Файл: Живоглядов, В. П. Адаптация в автоматизированных системах управления технологическими процессами.pdf

Рис. 4.1

подсистему технологического и оперативного контроля, ряд АСУ ТП для основных технологических участков, подсистемы оперативного управления отдельными цехами

и участками, информационную подсистему для административно-управ­

ленческих операций, в функции которой входит обработка массивов и потоков информации, отчетность, бухгалтерские и экономические расчеты, в том числе контроль экономических критериев (прибыль, рентабельность и т. д.),

подсистемы календарного, текущего и перспективного пла­ нирования.

188

w

Рис. 4.2

Щ.

Различные уровни иерархии АСУП связаны между собой потоками «отчетной» и управляющей информации. Функции отдельных подсистем подробнее описаны в [4. 1].

Приведем перечень АСУ ТП цементного завода: автоматизированная система управления процессами мок­

рого помола сырья в шаровых мельницах, автоматизированная система корректирования химическо­

го состава шлама, автоматизированная система управления процессом об­

жига клинкера во вращающихся печах, автоматизированная система управления процессами по­

мола цемента в шаровых мельницах.

Использование принципов адаптации при разработке ал­ горитмов представляется перспективным для всех названных уровней иерархии в АСУ.

Укажем два варианта технического решения при построе­ нии АСУ ТП: двухступенчатая схема (рис. 4. 2а) с исполь­ зованием аналоговой аппаратуры регулирования (АР) и УВМ, предназначенной для коррекции, настройки локальных си­ стем, и одноступенчатая схема (рис. 4. 26) с прямым цифро­ вым управлением (ПЦУ). На рис. 4. 2 обозначено: ИУ — из­ мерительные устройства — датчики выходной величины и кос­ венных показателей q, преобразователи и т. д., КС — каналы связи, ИМ — исполнительные механизмы, УВМ — управляю­ щая вычислительная машина, РВ — ручной ввод данных.

Первый вариант (рис. 4. 2а) предпочтительнее в том слу­ чае, когда построение АСУ ТП производится на базе уже имеющейся и удовлетворительно работающей аналоговой тех­ ники автоматики, а надежность управляющих вычислитель­ ных машин недостаточно высока. Функции УВМ состоят при этом в сборе, обработке информации и выдаче корректирую­ щих воздействий, настройке локальных систем управления. При отключении вычислительной машины для профилактики, ремонта и т. д. локальные системы регулирования продолжа­ ют работать без настройки. Недостатком таких АСУ ТП яв­ ляется их относительно высокая стоимость и сложность.

Второй вариант заключается в непосредственном исполь­ зовании УВМ для прямого цифрового управления технологи­ ческими процессами и весьма перспективен при использовании высоконадежных вычислительных машин, в частности машин третьего и четвертого поколений на интегральных схемах. Наиболее перспективно применение АСУ с прямым цифровым управлением на вновь строящихся предприятиях.

390

4. 2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОМОЛА КЛИНКЕРА

И ДОБАВОК В МНОГОКАМЕРНЫХ ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦАХ

4. 2. 1. Характеристика процесса помола и функции АСУ

Шаровые мельницы (цементные и сырьевые) относятся к числу основных агрегатов цементного производства и потреб­ ляют около 60% всей электроэнергии, расходуемой на про­ изводство цемента. Наиболее распространены многокамерные мельницы размером 2,6X13 м и 3,0Х 14 ж с размолом в откры­ том цикле. Шаровая мельница представляет собой горизон­ тальный барабан, футерованный изнутри бронеплитами из твердой стали. Внутри барабан разделен на несколько (2—3) камер межкамерными перегородками с отверстиями. Камеры загружаются металлическими шарами различного диаметра и цильбепсом. Технологический режим помола существенно зависит от состояния, количества и ассортимента мелющих тел. Скорость вращения барабана обычно около 2 об/мин. Ис­ ходный материал (клинкер, гипс и добавки) из бункеров пи­ тателями подается в мельницу. Проходя через все камеры, материал измельчается и превращается в готовый продукт — цемент. Качество работы измельчительных агрегатов харак­ теризуется тонкостью помола, а также точностью поддержа­ ния заданных соотношений компонентов (клинкера, гипса, до­ бавок). Допустимая тонкость (остаток на сите 008) устанав­ ливается ГОСТом. Качество цемента и его марка (а следова­ тельно. и отпускная цена) определяются активностью цемента.

Мельницы, как объекты автоматического управления, ха­ рактеризуются распределенностью процессов в пространстве и наличием больших транспортных запаздываний, причем величина запаздывания зависит от режима работы. В частно­ сти, применение интенсификаторов помола значительно меня­ ет скорость прохождения материала через мельницу и, соот­ ветственно, величину запаздывания. Возмущения, действующие на процесс, связаны со случайными колебаниями грануломет­ рического состава, размалываемости и расходов материалов. Технологический процесс непрерывный, и существенное зна­ чение имеет управление в стационарном режиме (особенно на заводах с хорошо отлаженной технологией). Поэтому для управления целесообразно использовать стационарные алго­ ритмы.

191

Автоматизированное управление процессом помола в це­ ментных мельницах предусматривает управление подачей ис­ ходных материалов (клинкера, гипса, добавок) для обеспече­ ния максимального выхода готового продукта при заданном значении выходного показателя качества w (тонкости, удель­ ной поверхности). Укажем место АСУ тонкостью помола а общей АСУ цехом помола. Если отнести ее к I уровню иерар­ хии, то II уровень должен включать алгоритмы изменения за­ дания w* по тонкости и процента добавок с целью получения требуемых вида и марки цемента. На III уровне находится подсистема оперативного управления цехом помола, устанав­ ливающая для каждой мельницы режим работы, вид и марку цемента. Здесь мы подробно опишем АСУ, для которой выход­ ной переменной является тонкость помола цемента.

Точное математическое описание процессов, протекающих в мельнице, строго говоря, требует привлечения систем диф­ ференциальных уравнений в частных производных с гранич­ ными условиями, учитывающими загрузку, выгрузку из ма­ териала, влияние межкамерных перегородок, сложных нели­ нейных зависимостей с большим числом переменных, учета ряда технологических параметров, кинетики измельчения и т. д. Однако такой подход не является конструктивным и не может на современном этапе развития теории и практики уп­ равления привести к разумным техническим решениям, удов­ летворяющим требования производства. Кроме того, из-за значительных случайных возмущений и погрешностей изме­ рения при постановке экспериментов получение точной мате­ матической модели мельницы является практически неразре­ шимой задачей. Поэтому мы применим простейшую распреде­ ленную модель, учитывающую транспортировку материала н переход материала из одного класса крупности в другой:

где <7а (х, 0 — удельный весовой расход в точке х в мо­ мент времени t, отнесенный к единицедлины, крупной фрак­ ции (не проходящей через сито 008);

Яв(х>0 — удельный весовой расход мелкой фракции^

192

w(x,t)=

—Ад —

Л",

^/л

- F x,Kb,v,u[

(4. 4)

В последнем выражении параметры £д и v, строго говоря, не постоянны, а зависят от загрузки мельницы, т. е. от величи­ ны и. Кроме того, эта модель не учитывает емкости мельницы, накопление в ней материала, диффузионного перемешивания, аспирации и т. д. Однако даже при этих серьезных допуще­ ниях модель (4. 4) оказалась полезной для синтеза, приемле­ мого с практической точки зрения алгоритма управления. Ап­ проксимируем F в (4. 4) линейной зависимостью:

р, — эквивалентное возмущение.

Таким образом, в качестве простейшей модели цементной мельницы по каналу «загрузка материала и — тонкость по­ мола \v» применим звено с транспортным запаздыванием. Не­

194