Разработка и применение систем моделирования и управления сталеплавильными процессами на основе объектно-ориентированного подхода

• Автор: Красноперов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ИСХОДНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

1Л Особенности сталеплавильных процессов как объекта

моделирования и управления.

1.2 Принципы и примеры построения систем моделирования и управления сталеплавильными процессами.

1.2.1 Анализ основ построения математических моделей сталеплавильных процессов

1.2.2 Анализ подходов к разработке автоматизированных систем управления технологическими процессами.

1.3 Аналитический обзор по объектноориентированному подходу.

1.3.1 Формальнологические основы объектноориентированного подхода.

1.3.2 Технологии и языки объектноориентированного

программирования

1.3.3 Современный объектноориентированный анализ и проектирование.
1.4 Применение объектноориентированного подхода при создании систем моделирования и управления
1.5 Постановка задачи
2. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫМИ ПРОЦЕССАМИ НА ОСНОВЕ ОБЪЕКТНООРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА.
2.1 Разработка методики объектноориентированного анализа и проектирования систем моделирования и управления сталеплавильными процессами
2.2 Объектноориентированное проектирование систем моделирования
2.2.1 Концептуальные основы разработки систем моделирования и управления.
2.2.2 Разработка системы моделирования на основе уравнений математической физики
2.2.3 Разработка системы моделирования на основе условноэлементарных операторов
2.3 Объектноориентированное проектирование систем управления
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2
3. РАЗРАБОТКА И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ
МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.1 Моделирование теплообменных процессов в трехмерном
приближении
3.2 Разработка системы моделирования сталеплавильных процессов на основе условноэлементарных технологических операторов.
3.3 Разработка и реализация системы моделирования кислородноконверторного процесса.
.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3
4. РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И
УПРАВЛЕНИЯ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКОЙ НОВОГО
НЕПРЕРЫВНОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
4.1 Функциональнотехнологическая характеристика нового непрерывного процесса получения стали.
4.2 Разработка системы контроля, управления и автоматизированного эксперимента
4.3 Математическое, алгоритмическое и программное обеспечение модулей системы.
4.4 Результаты внедрения автоматизированной системы контроля и управления новым металлургическим процессом.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В эмульсионных агрегатах основными операциями являются: перевод в первом реакторе металла и шлака в пенную эмульсию, отвод продуктов в рафинирующий отстойник и разделение в нем металла, шлака и газа. В реакторах струйного типа производится дробление кислородом потока металла на мелкие капли с образованием больших удельных поверхностей контакта фаз, что обеспечивает наилучшие кинетические условия для физико-химических процессов. Экспериментально доказано, что при малых размерах реакторы струйного типа имеют высокую производительность, которую невозможно достичь в агрегатах других видов [,]. При анализе условий взаимодействия металла и ишака выделяют реакторы естественного (объемного) смешения и принудительного противотока []. По условиям нагрева металла различают реакторы, рассчитанные на проведение процесса, имеющего замкнутый тепловой баланс и реакторы, использующие тепло внешних источников в виде газа, индукционного или электроду гового нагрева [,]. Преимущества непрерывных сталеплавильных процессов по отношению к циклическим, а именно к кислородно-конвертерному, проанализированы в работах A. A. Казакова [], В. И. Баптизманского [], В. А. Кудрина [], А. М. Бигеева []. Для максимального использования преимуществ непрерывных сталеплавильных процессов необходимо осуществление нескольких стадий переработки и создание в каждом рабочем реакторе благоприятных условий для протекания физико-химических процессов. Процессы прямого получения металла находятся на различных стадиях испытаний, многообразны по типу агрегатов, используемых восстановителей и получаемых продуктов, поэтому при классификации используют различные признаки []. Перспективной и актуальной остается задача создания конструкций агрегатов и технологических схем, максимально использующих преимущества указанных подходов путем организации взаимодействия как отдельных стадий процессов, так и пространственных реакционных зон отдельных реакторов, работающих в режимах, близких по определяющим физико-химическим параметрам []. С точки зрения выделения объекта исследования и решения задач моделирования и управления такие технологические процессы и соответствующие агрегаты следует рассматривать как сложную, нелинейную иерархическую динамическую систему, являющуюся композицией подсистем, соответствующих отдельным реакторам. При этом сам процесс является нелинейной суперпозицией динамически подпроцессов в отдельных реакторах. Учитывая преимущества непрерывных процессов по отношению к циклическим, необходимо отметить важность решения задачи контроля и оптимального управления непрерывными процессами с целью реального достижения этих преимуществ. А это связано с задачами обеспечения в каждом реакторе благоприятных условий для протекания соответствующих физикохимических процессов, организации оптимального взаимодействия отдельных стадий подпроцессов как внутри каждого отдельного реактора, так и между реакторами. Не менее важной является задача информационного обеспечения работы в целом всего сталеплавильного агрегата. Таким образом актуальной задачей является разработка систем моделирования и автоматизированного управления такими процессами с учетом достижений развития современных информационных технологий. Математическому моделированию металлургических объектов в настоящее время уделяется большое внимание. Моделирование стало одним из основных инструментов научного познания и нашло широкое применение при исследовании металлургических процессов и управлении ими []. Далее в работе приводится обзор по основам построения математических моделей сталеплавильных процессов и подходам к разработке автоматизированных систем управления. В настоящее время разработано значительное количество различных по сложности, назначению и используемому математическому аппарату моделей, которые не всегда, однако, удовлетворяют поставленным требованиям в силу различных причин. К числу этих причин относятся как объективные (большая сложность, недостаточная изученность объектов), так и субъективные в выборе допущений при описании объектов.