Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Система оптимального управления энергетическим режимом печи

05.12.2019

Задачей системы оптимизации является поддержание такого энергетического режима плавки, при котором обеспечивается максимальная производительность печи при ограничении по потерям металла с отвальными шлаками и удельному расходу электроэнергии (ИМ).

На основе соотношений (IX.19, IХ.20) в институтах «НИИАвтоматика» и Кишиневском политехническом разработана функциональная блок-схема оптимизации энергетического режима электроплавки (рис. 72).
Система оптимального управления энергетическим режимом печи

Задачу оптимизации энергетического режима плавки решают в такой последовательности:

1. Отбор информации о состоянии процесса электроплавки осуществляется путем измерения силы фазного тока (I), напряжения на электроде (U), перемещения электрода (ДА), уровня шлаковой ванны (H). Датчиками информации являются: измерительные трансформаторы тока TT и напряжения TM, указатели положения электродов УПЭ-1, электромеханический уровнемер расплава ЭМУР-1.

2. Вычисление Kс но формуле (IX.20) и статистическое усреднение значений Kс осуществляют при помощи вычислительного устройства ВУРП, которое выдает информацию о величине Kс на оптимизатор ОПТ.

3. Минимизацию Kс путем формирования поисковых и управляющих воздействий осуществляют оптимизатором ОПТ. Оптимизатор выдаст управляющие воздействия в виде заданий локальным системам автоматического регулирования. Минимизацию Kс осуществляют путем: перемещения электродов; переключения ступеней напряжения печного трансформатора; изменения количества шихты, подаваемого в печь; изменении соотношения компонентов шихты.

Предлагаемая система оптимизации является самонастраивающейся. Она обеспечивает оптимум энергетического режима электроплавки для каждого из установившихся режимов, отличающихся по составу и характеру загрузки шихты. Особенности того или иного процесса учитывают введением ограничений H1, H2, H3, значения которых должны быть определены на основе изучения физико-химических особенностей конкретного процесса.

Рассмотрим назначение отдельных элементов системы (рис. 72).

Условие (IX.19) реализуется воздействием на перемещение электрода. Эту задачу решают при помощи регулятора БРМ-1, автономного для каждого электрода.

Существующие регуляторы мощности обладают тем недостатком, что возникающий за время регулирования недобор (или перебор) электроэнергии не компенсируется. Для ликвидации указанного недостатка предусмотрен блок суммирования и интегрирования ВУМ. В этом блоке вычисляется фактическая энергия, вводимая в печь, и сравнивается с заданной. Блок выдаст управляющий сигнал, пропорциональный выражению

которое характеризует недобор или перебор электроэнергии, накопленный за интервал времени t. Таким образом осуществляется компенсация незначительных отклонений от задания но расходу электроэнергии, возникающих как вследствие изменения положения электродов регулятором проводимости БРМ, так и по другим причинам (зона нечувствительности регулятора проводимости, интегральная ошибка регулирования, колебания напряжения в питающей сети и пр.).

Сигнал от ВУМа, пропорциональный недобору или перебору электроэнергии за время t, и управляющее воздействие от оптимизатора о требуемом для минимизации Kt изменении проводимости поступают в устройство формирования задающего воздействия УФЗ, которое выдает задание регулятору проводимости БРМ. Условие (IX.19) реализуется путем вычисления градиента электрической проводимости расплава по перемещению электрода (во время нормальной работы печи) с воздействием на загрузку шихты. Задачу решают при помощи регулятора расхода шихты РРШ. Работа регулятора основана на изменении подачи шихты в зависимости от состояния теплового режима под каждым из электродов печи, контролируемого по отклонению градиента электрической проводимости расплава. Однако при этом не обеспечивается строго определенное распределение вводимой энергии по ванне печи, так как при поддержании определенной температуры в приэлектродной зоне возможно смещение центра выделения энергии с заданной температурой по высоте печи. Это приводит к отклонению энергетического режима печи от оптимального, соответствующего наиболее полному использованию вводимой энергии, при минимуме потерь тепла через стены, футеровку и свод.

Системы, основанные на стабилизации G и AG/Au, не обеспечивают оптимального режима при больших отклонениях от состояния равновесия, вызванных изменением качества шихтовых материалов (крупности, влажности, химического состава), и других возможных технологических отклонениях.

Условие (IX.20) обеспечивает минимум тепловых потерь; оно выполняется в результате медленного изменения АG/Аu и G так, что на каждом шаге в процессе такого изменения градиент электрической проводимости и проводимость остаются постоянными. Физический смысл условия (IX.20) для руднотермической печи заключается в том, что вне зависимости от любых возмущающих факторов обеспечивается такое положение фокуса выделения энергии но высоте ванны, при котором потери тепла через стены и элементы конструкции руднотермической печи минимальны, и вводимая в печь энергия используется наиболее полно. Это обеспечивается, в частности, вследствие того, что условие (IX.20) выполняется при AG/Au=min и G = mах. При выполнении условия (IX.20) в процессе плавки электрод не приближается к штейну (при этом AG/Au возрастает быстрее, чем G, что приводит к увеличению Ke), а также чрезмерно не поднимается приближаясь к шихте (при этом AG/Au увеличивается, a G уменьшается), что приводит также к увеличению Ke. Управление процессом в целях получения наименьших значений Ke связано с изменением места ввода энергии в ванну печи, а также количества и соотношения компонентов шихты.

Условие (IX.20) реализуется при помощи оптимизатора ОПТ, который в процессе плавки выдает управляющие воздействия в виде заданий регулятору проводимости БРМ-1, регулятору расхода шихты РРШ, регулятору соотношения компонентов шихты РСШ.

В системе оптимизации предусмотрено управление напряжением на электродах печи путем переключения ступеней напряжения печного трансформатора под нагрузкой с помощью регулирующего устройства напряжения РУН. Напряжение на электродах печи устанавливается таким, чтобы фактически вводимая в печь электрическая мощность Рфант была равна заданной Pзад. Заданное значение мощности наносится в виде кривой на диаграммную ленту и реализуется при помощи стандартного программного устройства. Управляющее воздействие с выдержкой времени (необходимой для отстройки от высокочастотных отклонений мощности) поступает на исполнительный сервопривод переключения ступеней напряжения. Если после переключения на одну ступень рассогласование не ликвидировано, цикл регулирования повторяется и трансформатор переключается на следующую ступень.

В системе предусмотрено устройство выпуска продуктов плавки УВПП, получающее сигнал от уровнемера расплава ЭМУР и управляющее выпуском отвального шлака, что обеспечивает стабилизацию уровня шлаковой ванны.

Устройство автоматического перепуска электродов УАПЭ получает сигналы от указателей УПЭ, датчиков обгорания электродов и, с учетом качества спекания электродной массы, управляет перепуском электродов, чем обеспечивается необходимая длина рабочей части электродов и ограничивается возможность посадки электрода на нижний концевой выключатель.

В качестве вычислительного устройства ВУРП может быть применена либо универсальная цифровая вычислительная машина, либо специализированное вычислительное устройство, построенное на базе аналогичных и дискретных логических элементов. В качестве оптимизатора ОПТ может быть использован один из многоканальных оптимизаторов, разработанных в последнее время.

Для реализации рассмотренной системы оптимизации в настоящее время в институтах «НИИАвтоматика» и Кишиневском политехническом выполняют научно-исследовательские работы по дальнейшему изучению объекта оптимизации, его математическому описанию, алгоритмизации и опытно-конструкторские работы но разработке отдельных устройств системы.

С целью экспериментальной проверки па руднотермической печи рассмотренного метода оптимизации в институте «НИИАвтоматика» был разработан промышленный макет вычислительного устройства ВУРП.

Макет вычислительного устройства ВУРП включает электронные блоки, выполняющие арифметические и логические операции, и релейный блок управления, коммутирующий в определенной последовательности входы и выходы отдельных вычислительных блоков (рис. 72).

Вычислительное устройство получает следующую информацию: силу тока в цепи электрода — от трансформатора тока; напряжение электрод — под — от трансформатора напряжения; перемещение электрода — с реохорда дистанционной передачи вторичного прибора, подключенного к указателю положения электрода УПЭ-1; начало и конец перемещения электрода — от промежуточного реле РП, подключенного параллельно соленоиду гидрозолотника, управляющего гидроподъемником электрода.

В исходном состоянии (электрод неподвижен) от входных преобразователей тока TT и напряжения TH на блок деления БД1 поступают соответствующие напряжения постоянного тока. С блока БД1 напряжение, пропорциональное текущему значению проводимости G, через н. з. контакты 2Р2 поступает на блок запоминания БЗ1. Запомненное напряжение поступает на блок суммирования БC1 и через н. з. контакт 2Р6 на блок деления БД3. Одновременно напряжение, пропорциональное положению электрода (h), поступает через и.з. контакты 4P2 на блок запоминания БЗ2, с выхода которого запомненное напряжение поступает на суммирующий блок БC1.

При срабатывании реле перемещения электрода РП запускается в работу релейный блок управления РБУ. Реле, расположенные в РБУ, срабатывают последовательно в порядке возрастания их номеров. При срабатывании реле P2 напряжение, пропорциональное G, поступает непосредственно на блок суммирования БC1, па выходе которого получается разность запомненного и текущего значений проводимости (AG). Одновременно напряжение, пропорциональное величине h, также непосредственно поступает на блок суммирования БС2, на котором создастся напряжение, пропорциональное перемещению электрода (Ah).

Напряжения, пропорциональные AG и Аh, через согласующие блоки CБ1 и CБ2 (предназначенные для усиления сигнала с учетом знака) поступают на блок деления БД2. С блока БД2 напряжение, пропорциональное величине AG/Ah, поступает на запоминающий блок БЗ3 и далее через согласующий блок CБ3 на блок деления БД3 в качестве делимого. Туда же в качестве делителя через н.о. контакты 2Р7 поступает напряжение, пропорциональное текущему значению G.

В момент остановки электрода реле РП отпускает свои контакты и реле РВУ обесточиваются. После размыкания контактов 4Р2 на выходе блока запоминания БЗ4 остается напряжение, пропорциональное значению Ke, вычисленное по формуле (IХ.20) в момент остановки электрода. При размыкании контактов 3Р3 блок запоминания БP3 запомнит последнее значение AG/Ah, а напряжения, пропорциональные G и h, через н.з. контакты 2Р2 и 2Р4 снопа поступают на соответствующие блоки запоминания. В таком положении схема остается до следующего перемещения электрода. Напряжения, пропорциональные градиенту проводимости AG/Аh и показателю оптимальности энергетического режима электроплавки Kе, поступают на стандартный регистрирующий потенциометр с пределом измерения 100 мв.

Блоки деления выполнены в виде аналогового вычислительного устройства на полупроводниковых элементах, остальные блоки — на усилителях постоянного тока.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: