МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Ренгевич Олег Володимирович

УДК 622.788.36-52

СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО

УПРАВЛІННЯ ПРОЦЕСОМ ОКОМКУВАННЯ

НА ОСНОВІ МЕТОДІВ РОЗПІЗНАВАННЯ

Спеціальність 05.13.07 – “Автоматизація технологічних процесів”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Запоріжжя - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизації технологічних процесів Запорізької державної інженерної академії Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор Качан Юрій Григорович, Запорізька державна інженерна академія Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри електроенергетики.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент Воронов Валентин Андрійович, Національна гірнича академія України Міністерства освіти і науки України, професор кафедри економічної кібернетики та інформаційних технологій;

кандидат технічних наук, доцент Бабець Євген Костянтинович, Криворізький державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри менеджменту.

Провідна установа:

Харківський державний політехнічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра автоматики і управління в технічних системах, м.Харків.

З

ахист відбудеться 20 вересня 2001р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.080.07 у Національній гірничій академії України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ – 27, пр. Карла Маркса, 19, корпус №1, ауд 1/92.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національної гірничої академії України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ – 27, пр. Карла Маркса, 19.

Автореферат розісланий “__17__”__серпня__2001р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, професор Заїка В.Т.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У зв’язку з дефіцитом багатих залізних руд на підприємствах чорної металургії України дедалі активніше знаходить використання концентрат глибокого збагачення, який містить у собі 90-95% фракції класу 0-0,05 мм. Якість агломерації такого дрібного концентрату визначається переважно ефективністю окомкування шихти у грануляторах. Тому дослідження та застосування нових напрямків при проектуванні систем управління процесом окомкування є досить актуальними.

Існуючі зараз САР процесом окомкування ґрунтуються переважно на стабілізації витрат рідини, що необхідна для зволоження шихти, і практично не враховують інші параметри, котрі впливають на хід грануляції. Можливість підвищення якості управління цим процесом з’являється при використанні САУ з більш складною структурою (наприклад, дворівневою). У таких системах на верхньому рівні здійснюється комплексне врахування впливу технологічних параметрів на хід процесу, а на нижньому - стабілізація параметрів, що регулюються, на їх оптимальних значеннях.

Найбільш складним при проектуванні дворівневих САУ процесом окомкування є розробка алгоритму управління для верхнього рівня. Синтез алгоритмічних та програмних засобів таких систем ґрунтується на найсучасніших методах оптимізації та математичного моделювання, а їх ефективність обумовлюється відповідністю підібраного способу оптимізації математичній моделі процесу. Зазначена ж відповідність залежить як від моделі, що може змінюватися впродовж роботи системи, так і від наявного обсягу інформаційного забезпечення процесу окомкування.

Отож, синтез алгоритму управління, який найбільш вдало відповідав би конкретним вимогам, що ставляться до систем управління процесом окомкування, є актуальним науковим завданням.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з Державною науково-технічною програмою “Перспективні інформаційні технології, прилади комплексної автоматизації, системи зв’язку”, згідно з Законом України “Про основи державної політики у сфері науки і науково-технічної діяльності”, за напрямком 6.3 “Створення конкурентноздатних засобів імітаційного моделювання складних систем, підвищення їх надійності та ефективності”

Метою роботи є розробка системи управління процесом окомкування, в якій комплексно враховуються параметри, що впливають на процес, та реалізується принцип інваріантності щодо структури моделі об’єкту управління і обсягу інформаційного забезпечення завдяки застосуванню методу розпізна-вання.

Для досягнення встановленої мети в дисертації були вирішені наступні задачі:

1) Розроблена математична модель процесу окомкування, відповідна до умов комбінату “Запоріжсталь”, у вигляді аналітичних рівнянь, що враховують вплив на фракційний склад окомкованої шихти управляючих та збуджуючих параметрів.

2) Розроблена програма генерування збуджуючих параметрів процесу окомкування.

3) Синтезовано верхній рівень системи управління процесом окомкування, який дозволяє знаходити оптимальні значення управляючих параметрів по моделі об’єкта з нестійкою структурою.

4) Проведені обчислювальні дослідження ефективності використання розробленої системи управління та доведена можливість її практичної реалізації.

Об’єкт дослідження – процес окомкування агломераційної шихти у барабанних грануляторах.

Предмет дослідження – алгоритм управління дворівневої САУ процесом окомкування.

Методи дослідження: балансний метод при створенні математичної моделі процесу окомкування; методи математичної статистики, теорії імовірності та моделювання для ідентифікації параметрів імітаційної моделі; методи розпізнавання та прогнозування при створенні системи управління; методи планування експерименту при дослідженні синтезованої системи.

Основні наукові положення, їх новизна:

1. Використання вперше встановлених закономірностей, які в явному вигляді розкривають вплив на фракційний склад окомкованої шихти її вхідного фракційного складу та вологості, а також швидкості обертання й кута нахилу барабанного гранулятора, дозволяє досліджувати властивості САУ процесом окомкування шляхом розрахункового експерименту на ЕОМ й значно зменшує необхідні на це витрати.

2. Використання на верхньому рівні дворівневої САУ процесом окомкування принципу формування вектора управляючих параметрів в якому вперше застосовано метод розпізнавання й комплексно врахувано при цьому такі параметри як фракційний склад і вологість вхідної шихти, швидкість обертання та кут нахилу гранулятора забезпечує інваріантність САУ щодо типу останнього та обраного критерію оптимальності й дозволяє суттєво підвищити якість управління.

3. Застосування удосконаленої послідовності перевірки належності вектора поточних збурень процесу окомкування граничним значенням отриманих класів технологічних ситуацій починаючи з того, що відповідає максимальному значенню критерію управління, підвищує ефективність використання методу розпізнавальної оптимізації в системах управління цим процесом.

Практичне значення роботи. Створена дворівнева система управління процесом окомкування, заснована на використанні методів розпізнавання, придатна для ефективного управління будь-яким барабанним гранулятором, незалежно від кількості параметрів процесу, що контролюються, та обраного критерію управління. Крім того синтезована імітаційна модель процесу окомкування, придатна для використання як в обчислювальних експериментах по дослідженню нових систем управління цим процесом, так і для безпосередніх розрахунків фракційного складу окомкованої шихти по відомих збуреннях.

Запропонований алгоритм управління верхнього рівня САУ процесом окомкування реалізований у вигляді пакету прикладних програм (ППП). ППП випробувано на імітаційній моделі процесу. Застосування розробленої системи управління дозволяє знизити на 5,2% кількість шихти, що повертається в гранулятор, що дає очікуваний економічний ефект близько 2 млн. грн. на рік. Матеріали дисертаційної роботи передані ВАТ “Запоріжсталь” та ВПКІ “Металургавтоматика” (м. Дніпропетровськ) для використання при проектуванні АСУТП агломераційних фабрик комбінату “Запоріжсталь” та Південного ГЗКа.

Особистий внесок здобувача полягає у створенні та дослідженні верхнього рівня дворівневої системи управління процесом окомкування. Автором розроблена імітаційну модель цього процесу та сформульовані нові принципи формування оптимального управління для методу розпізнавання.

В опублікованих працях із співавторами здобувачем виконано: у роботі [1] запропонована математична модель процесу окомкування; у [2] розроблено алгоритм оптимізації верхнього рівня САУ процесом окомкування; у [3] запропонована методика удосконалення пошуку оптимального управління для методу розпізнавальної оптимізації; у [4] запропонована структура алгоритму управління САУ процесом окомкування; у [5] проведені дослідження алгоритму управління; у [6] обгрунтовані вимоги щодо технічних засобів, які необхідні для реалізації дворівневої системи управління процесом окомкування; у [7] зроблено оцінку ефективності функціонування дворівневої САУ процесом окомкування; у [8] проведена ідентифікація параметрів моделі процесу окомкування, що відповідає умовам комбінату “Запоріжсталь”; у [9] зроблені висновки щодо перспектив використання дворівневої системи управління процесом окомкування.

Апробація результатів роботи. За основними положеннями дисертаційної роботи зроблені повідомлення на міжнародній науково-практичній конференції “Обчислювальна техніка в інформаційних та управляючих системах” (м. Маріуполь, 2000р), на науковому семінарі лабораторії №15 НДІАчермет (1997р.), на щорічному науковому семінарі з автоматизації у Запорізькій державній інженерній академії (1999 та 2000рр.).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано дев’ять наукових праць, у тому числі чотири у фахових наукових виданнях, одна в матеріалах доповідей міжнародної конференції.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку використаної літератури з 81 найменування, 11 додатків. Основний текст роботи містить 129 сторінок, 35 малюнків, 21 таблицю. Додатки розміщені на 22 сторінках.

Основний зміст роботи

Окомкування є одним з основних технологічних процесів, які визначають отримання якісного агломерату на аглофабриках. Підвищення ефективності окомкування здійснюється переважно шляхом удосконалення технологічних схем та систем управління процесом. Рішенню цих питань присвячені роботи В.І.Коротича, А.Д.Іщенка, Н.В.Федоровського, Є.Ф.Вегмана, В.І.Гранковського, М.Ю.Пазюка, Г.В.Коршикова, В.І. Бойко, А.В.Дрімбо та інших.

У вступі обґрунтована актуальність обраної теми, визначені мета, задачі, об’єкт і предмет дослідження, наукова новизна і практичне значення результатів, сформульовані положення, що виносяться на захист.

В першому розділі наведені загальні відомості щодо процесу окомкування шихтових матеріалів, аналіз існуючих схем САУ ТП окомкування, а також розглянуті відомі методи статичної оптимізації технологічних процесів агломерації.

Теорія та практика сучасного агломераційного виробництва підтверджує, що існуючі САР процесом окомкування, засновані на регулюванні витрат рідини, необхідної для зволожування шихти, не забезпечують достатню якість управління цим процесом. Це відбувається тому, що, по-перше, не враховуються інші параметри, які впливають на хід процесу, а по-друге, існує екстремальна залежність міцності гранул від вологості шихти. При цьому вигляд згаданої залежності відрізняється для різних фракційних складів вихідної шихти. Тому для підвищення якості управління процесом окомкування цілком доцільним є використання таких САУ, де одночасно, з одного боку, по відомому вихідному фракційному складу шихти () визначається оптимальна вологість шихти () та стабілізується її значення, а з іншого боку - здійснюється регулювання фракційного складу окомкованої шихти () за допомогою зміни технологічних параметрів роботи барабанного гранулятора (його швидкості обертання () та кута нахилу ()). Створити таку систему можливо з використанням дворівневої структури, коли на верхньому рівні по відомих збуреннях () визначаються оптимальні управління , та , а на нижньому рівні ці управління здійснюються та утримуються до часу, коли будуть визначені наступні оптимальні значення , та . Реалізація нижнього рівня такої системи значних труднощів не викликає. Синтез же верхнього рівня потребує розробки алгоритму управління та дослідження ефективності його використання.

Аналіз відомих методів статичної оптимізації дозволив зробити висновок, що в алгоритмі верхнього рівня САУ процесом окомкування найбільш доцільним буде використання методу розпізнавальної оптимізації. При використанні цього методу кожна технологічна ситуація, що виникає на об’єкті, визначається за допомогою предикатного рівняння:

,

де

,

тут , , - параметри технологічної ситуації; - кількість параметрів, що контролюються.

Ситуації об’єднуються в класи і визначаються розподільні функції цих класів. Оптимальне управління знаходиться шляхом підстановки вектора поточних збурень і можливих комбінацій управлінь в розподільні функції класів, починаючи з того, якому відповідає максимальне значення обраного критерію, до отримання першої одиниці. Управління, що забезпечує цю умову і є оптимальним.

Вибір зазначеного методу пов’язаний з тим, що його застосування не потребує традиційної постановки оптимізаційної задачі, яка передбачає одержання моделі у вигляді рівнянь, що пов’язують критерій оптимальності з параметрами процесу, та встановлення обмежень. Крім того, метод дозволяє збільшувати кількість інформаційних каналів системи, для чого слід провести лише перенавчання системи.

Дослідження ефективності дворівневої системи управління процесом окомкування на реальному барабанному грануляторі не раціональне через великі витрати. Вирішити цю задачу доцільно за допомогою обчислювального експерименту на імітаційній моделі процесу окомкування, яка представляє собою сукупність власне математичної моделі процесу та програми генерування його збурень.

У зв’язку з вищезгаданим у дисертаційній роботі вирішувалися наступні задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Другий розділ присвячений синтезу імітаційної моделі процесу окомкування.

Аналіз існуючих математичних моделей процесу окомкування дозволяє зробити висновок, що для використання в імітаційній моделі цього процесу найбільш підходить за своєю структурою модель масообміну та масопереносу між фракціями шихти при грануляції. Однак ця модель не відображає у явному вигляді вплив фракційного складу вихідної шихти на обраний критерій управління (кількість кондиційної фракції розміром 3-10 мм в окомкованій шихті - ) і тим більш не розкриває вплив на нього параметрів, що регулюються. Для розкриття цього впливу здійснено аналіз експериментальних даних, отриманих на барабанному грануляторі агломашини №1 комбінату “Запоріжсталь”. Внаслідок цього одержана математична модель процесу окомкування у вигляді аналітичних рівнянь залежності, що зв’язують фракційний склад окомкованої шихти з вектором збурень і параметрами , та :

;

;

,

де

;

;

;

;

;

.

Ця модель відповідає умовам аглофабрики комбінату “Запоріжсталь” і дійсна при наступних обмеженнях на управління: 7,59, 69, 02 (з урахуванням можливості виникнення нестаціонарного режиму роботи гранулятора).

Доведена адекватність розробленої моделі реальному процесу.

Головним збуренням процесу окомкування є фракційний склад вихідної шихти . Статистичні дані коливань вихідного фракційного складу отримані на аглофабриці комбінату “Запоріжсталь”. Випадкові послідовності та перевірені на стаціонарність за критерієм інверсій, а результати розрахунків довели, що усі вони розподілені за нормальним законом.

Розраховано нормировані автокореляційні функції випадкових послідовностей , а також їх математичне очікування та середньоквадратичне відхилення (табл.1).

Таблиця 1

Параметри випадкових величин |

, % | , % | , %

, % | 71,4 | 17,7 | 8,14

4,6 | 2,65 | 2,37

У результаті підставлення отриманих даних у типові програмні блоки, які реалізують нормально розподілену випадкову величину, й застосування алгоритму рандомізації (для уникнення можливості статистичної помилки) одержана програма генерування збурень процесу окомкування. Розроблена також програма прогнозування збурень по відомих минулих значеннях.

Синтезовану математичну модель процесу окомкування та алгоритмічну модель генерування збурень і було використано в обчислювальному експерименті щодо створення та дослідження дворівневої системи управління цим процесом.

У третьому розділі проведено удосконалення алгоритму розпізнавальної оптимізації, здійснено навчання розпізнаванню системи, синтезовано верхній рівень САУ ТП окомкування, розглянуто нижній рівень.

Детальний аналіз функціонування методу розпізнавальної оптимізації показав, що при значній кількості параметрів, що контролюються, та малому ступені їх дискретизації може відчутно збільшитися час пошуку оптимуму. Для уникнення цієї вади запропонований алгоритм скорочення пошуку оптимального управління, суть якого у наступному. На етапі навчання в пам’ять ЕОМ вносять інформацію щодо граничних значень параметрів кожного класу (рис. 1). Наприклад, для класу це будуть діапазони та (де , а ). Тоді, знаходячи оптимальне управління, попередньо визначається клас, починаючи з якого доцільно здійснювати перебір управлінь, а вже потім реалізується стандартна процедура пошуку. Для визначення такого класу перевіряється, чи входить вектор поточних збурень в діапазон класу. Якщо входить, то починається перебір управлінь, але не в усій області визначення критерію, а тільки у діапазоні, що відповідає встановленому класу. Якщо вектор не війшов до діапазону значень, то здійснюється перехід до наступного класу. Наприклад, у випадку, зазначеному на рис.1, входить у діапазон класу . Тому починаючи з цього класу і доцільно здійснювати процедуру пошуку оптимального управління. Встановлено, що така методика дозволяє значно підвищити оперативність систем, реалізованих на методі розпізнавальної оптимізації, необхідність у чому може виникнути при зростанні кількості параметрів, що контролюються, та зменьшенні кроку їх дискретизації.

На імітаційній моделі процесу окомкування за допомогою ЕОМ проведене навчання розпізнаванню алгоритму управління верхнього рівня САУ при різних значеннях похибки виміру фракційного складу . Інформація щодо навчання розпізнаванню наведена в табл.2.

Таблиця 2

Результати навчання розпізнаванню

,% | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6

24 | 12 | 8 | 6 | 5 | 4

4672 | 3426 | 2520 | 1783 | 1142 | 860

тут - кількість синтезованих класів, - загальна кількість предикатів.

Розроблена структура верхнього рівня САУ процесом окомкування (рис.2) і синтезований алгоритм та пакет прикладних програм, що необхідні для реалізації такої структури. При цьому алгоритм управління процесом складається з двох частин - блоку навчання та блоку управління.

Нижній рівень розробленої дворівневої системи управління складається з трьох локальних систем регулювання: САР вологості шихти, САР швидкості обертання та САР кута нахилу барабанного гранулятора. Розглянуто типові реалізації таких систем, а також необхідне метрологічне забезпечення.

У четвертому розділі проведені дослідження ефективності синтезованої системи управління та обгрунтовані вимоги щодо технічних засобів, які необхідні для її реалізації.

На барабанних грануляторах аглофабрики комбінату “Запоріжсталь” зараз діє система автоматичного контролю та регулювання вологості шихти. Аналіз інформації щодо кількості кондиційної фракції в окомкованій шихті у разі використання цієї системи дозволив розрахувати область визначення критерію управління (рис.3). В той же час обчислювальний експеримент на імітаційній моделі процесу окомкування також дозволив розрахувати цю область для синтезованого верхнього рівня САУ (рис.3). Як можна побачити з рис.3, розкид значення критерію управління для діючої системи набагато більший, ніж для запропонованої. Крім того, на 8,2% підвищилося середнє значення . Аналіз цієї інформації дозволив зробити висновок: використання розробленої системи для управління процесом окомкування дає можливість на 5,2% знизити кількість шихти, яка повертається у гранулятор, що дає очікуваний економічний ефект близько 2 млн. грн. на рік.

Порівняння дворівневої САУ у разі застосування в алгоритмі управління верхнього рівня значно складніших методів нелінійної оптимізації показало, що вони не забезпечують кращої, ніж одержана, якості управління.

Для визначення вимог щодо технічних засобів, які необхідні для реалізації синтезованого верхнього рівня системи управління, проведені обчислювальні дослідження. Метою їх було виявлення впливу похибки виміру гранулометрів на точність розрахунків оптимального управління. Одержані результати показали, що допустимою похибкою буде значення у 3%. При такій похибці всі технологічні ситуації, які виникають на об’єкті, можуть бути описані за допомогою близько 2520 предикатів. Результати аналізу визначили, що зберігання такої кількості предикатів, а також самого пакету програм, які необхідні для реалізації верхнього рівня САУ процесом окомкування, не потребує значного обсягу пам’яті. При цьому видача оптимального управління у разі застосування розробленого алгоритму скорочення пошуку не буде перевищувати кількох секунд. Тож, запропонована дворівнева САУ ТП окомкування, заснована на використанні методу розпізнавальної оптимізації, може бути реалізована практично на будь-якій мікро ЕОМ.

Висновки

У дисертаційній роботі викладені науково-обгрунтовані технічні рішення, впровадження яких забезпечує внесок у підвищення якості окомкування шихтових матеріалів в барабанних грануляторах, завдяки дослідженню, опрацюванню та теоретичному обґрунтуванню закономірностей формування параметрів, що управляють процесом окомкування, та створенню ефективних дворівневих САУ цим процесом, придатних для управління будь-яким гранулятором, незалежно від обраного критерію та кількості параметрів, що контролюються.

Основні наукові результати, висновки і практичні рекомендації дисертаційної роботи полягають у наступному:

1) Встановлено, що одним з шляхів підвищення ефективності управління процесом окомкування є використання систем з дворівневою структурою, які забезпечують визначення величин оптимальних управлінь по відомим збудженням та їх стабілізацію з комплексним врахуванням впливу на процес основних управляючих параметрів – вологості шихти, швидкості обертання та кута нахилу барабанного гранулятора.

2) Встановлено, що для дослідження систем управління процесом окомкувння, що синтезуються, найбільш придатні обчислювальні методи, які засновані на створенні моделі системи управління та її дослідженні на ЄОМ методом статистичних випробувань. При цьому для обчислювального дослідження необхідна наявність імітаційної моделі самого технологічного процесу.

3) На прикладі барабанного гранулятору агломашини №1 аглофабрики комбінату “Запоріжсталь” отримані закономірності впливу на фракційний склад окомкованої шихти управляючих та збуджуючих параметрів, що дозволило розробити математичну модель процесу окомкування у вигляді аналітичних рівнянь залежності, які зв’язують обраний критерій управління з фракційним складом вхідної шихти та основними управляючими параметрами.

4) Встановлено, що коливання фракційного складу вхідної шихти є випадковою величиною, розподіленою за нормальним законом. Одержані статистичні закономірності цих коливань дозволили створити алгоритмічну модель генерування збурень.

5) Визначено, що в алгоритмі управління верхнього рівня САУ процесом окомкування найбільш доцільно використовувати метод розпізнавальної оптимізації, який не потребує традиційної математичної постанови оптимізаційної задачі у вигляді функції мети та обмежень, а також дозволяє збільшувати кількість інформаційних каналів по мірі удосконалення засобів вимірювання та контролю параметрів процесу.

6) Розкрито новий підхід до формування оптимальних управлінь для методу розпізнавальної оптимізації, який дозволяє значно підвищити оперативність прийняття рішень систем управління, що реалізовано на цьому методі, без ускладнення конфігурації необхідних обчислювальних засобів.

7) Встановлено, що реалізація розробленого верхнього рівня САУ процесом окомкування не потребує високих вимог до обчислювальних засобів і може бути здійснена практично на будь-якій мікро ЕОМ.

8) Визначено, що використання розробленої дворівневої системи управління дозволяє знизити на 5,2% кількість шихти, яка повертається у гранулятор, що дає економічний ефект близько 2 млн. грн. на рік.

9) Розроблене програмне забезпечення передано до ВАТ “Запоріжсталь” та ВПКІ “Металургавтоматика” для використання при проектуванні АСУ агломераційних фабрик комбінату “Запоріжсталь” та Південного ГЗКа.

Основні публікації за темою дисертаційної роботи

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7. Ренгевич О.В., Качан Ю.Г. Оценка эффективности использования двухуровневой системы управления процессом окомкования // Гірнича електромеханіка і автоматика. 2000. - № 65. – с.77-80.

8. Ренгевич О.В., Крыгин Д.А., Клименко Ю.С. Современные методы идентификации качественных параметров и механизма окомкования агломерационной шихты. // Металлургия. Сб. научных трудов. ЗГИА. – 2001. - № 4. – с.23-26.

9. Клименко Ю.С., Ренгевич О.В. Перспективы построения АСУ окомкованием агломерационной шихты // Сборник докладов международной научно-практической конференции “Вычислительная техника в информационных и управляющих системах”. – Мариуполь, 2000. – с.58 – 59.

Анотація

Ренгевич О.В. Система автоматичного управління процесом окомкування на основі методів розпізнавання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - “Автоматизація технологічних процесів” - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 2001.

Дисертацію присвячено питанням розробки ефективних алгоритмічних засобів систем управління процесом окомкування. В роботі розвивається новий науковий підхід щодо розробки САУ ТП окомкування, заснований на застосуванні методу розпізнавальної оптимізації. Запропоновано дворівневу систему управління процесом окомкування й підтверджена її економічна ефективність. Основні результати роботи знайшли впровадження в промисловість завдяки використанню у проекті АСУТП агломераційних фабрик комбінату “Запоріжсталь” та Південного ГЗКа.

Ключові слова: окомкування, система управління, алгоритм, оптимізація, синтез.

Анотация

Ренгевич О.В. Система автоматического управления процессом окомкования на основе методов распознавания. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - “Автоматизация технологических процессов” - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2001.

Диссертация посвящена вопросам разработки эффективных двухуровневых систем управления процессом окомкования шихтовых материалов в барабанных окомкователях.

В первой главе даны общие сведения о процессе окомкования, проведен анализ существующих САУ ТП окомкования, а также рассмотрены известные методы статической оптимизации технологических процессов аглофабрик. Сделан вывод, что повысить качество управления процессом окомкования можно путем использования двухуровневой САУ, в которой на верхнем уровне, по известным возмущениям, определяются оптимальные значения регулируемых параметров, а на нижнем эти значения реализуются. При этом установлено, что в алгоритме верхнего уровня этой системы наиболее целесообразно использовать метод распознающей оптимизации. Решено, что исследование синтезируемой двухуровневой системы управления будет проводиться на имитационной модели процесса окомкования при помощи метода статистических испытаний. Установлено, что для успешного проведения вычислительного эксперимента необходима адаптированная к нему математическая модель процесса окомкования и программа генерирования возмущений.

Во второй главе проведен синтез имитационной модели процесса окомкования.

Установлено, что для решения задач вычислительного эксперимента наиболее пригодна математическая модель процесса окомкования, описывающая массообмен между фракциями железорудного материала в процессе грануляции. Однако в существующем виде она не пригодна для использования в вычислительном эксперименте. Путем обработки экспериментальных данных, полученных на барабанном окомкователе комбината “Запорожсталь” проведена идентификация параметров этой модели и раскрыто влияние на коэффициенты модели основных регулирующих и управляющих параметров. На основе этого разработана математическая модель процесса окомкования в виде аналитических уравнений зависимости, связывающих выбранный критерий управления с фракционным составом и влажностью исходной шихты, а также с параметрами работы самого барабанного окомкователя (его скоростью вращения и углом наклона). Доказана адекватность модели реальному процессу. Исследованы колебания фракционного состава исходной шихты (для условий комбината “Запорожсталь”) и определены статистические параметры этих колебаний, что позволило разработать алгоритмическую модель генерирования возмущающих воздействий процесса окомкования. Разработана программа прогнозирования грансостава исходной шихты по известным предыдущим значениям.

В третьей главе разработана двухуровневая САУ процессом окомкования.

Проведен детальный анализ алгоритма функционирования метода распознающей оптимизации и установлено, что при большом количестве контролируемых параметров и малом шаге их дискретизации метод становится очень громоздким. Разработан новый принцип поиска оптимального управления для этого метода, позволяющий значительно повысить быстродействие систем, реализованных на нем. Синтезирована структура верхнего уровня системы управления процессом окомкования и пакет прикладных программ, необходимых для ее функционирования. Показано, что разработка нижнего уровня двухуровневой системы управления существенных трудностей не вызывает и предложены варианты его реализации. Установлено, что разработанная двухуровневая САУ пригодна для управления любым барабанным окомкователем, независимо от физических свойств исходной шихты и параметров работы самого окомкователя. На имитационной модели процесса окомкования выполнено обучение системы распознаванию и проведена идентификация параметров предикатной модели процесса.

В четвертой главе исследованы эффективность функционирования и физическая реализуемость разработанной системы управления.

Выявлены количественные показатели работы действующей в настоящее время системы регулирования влажности шихты (комбинат “Запорожсталь”) и проведено их сравнение с показателями синтезированной двухуровневой САУ процессом окомкования. Сформулированы требования, предъявляемые к техническим средствам, контролирующим параметры процесса. Установлено, что реализация разработанной двухуровневой САУ процессом окомкования может быть осуществлена практически на любой микроЭВМ. Рассчитан ожидаемый экономический эффект от внедрения двухуровневой системы.

Основные результаты работы нашли промышленное внедрение благодаря использованию в проектах АСУТП агломерационных фабрик комбината “Запорожсталь” и Южного ГОКа.

Ключевые слова: окомкование, система управления, алгоритм, оптимизация, синтез.

Annotation

O. Rengevitch. The system of the automatic control of the palletizing process on the basis of the identification methods. - Manuscript.

Thesis is for the scientific degree’s competition of a Master of engineering sciences by specialty 05.13.07 - “Automatisation of the Technical Processes” - National Mining University of Ukraine, Dnepropetrovsk, Ukraine, 2001.

This Thesis is devoted to the elaboration of the effective algorithmic means of the Control System of the palletizing process of blending materials. In this thesis a new scientific approach to the elaboration of the control system of the palletizing is being developed on the basis of the identification optimization method. The high level of the palletizing process control system the economically effective usage of which has been affirmed, is presented to the thesis. The basic results of the thesis have found an application for the agglomerative factories of the group of the enterprises “Zaporizhstal” and the South ore mining and processing enterprise redesign of control system.

Key words: palletizing, control system, algorithm, optimization, synthesis.