Введение к работе
Актуальность проблемы. Настоящий и обозримый на будущее период работы отечественных промышленных предприятий характеризуется существенной нестационарностью внешних и внутренних производственных условий, что предопределяет необходимость быстрого создания и внедрения гибких технологических систем, в том числе и автоматизированных систем }тіравления, ориентированных на работу именно в таких условиях.
Ранее, при относительно стабильной работе промышленных предприятий суть технологического управления сводилась к раздельному решению двух задач; задачи установления технологических заданий ( включая уставки на выходные величины объекта управления, ограничения на диапазоны изменения управляющих воздействий и вігутренних параметров состояния управляемого процесса ) и, собственно, задачи выбора конкрепгых упразляюпцгх воздействий на технологический объект управления. Такое разделение приводило, конечно, к некоторой потере эффективности решений и в стационарных производственных условиях, но не являлось столь критичным как в нестабильной обстановке работы предприятий. Требование же гибкости ( быстрой и экономной перестраиваемости ) детально не прорабатывалось ранее в большинстве трудов но автоматизации металлургических и аналогичных им процессов. Хотя актуальность и предварительные меры адаптации технологических режимов с варьированием ограничешш, уставок и других составляющее заданий для связанных металлургических объектов освещались в ряде прежних публикаций.
Одним из перспективных путей является алгоритмизация режимов функционирования технологических систем с совместным определением задающих ( в том числе режимных ограничений и уставок) и управляющих (в том числе программных, корректируюппгх, стабилизирутощих ) воздействий. Именно в таком плане выполнена настоящая диссертационная работа применительно к автоматизированной системе управления конвертерной плавкой стали (сокращенно - АСУ "Плавка стали").
При этом сочетаются интервальные и однозначные оценки, фактичесюїе и скорректированные режимы-прототипы, балансовые и адаптивные приобъектно-пересчетные модели, восстановительно-прогнозирующее управлеіше и робастные статистические алгоритмы обработки данных.
Настоящая работа выполнена согласно комплексной программы создания и развитая АСУ Запсибметкомбината, целевых программ Минвуза "Металл" и научно-технического развития Кузбасса.
Нель диссертащш: 1. Совершенствование алгоритмического обеспечения коїшсртерной плавки стали на основе согласованного выбора технологических заданий и управляющих воздействии. 2. Функционально-алгоритмическая структуризация АСУ " Плавка стали " во взаимосвязи с другими составляющими многоцелевого автоматизировшпюго комплекса. 3. Построение и исследование адаптивных приобъектно-пересчетных моделей применительно к задачам алгоритмизации режимов конвертерной плавки стали 4. Формирование и последующая программная реалюация типовых и специализированных алгоритмических блоков примешггельно к АСУ ТП кислородно-конвертерного и других циклических процессов металлургического передела.
Основы выполнения работы. Ведущей идеей послужил ііринцип совместного определения задающих и управляющих воздействий при создании гибких технологических систем. При этом сочетались методы восстановительно-прогнозирующей алгоритмизации, натурно-математического моделировании в задачах оценивания, идентификации, рационального выбора регулирующих воздействий, исследования технологических процессов и обучения персонала. Важная роль отведена металлургическим технологиям и производственному опыту.
Научная новизна диссертащги: 1). Развит метод алгоритмизации совместного определения задающих и >ііравляющих воздействии на основе ретроспективной оценки условно-образцовых режимов циклических процессов посредством их перссчегаого моделирования с вариацией определяющих факторов. 2). Предложен метод построения адаптивных двухуровневых пересчетных моделей с использованием соотношений материального и теплового баланса, многовыборочной робаспюй статистической обработки фактических данных. 3). Разработаны новые алгоритмы для пересчетного моделирования режимов конвертерной плавки стали; ретроспективного анализа процесса с выделением нормальных планок стали и расчетным определением условно-образцовых режимов; адаптации технологических заданий и расчета управляющих воздействий применительно к реальным условиям проведения плавок стали в конвертере; адаптивной идентификации каналов регулирования в замкігутом коїпуре методом инструментальных переменных.
Практическая ценность и реализация результатов. Предлагаемые методы и результаты алгоритмизации совместного определения задающих и управляющих воздействий связаны с перспективным направлением создания гибких технологических систем как для отдельных производственных участков, так и смежных производств металлургического передела, включая комплексы "чугун-сталь", "сталь-прокат" и другие. Доведенные до инженерного уровня алгоритмы совместного определения задающих и управляющих воздействий, пакеты программ реализованы в АСУ "Плавка стали" второго
кислородно-конвертерного цеха Запсибметкомбішата и показали достаточную работоспособность. Конкретные технические решения в виде изобретений и ращюншшзаторских предложений обеспечили выполнение различных проектных, научно-исследовательских и внедренческих работ.
Апробация работы. Основные положення работы и конкретные результаты докладывались и получили положительную оценку на Всесоюзном научно-практическом семинаре "Опыт использования распределенных систем управления технологическими процессами и производством." / Новокузнецк, 1986 / ; VII Всесоюзной научно-техшгческой конференции " Теория и практика кислородно-конвертерных процессов" /Днепропетровск, 1987 /; Республиканской научно-технической конференции " Примените микропроцессорной техники при автоматизации технологических процессов " / Днепропетровск, 1988 / ; Юбилейной региональной научно-практической конференции / Новокузнецк, 1990 /; Ш Международной конференции " Измерение, контроль и автоматизация производственных процессов" / Барнаул, 1994 /; Научно-техішческая конференция по метрологии и автоматизации -95/ Новокузнецк, 1995; Международная научно-практическая конференция "Структурная перестройка металлургии" / Новокузнецк, 1996.
Публикации. По рассматриваемым вопросам опубликовано И статей, докладов и тезисов сообщений, получено два авторских свидетельства на изобретеїшя.
Объем рукописи. Диссертация состоит из введения (общего пред-ставлешм работы), трех глав, заключения, списка литературы, приложения и содержит і А 5 страниц основного текста, А 2 рис.
Предмет защиты и личный вклад автора. Выносятся на защиту алгоритмы совместного определения задающих и управляющих воздействий применительно к конвертерному процессу, включая алгоритмы пересчетного моделировашія режимов конвертерной плавки стали, ретроспективного анализа процесса с выделением нормальных плавок стали и расчетным определением условно-образцовых режимов, адаптации технологических заданий и расчета управляющих воздействий в зависимости от конкретных реальных условий их проведения, идентификации каналов регулирования в замкнутом контуре методом инструментальных переменных. Защищается комбинированный метод построения адаптивных двухуровневых приобъект-но-иересчепых моделей с разностным разложением соотношений материального и теплового баланса и разностной идентификацией объекта управления. Защищается способ адаптивного управления с прототипами, в роли которых принимаются ретроспекпозно определяемые условно-образцовые режимы конвертерных плавок. Личный вклад автора заключается в непосредственном творческом участии на всех стадиях разработки, внедрешія и освосітя алгоритмов программно-статического и динамического управления конвертерной плавкой стали в производстве Запсибметкомбшата, алгорит-
мизации совместного определения задающих и управляющих воздействий, в постановке и решении конкретных инженерных задач построения адаптивных приобъектно-пересчетных моделей конвертерной плавки стали, в обработке исходных данных и интерпретации полученных результатов.