлении занимает оператор, на которого возлагаются функции принятия решения на основе информации формируемой на пульте управления, при этом возможны ошибки в силу человеческого фактора. Создание полностью автоматической системы управления печью обжига с использованием инженерных методов автоматизации затрудняется тем, что процессы в печи являются достаточно сложными с точки зрения математического описания[3], поэтому для разработки системы управления требуется применение научных методов.
Интенсификация процесса обжига в основном должна быть направлена на обеспечение рационального режима обжига материала в печи, что достигается за счет снижения энергозатрат при одновременном обеспечении качества продукта на требуемом уровне[4]. Сформулированные условия могут быть выполнены благодаря построению автоматизированной системы управления, повторяющей функции человека, помогающей оператору

Для построения математической модели из всей массы переменных необходимо выделить значимые, управляемые переменные, которые характеризуют состояние процесса обжига, и измеряются с помощью датчиков, и управляющие переменные, изменяя которые оператор печи управляет технологическим процессом.
На основе опроса операторов на таких заводах как ЗАО «Осколцемент», ЗАО «Белгородский цемент» и ОАО «Себряковцемент», а также анализа литературы [42] был сформирован перечень основных для оператора измеряемых и управляющих переменных: Qgaz - количество газа(топлива), подаваемого в печь; АД Н2 — положение шиберов дымососов; Тог, Рог — температура и давление отходящих газов; СО2 — концентрация углекислого газа в отходящих газах; Т,,Т2 - температуры материала в зонах подогрева и кальцинирования; 1нагр - нагрузка на главном приводе печи; Твт, Рвт -температура и давление вторичного воздуха; (2ии1 — количество подаваемого шлама; - время оборота печи.
В табл.2.1 технологические параметры, которые будут использоваться для построения математической модели отмечены знаком «®». Все массивы данных для возможности оценки корреляции между сигналами были выровнены относительно единого стартового времени 2008/05/11 16:16:41, а предыдущие значения были отброшены.
Получение математической модели предполагает определение дифференциальных уравнений объекта, которые описывают его поведение в динамике. Такие уравнения легко находятся по выражениям для передаточных функций IV(я) процессов, характеризующих объект, поэтому задача анализа сводится к нахождению передаточных функций этих процессов.
В ТАУ существует несколько методов определения динамических характеристик системы, основанных на исследовании реакции системы на стандартные возмущения[43]. В качестве стандартных возмущений используют: единичную функцию, <5 - функцию и гармонический сигнал.