Повышение эффективности АСУ ТП непрерывной разливки стали

• Автор: Логунова, Оксана Сергеевна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 383 с. : ил.

Введение

Глава 1. Теоретикоинформационный анализ объекта автоматизации

1.1. Оценка рынка потребления и производства непрерывнолитой заготовки

1.2. Конструкционные особенности объекта автоматизации.

1.3. Функции и структура АСУ ТП машин непрерывного литья заготовок

1.4. Характеристика качества продукции производства как показатель стабильности управления машинами непрерывного литья заготовок
1.5. Цели и задачи теоретического, экспериментального и практического исследований диссертационной работы
1.6. Традиционные пути решения проблемы управления режимами охлаждения непрерывнолитой заготовки
1.6.1. Теоретические исследования в области моделирования процесса теплопроводности и оптимизации охлаждения заготовок
1.6.2. Экспериментальные исследования по изучению управляющих воздействий на процесс разливки стали

1.6.3. Исследования методов получения экспертных оценок по электронным изображениям.

1.7. Системный подход к исследованию информационных потоков в системе управления качеством непрерывнолитой заготовки
1.7.1. Информационные потоки технологического процесса непрерывной разливки стали.
1.7.2. Структурная взаимосвязь информационных потоков и способы получения информации.
1.8. Онтологический анализ и функциональное моделирование процесса непрерывной разливки стали.
1.9. Основные концепции решения проблемы оптимизации вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки.
1 Выводы по главе 1.
Глава 2. Получение и обработка экспертной информации о качестве непрерывнолитой заготовки в АСУ ТП.
2.1. Система управления качеством непрерывнолитых заготовок как компонент АСУ ТП
2.2. Технологические особенности изготовления серного отпечатка поперечного темплета и информационное обеспечение исследования качества заготовок
2.3. Анализ изображения как математическая задача.
2.4. Математическая модель для описания изображения серного отпечатка темплета от непрерывнолитой заготовки прямоугольного сечения
2.5. Аналитическое выделение точек и областей пониженной яркости на изображении серного отпечатка темплета непрерывнолитой заготовки
2.5.1. Шумоподавление на изображениях серного отпечатка
2.5.2. Сегментация электронного изображения серного отпечатка на объекты нерегулярной формы
2.6. Стохастическая модель распределения дефектов по сечению непрерывнолитой заготовки.
2.7. Технологические особенности использования автоматизированной системы оценки качества для заготовки квадратного сечения
2.8. Организация автоматизированного рабочего места технолога по регистрации результатов контроля макроструктуры непрерывнолитой заготовки
2.9. Выводы по главе 2.
Глава 3. Формализация задачи многокритериальной оптимизации затвердевания непрерывнолитой заготовки
3.1. Математическое описание процессов затвердевания непрерывнолитой заготовки с движущимися границами раздела фаз.
3.2. Эмпирическая основа математической модели затвердевания непрерывнолитой заготовки в условиях ОАО ММК.
3.3. Классификация требований к технологии непрерывной разливки стали и качества непрерывнолитой заготовки, приводящих к увеличению объема производства
3.4. Построение списка критериев и ограничений задачи оптимизации охлаждения непрерывнолитой заготовки.
3.5. Основные понятия теории предпочтения в многокритериальной среде.
3.6. Зависимость критериев и ограничений в их общем наборе задачи оптимизации процесса охлаждения непрерывнолитой заготовки
3.7. Стратегия постановки задачи многокритериальной оптимизации охлаждения непрерывнолитой заготовки.
3.8. Выводы по главе
Глава 4. Решение многокритериальной задачи при требовании снижения термических градиентов в непрерывиоли гой заготовки
4.1. Построение многогранника решений задачи оптимизации охлаждения непрерывнолитой заготовки.
4.2. Алгоритм и численная реализация математической модели процесса затвердевания непрерывнолитой заготовки
4.3. Алгоритм неградиентного метода случайного поиска с операторами адаптации для многокритериальной задачи при условии снижения внутренних термических напряжений в непрерывнолитой заготовке
4.4. Скорость поиска и сходимость процесса адаптации в неградиентном методе случайного поиска решения многокритериальной задачи оптимизации.
4.5. Результаты оптимизации вторичного охлаждения непрерывнолитой
заготовки на основе решения многокритериальной задачи.
4.6. Результаты моделирования тепловых полей непрерывнолитой заготовки квадратного сечения в зонах вторичного охлаждения
4.7. Двухмерная оптимизация выбора режимов вторичного охлаждения на основе иеградиентного метода случайного поиска.
4.8. Математическая модель скоростных компонент вытягивания непрерывнолитой заготовки
4.9. Выводы по главе
Глава 5. Средства автоматизированного управления процессом непрерывной разливки стали
5.1. Программное обеспечение модулей АСУ непрерывной разливки стали структурные части программного обеспечения и их взаимодействие
5.2. Структура автоматизированной информационной системы оценки качества непрерывнолитой заготовки по ее изображению
5.2.1. Функциональные и технологические схемы эргатической подсистемы .
5.2.2. Алгоритмизация оцифровки электронного изображения серного отпечатка поперечного темплета непрерывнолитой заготовки
5.2.3. Алгоритм сканирования изображения серного отпечатка
5.2.4. Алгоритм графического представления данных по набору изображений серных отпечатков
5.2.5. Квантификация интерфейса для программного продукта
5.3. Структура программного обеспечения i
5.4. Структура программного обеспечения i.
5.5. Структура программного обеспечения .
5.6. Функциональная модель исследования качественных зависимостей между тепловыми полями непрерывнолитой заготовки и полем вероятности нарушения ее сплошности
5.7. Выводы по главе 5.
Глава 6. Практическое использование результатов исследования в АСУ ТП непрерывной разливки стали.
6.1. Предпосылки построения обобщающих зависимостей для применения в АСУ ТП непрерывной разливки стали.
6.2. Способ определения режимов охлаждения непрерывнолитой заготовки по температурным, геометрическим и скоростным показателям
6.3. Способ определения режимов охлаждения непрерывнолитой заготовки по скоростным и качественным показателям для малоуглеродистых сталей
6.4. Способ определения относительных показателей расходов охладителя непрерывнолитой заготовки по скоростным, качественным и геометрическим показателям для малоуглеродистых сталей
6.5. Функциональная модель комплексного исследования процессов и оптимизации режимов вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки с использованием модулей АСУ ТП
6.6. Выводы по главе 6.
Заключение
Библиографический список.
Приложение 1.
Приложение 2.
Приложение 3.
Приложение 4.
Приложение 5.
Приложение 6.
Введение
Широкое использование в практике управления автоматизированных систем позволяет эффективно использовать сложные промышленные технологии и производства. В структуре автоматизированных систем управления технологическими процессами и производствами важное место занимают информационное, математическое и программное обеспечения. Не являются исключением и технологические процессы одной из основных отраслей экономики России черная металлургия. Довольно часто в общей стоимости нового металлургического оборудования половину составляет стоимость программноаппаратного комплекса автоматизированной системы управления.
Металлургия играет важную роль в формирований макроэкономических показателей российской экономики. Особенностями металлургии являются ее высокие капитало, материало и энергоемкость производств. Металлургическая промышленность в значительной степени определяет уровень загрузки производственных мощностей ряда базовых отраслей экономики. На производство продукции металлургического комплекса расходуется топлива, электроэнергии от их общего потребления в промышленности, сырья и минеральных ресурсов от общего их потребления в стране. Металлургические предприятия обеспечивают около грузооборота железнодорожного транспорта.
Более металлургических предприятий являются градообразующими, и результаты их работы определяют экономику и социальную стабильность регионов. В десятку ведущих металлургических регионов входят Вологодская, Челябинская, Липецкая, Свердловская, Белгородская, Кемеровская, Магаданская, Мурманская области, Краснодарский край, Республики Хакасия и Саха Якутия 1, с. .
ОАО Магнитогорский металлургический комбинат ОАО ММК входит в первую двадцатку крупнейших металлургических предприятий мира. За период с года по год объем продаж ОАО ММК на внут
ренний рынок металлопродукции увеличился с до тыс т, что составило от общего уровня продаж российского рынка. Общий объем выпущенной продукции возрос ог до 0 тыс т. Доля непрерывнолитой заготовки в структуре металлопродукции ОАО ММК составляет 4 , то есть 7 тыс т.
Актуальность


С июля года в эксплуатацию пущена машина непрерывного литья заготовок квадратного сечения в сталеплавильном цехе ОАО ММК. Поставщик оборудования и систем автоматизации для этого агрегата Фест Альпине Индустрианлагенбау ГмбХ Ко. Принципиальная схема МНЛЗ для выпуска заготовок квадратного сечения представлена на рис. Агрегат предназначен для разливки стали в 5 ручьев с обтемом сталеразливочного ковша в 5 т. Радиус МНЛЗ составляет 9 м , с. На рис. МНЛЗ 3 зона воздушного охлаждения заготовки 4 затравочная машина для вытягивания заготовки из кристаллизатора в начале серии 5 машина газовой резки заготовки на мерные части 6 устройство уборки заготовок рольганги, сталкиватель заготовок, кантующий холодильник. Установлен гидравлический механизм качания ix. Амплитуда качания кристаллизатора в пределах 0 9 мм при частоте качаний 0 в минуту. Для поддержания заготовки на выходе и исключения деформации профиля иод кристаллизатором устанавливаются поддерживающие ролики с первым участком зоны вторичного охлаждения заготовки. Эта зона включает четыре независимых участка общей длиной м. На первом участке используется вода, на остальных водовоздушная смесь. Интенсивность охлаждения задается по четырем кривым в зависимости от марки стали , с. Для обеспечения заявленной производительности МНЛЗ необходимо вести разливку с большими скоростями при условии работы сериями. Согласно для МНЛЗ предусмотрены скорости, сечения, длины и производительность, приведенные в табл. Таблица 1. На рис. ККЦ и электросталеплавильном цехе ОАО ММК за периоды года. Таким образом, в настоящее время для непрерывной разливки стали в ОАО Магнитогорский металлургический комбинат работает современное оборудование. Успешная его эксплуатации в первую очередь определяется соблюдением разработкой существующих технологий и их совершенствованием на основе современных методов разработки и моделирования технологических процессов. Рис. С января года на ОАО ММК внедряется проект по управлению производством в рамках корпоративной информационной системы КИС. В рамках КИС разработаны i i и i системы, необходимость которых обусловлена получением информации о производственных процессах непосредственно с рабочих мест и последующим оперативным использованием в системе планирования и управления производством. Функциональная схема КИС ОАО ММК представлена на рис. Рис. На рис. Платформу этой системы составляет АСУ ТП различных переделов металлургического комбината. Подсистема управления технологией осуществляет регламентацию технологических режимов производства и параметров контроля качества продукции. Подсистема содержит полный объем технологической нормативной информации, на основании которой формируются и передаются в АСУ ТП агрегатов технологические требования для каждой позиции производственной программы. Параллельно производится передача информации в систему управления качеством. Одной из подсистем АСУ ТП в МЕЭ является АСУ ТП машин непрерывного литья заготовок. Основные функции АСУ ТП машин непрерывного литья заготовок согласно исследованиям Маковского В. А. можно классифицировать по схеме, приведенной на рис. В качестве параметров контроля температура и масса стали в сталеразливочном ковше, температура и уровень металла в кристаллизаторе, расход и давление воды в зонах вторичного охлаждения и кристаллизаторе, усилие вытягивания заготовки из кристатлизатора, расход технологический смазки, перепад температуры воды в кристаллизаторе. Рис. Для каждой машины непрерывного литья заготовок, функционирующей в условиях действующих цехов существуют особенности в построении АСУ непрерывной разливки стали. Машины непрерывного литья заготовок, действующие в условиях ОАО ММК, построены на основе двухуровневого иерархического принципа с децентрализацией вычислительных средств по основным технологическим узлам МНЛЗ. Базисный уровень Уровень 1, обеспечивает контроль и управление технологическими параметрами. Уровень 2 построен на основе математических моделей и программного обеспечения. Функциональная схема АСУ ТП непрерывной разливки стали в ОАО ММК приведена на рис.