CC BY
12
щих этапах, допустимое отклонение ранга gSз(Pik), Р^е П2 определено на «удовлетворительном уровне», тогда результаты отбора проектных инициатив по соответствию стрем стратегическим целям будут иметь вид:
Таблица 10
Отобранные проектные инициативы по уровню соответствия цели $1, S2 Sз
4. Выводы
В результате реализации процедуры многоцелевого отбора из исходного множества проектных инициатив отобираются наиболее соответствующие стратегическим целям развития энергоинфраструктуры предприятия, которые параллельно компонуются в две группы: «обязательные» - соответствующие такому стратегическому направлению как повышение надежности энергоинфраструктуры во внешней среде; «основные» и «вспомогательные» - имеющие направленность в улучшении внутренних параметров энергоэффективности и энергобезопасности энергоинфраструктуры.
№ Проектная инициатива S1 S2 S3
3. Инициатива Pi3 7 6 4
8. Инициатива Pi8 5 5 4
4. Инициатива Pi4 6 4 5
-□ □-
Описана структура i принцип роботи рекуперативного нагрiвального колодязя. Наведет результати його функщонування i3 класичною САР. Показано переваги управ-лтня i3 застосуванням адаптивноi САР
Ключовi слова: рекуперативний нагрi-вальний колодязь, адаптивна САР, темпе-
ратурний режим
□-□
Описана структура и принцип действия рекуперативного нагревательного колодца. Приведены результаты его функционирования с классической САР. Показаны преимущества управления с применением адаптивной САР
Ключевые слова: рекуперативный нагрев ательный колодец, адаптивная САР, температурный режим
□-□
The structure and principle of operation of recuperative heating pit is described. The results of its operations with classical SAR are given. The benefits of control using adaptive SAR is shown
Keywords: recuperative heating pit, adaptive SAR, temperature mode -□ □-
1. Вступ
Умови безпечно! та надшно! роботи рекуперативного колодязя вимагають, щоб витрата палива в реку-ператорi тдтримувалася у визначених межах. Недо-тримання цих вимог може призвести до перевитрати палива та перерву злитку металу, що стане причиною виходу з ладу колодязя.
За мету створення САР рекуперативного колодязя поставлено тдвищення надшносп та якосп роботи як рекуператору так i колодязя вщлому, яка повинна тд-тримувати значення необхщних технолопчних пара-метрiв в допустимих межах, тим самим забезпечуючи яюсну, ефективну та економiчну роботу агрегапв.
УДК 621.311:681.5
АДАПТИВНЕ УПРАВЛ1ННЯ ТЕМПЕРАТУРНИМ РЕЖИМОМ В РЕКУПЕРАТИВНОМУ НАГР1ВАЛЬНОМУ КОЛОДЯЗ1
А.П. Мовчан
Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: 050-382-76-96 В.О. Левченко*
Контактний тел.: 096-766-14-52, 099-552-69-03 E-mail: LevchenkoVO@ukr.net *Кафедра автоматизаци теплоенергетичних процеав Нацюнальний техшчний уыверситет УкраТни «КиТвський
пол^ехшчний шститут» пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056
При проектуванш були використаш сучасш ршен-ня по автоматизаци. Вихщш данi для дослщження отриманi з лiтературних джерел.
2. Структура та принцип роботи на^вального колодязя [1]
Злитки металу перед плющенням ix на блюмшгу або слябiнгу нагрiвають в на^вальних колодязях. На металургiйниx заводах поширеш колодязi рiзниx кон-струкцiй, що працюють з регенеративним принципом пда^ву газу i повiтря або з рекуперативним принципом пвд^ву повггря. У даному проектi розглядаеться
уз
рекуперативнии нагр1вальнии колодязь з подачею тепла одним нижшм пальником.
Час нагр1ву злитшв дшиться на два етапи. На першому еташ вщбуваеться шдвищення температури поверхш злитка до температури, близько! до задано!. У цеИ перюд в колодязь подаеться максимальна кшькшть тепла. На другому (витримки) вщбуваеться прогр1вання i вир1внювання температури внутршшх шар1в злитка при приблизно постшнш температурi поверхш. У цеИ перiод у мiру прогрiвання злиткiв ви-трата палива поступово знижуеться.
Загальне завдання управлшня процесом нагрiву полягае у виборi i забезпеченнi теплового режиму ро-боти колодязя, необхiдного для отримання металу iз заданою температурою поверхш i допустимим перепадом температур по перетину злитка при максимальнш продуктивной i мiнiмальних питомш витратi палива i чадi металу.
Велик труднощi в автоматизацii колодязiв викли-кае вiдсутнiсть засобiв вимiрювання температури по-верхнi злитка i розподiлу ii по перетину. Застосування пiрометрiв не дае добрих результапв iз-за впливу газiв, що оточують злиток, i шару окалини на поверхш злитка. Додатковi ускладнення викликають рiзнi умови нагрiву окремих злитив, пов'язанi з !х розташуванням в робочому просторi.
Рекуперативнi колодязi опалюють змiшаним газом (коксодоменним) з теплотою згорання 7,5-10,0 Мдж/м3 (калоршшстю 1800-2000 ккал/м3). ЗмiшаниИ газ для колодязiв поступае iз спецiальних станцш газозмшу-вачiв.
Технологiчно передбачена шдтримка температури в робочому просторi 1400°С. Рух продуктiв згорання по газоповггряному тракту здiИснюеться за допомогою димосоав. ГазоповiтряниИ тракт нагрiвального колодязя мае зв'язок з атмосферою.
Технолопчно передбачена шдтримка тиску в робочому просторi колодязя 10-30 Па.
Регулювання горшня з корекшею здшснюеться по аналiзу продуктiв згорання, що вщбираються в про-сторi над рекуператорами.
Основш характеристики колодязя:
- Теплота згоряння палива- 7,5-10 МДж/м3.
- температура повгтря в рекуператорi - 300°С.
- температура в робочому просторi - 1400°С.
- тиск в робочому просторi - 10-30 Па.
- температура димових газiв до рекуператора -700-900°С.
- температура димових газiв шсля рекуператора - 400-800°С.
На рис. 1 показана схема осередку рекуперативного колодязя з пальником в центрь Пов^ря для горшня, вентилятором, що нагштаеться, заздалепдь пдагрЬ ваеться в керамiчному рекуператорi; газ поступае до пальника холодним. Газоподiбнi продукти згорання видаляють з робочого простору осередки через по-лум'янi вiкна, розташоваш внизу стiнок камери, звщ-ки вони проходять в рекуператор i попм викидаються в атмосферу за рахунок тяги димово! труби або димо-соса.
Перевагами на^вальних колодязiв е: велика швидкшть нагрiву металу завдяки тому, що злитки на^ваються одночасно зi всiх сторiн, i малi втрати тепла через стiнки колодязя. Проте перюдичний режим роботи приводить до змшного теплового режиму, що е недолшом нагрiвальних колодязiв i утрудняе !х автоматизацiю.Залежно вщ умов виробництва в на-^вальш колодязi завантажують гарячi (600-900°) або холодш злитки (нижче 500°).
3. Аналiз нагрiвального колодязя як об'екта управлiння
Теплову обробку злиткiв металу в рекуперативних колодязях проводять за заданим технолопчним режимом (крива випалювання, рис. 2), порушення якого призводить до браку виробiв.
Рис. 1. Принципова схема рекуперативного нагрiвального колодязя: 1-робочий проспр комiрки, 2-кришка комiрки, 4-рекуператори,5-метал
Рис. 2. Температура в камерi 1 та витрата палива 2 вщповщно
Для попередження вiдхилень вщ встановлених режимiв рекуперативних колодязiв необхщний по-стiйний контроль параметрiв за допомогою техшчних засобiв автоматизацп.
Одна iз основних умов нормального на^вання металевих злиткiв - пiдтримка встановлених температур в колодязь На пiдставi практично! роботи рекуперативних колодязiв встановлеш технологiчнi режими, до яких кнують чiткi вимоги. Так наприклад, в робо-чiй зош температура теплоносiя повинна шдтримува-тися з точшстю ±10°С. Отже, температура найбшьш важливий параметр колодязя, що контролюеться. Для рекуперативних колодязiв в найбшьш вщповщальних точках робочого простору шдтримуються постiйнi температури. Температура в колодязi змiнюеться з ряду причин, наприклад, в результат змiни режиму навантаження колодязя, змши витрати палива та умов його горшня, аеродинамiчного режиму колодязя i т.д. Всi збурення призводять до порушення режиму нагрЬ вання i, як наслiдок, виходу продукцп низько! якостi або браку. Шдтримка температур по довжиш колодязя нерозривно пов'язана з регулюванням шших параме-трiв колодязя. Для безперервно дшчих рекуператив-
них колодязiв завантаження здшснюеться клщовим краном через верх в робочш простiр колодязя, подача злитюв е автоматизована. Впровадження цього крану дозволяе автоматизувати завантаження злитюв в ро-бочiй просир та вивiльнити вiд тяжко! ручно! працi робiтникiв, що покращуе умови пращ.
Таблиця 1
Показники якост Кр=1,21, Ти=161
Макс. дин. виюд 0,48
Час регулювання 450
4. Дослщження динам1чних та статичних характеристик об'екта управлшня
В процесi нагрiву злитюв динамiчна характеристика об'екта змшюеться в залежностi вiд режиму на-грiву. Температура в колодязi змшюеться в результат змiни режиму навантаження колодязя, змши витрати палива та умов його горшня, аеродинамiчного режиму колодязя.
Передавальш функцii об'екта при першому ,друго-му та п-му нагрiвi вiдповiдно мають такий вигляд:
5. Перев1рка САР на грубшть
1Жо61(р) =
2)Wo62(p) =
3)Wo6n(p) =
2.4 ■ е-60р 230 ■ р +1' 1.4 ■ е-60 р 230 р +1'
1 ■ е-60 р 230 р +1
- 1 2
3 ^
- -
2 1.5 1 0.5 0 ■0.5
0 100 200 300 400 500 Б00 700 000 000 1000
Пiд грубiстю одноконтурно! САР розумжть малу чуттевiсть критерiю функцюнування до варiацiй па-раметрiв розiмкненоi САР.
Для дослiдження системи були зняп 2 перехiднi характеристики: при змшному Ко6 та при оптималь-них параметрах налаштування регулятора. Варiацii параметру проводились в дiапазонi 1-2.4оС/%х.РО. Дослiдження було проводено по каналу збурення - ви-хiд. Отримаш переднi процеси приведенi нижче на рисунку:
З моделi об'екта побудовано! в середовишд Simulink (MATLAB) отримано перехщш характеристики вщпо-вiдно до передавальних функцш.
Рис. 3. Перехiднi характеристики об'екта управлшня
Отримано перехiдний процес в замкненш САР для розрахованих шженерними методами параметрiв налаштування П1 регулятора [2] з використанням пакету МаШЬ та розраховано показники якосп пере-хiдного процесу.
Рис. 5. Перехщш процеси у замкненiй АСР при оптимальних параметрах настроювання регулятора, але при рiзних значеннях Коб
При дослщженш системи на грубкть було встанов-лено, що система е грубою ввдносно удин та Трег до змiни параметра Коб., i малi змiни якого викличуть змши критерт якостi функцiонування САР б^ьше нiж в 2 рази. Таким чином, застосування звичайних САР не дае достатньо! якостi регулювання так, як даний об'ект мае властивосп змшювати сво! параметри в вщповщ-носи до рiзних факторiв. Тому такий об'ект потребуе застосування адаптивних систем регулювання для забезпечення високо! якост регулювання та ефектив-ностi на^ву злиткiв.
6. Теоретичш основи методу адаптацп
Промисловi об'екти управлiння описуються моделями, якi вiдрiзняються вщ iдеальних нестацюнар-нiстю характеристик. Тому для здшснення якiсного управлiння такими об'ектами необхщно щентифжу-вати в процес !х нормального функцiонування, а поим використовувати !х для тдстроювання регуляторiв.
Об'екти управлiння можуть бути описаш моделями:
W0(s) =
к.
Рис. 4. Перехщш процес в замкненому контурi
(Т0 ■ з + 1)т
(1)
Восточно-Европейский журнал передовым технологий
або
W0(s) =
ко ■ехР(-т8)
Т ■ 8 + 1
(2)
Причому, якщо для модел1 (2) виконуеться стввщ-
т , .
ношения — < 1, то з нею може бути пор1вняна модель (1). То
При побудов1 адаптивиих систем управлiиия ие-обхвдна iдеитифiкацiя параметрiв моделей (1) або (2), причому щентифжащя, наприклад, параметрiв т, То, ко моделi (1) позволяе при необхщносп перейти до моделi (2).
Нижче розглядаеться метод щентифжацп, засио-ваиий на аналiзi поведiики похiдиоi перехiдиоi характеристики об'екта в точщ перегииу перехщно! характеристики. Точка перегииу мае мшце при т > 2 або
— > 0.1. То
Характеристичне рiвняння для моделi (1) може бути записано в виглядк
£ а,■Г +1 = 0
(3)
Для випадку змши в чаа динамiчних параметрiв об'екта, иаприклад, постшио! часу То, можиа ввести параметр а,, який враховуе щ змши. Тда (3) запишемо в виглядк
£ Г^) +1 = (а ■ То-Х + 1)т = 0,
(4)
0 < а ■ < а < а„
Для регульоваио! коордииати x(t) введем позиачеи-ия хк , яке в загальиому виглядi показуе 1! залеж-иiсть вiд ко и дииамiчиого а, параметрiв об'екта.
Тда диффереицiйие рiвияиия, вiдповiдие до (1), для випадку подачi иа вхщ об'екта одииичиого ступш-чатого збуреиия можиа записати слщуючим чииом:
£ а,00 ■ Х^) + Х^) = ko(t) ■1(t).
(5)
41 Е1 » 1*1 12« 141 >1 1П 211 ¿,свк
Рис. 6. Перехiдна характеристика, похiдна i друга похiдна вiд неТ
На рис. 1 х^),х^) показан у збiльшеиому масшта-бi: х(0 ■ 1000,x(t)■ 10000 .
Рiшеиия рiвияиия (5) при умовi (4) являеться фуикцiею статичного ко и динамичного а, параметрiв об'екта управлiния хк а = ^ко,а^), причому момеит часу ^ , в який хкоа(^) = 0, залежить пльки вiд а, (ди-иамiчиих властивостей об'екта):
^ = f(a) = а■ ¿2, t2 = const,
(6)
а добуток Хкоа(^)t1 залежить пльки вiд ко (ста-тичних властивостей об'екта).
При иульових початкових умовах рiвияиия (5) i при вiд'емиих кориях характеристичного рiвняння (3) характер рiшеиия хк , як це видио iз рис. 1, такий, що перша похщиа мае одио екстремальие значения при 1;>0 в точщ t = t1, причому в цш точцi друга похiдиа Хк„а(^) рiвиа иулю иезалежио вiд значения ко.
Алгоритм П1Д-регулятора вибраиий в слвдуючш
формi:
и = кр(е(^ + ки | e(t)dt + кг
dt
(7)
При кд =0, маемо П1-регулятор. При використанш П1Д закона регулюваиия, кд i ки звязаиi мiж собою алгебрапчиою залежиiстю.
Вiдомо, що при невеликому диапазон змiии па-раметрiв обекта в 1.5-2 раза одиопараметричиа иастройка регулятора в достатиш мiрi забезпечуе якiсть управлшня при збережеиш спiввiдиошеиия мiж складниками закону управлшня.
Виходячи iз вище указаиих властивостей рiшеиия рiвияиь об'екта, запропоиоваиий слщуючий алгоритм адаптацп [3]:
КР+1 = а^К" ■ р р
|e(tl)|
t1 ■ тах
(8)
Позиачимо через = f(a) момеит часу, в який перша похщна рiвняння (5) приймае максимальне значения
Хк„а(1)|, =таххк„а(1), а друга похщна Хко8(1)|, =Хко8(1[) = 0, що ¿люструется рис. 6.
де К" - значения загальиого коефвдента тдсилеи-ия регулятора перед адаптащею. К^1 - иове значения загальиого коефвдента пiдсилеиия регулятора. e(t) -сигнал розузгоджеиия. - момеит досягиеиия максимума модуля першо! похвдио! вiд модуля сигнала розузгоджеиия. п - иомер кроку адаптацп. Коефвдент вибираеться iз ряду а = 1...1.8. Рекомеидоваие значения а =1.44.
Цей алгоритм базуеться иа використанш вище приведеиих залежиостей при збуренш по вихщнш величин об'екта i проведеииi аиалiзу початково! стадп перехiдиого процесу в замкиутiй систем! регулюваиия. В цьому випадку величина ■ e(t1) залежить вщ кр = кр(ко). Експеримеитальио доказано справедли-вкть цiеi залежиостi.
На рис. 7 показана структурна схема САР з адап-тивним регулятором.
В аналiзаторi реалiзуется слвдуючий алгоритм:
e(t1)
= тах е^),
t1 = ^ при е(t) = тах е^), е(t1) = е(t), при t =
)
=1
к(р0),т<о),Тд0) _ кд. тц(0) - визначаемо по апрюрним да-ним про об'екте на основi шженерних формул разра-хунку налаштувань.
Фiльтр Wф(s) вводиться для того, щоб гарантовано забезпечити т > 2 , а також зменшити вплив шумiв.
7. Дослщження обекта управлшня 1з застосуванням адаптивно! САР
2 4 ■ е-60р
При параметрах об'екта 2)Wо6(p) =- i роз-
о 230 ■ р +1 рахованих параметрах налаштування регулятора
Кр=1,21, Ти=161, отримали перехiдний процес зобра-жений на рис. 4.
Виконано дослiдження САР з адаптивним регулятором критерiем яко! е |к(рт+1) - К(рт)| < £ , де £ = 0.005 .
Для виконання умови |к(т+1) -крт)|<£ , де £ = 0.005 знадобилось 5 иерацш.
Проведено дослiдження САР з адаптивним регулятором для змшених параметрiв об'екту.
При
1^(р) =
1.4 ■ е
-60-р
При
3)Wo6(p) =
230■р +1
1- е-60р 230 - р +1
Рис. 7. Структурна схема АСР
Рис. 8. Перехщж процеси до та шсля адаптаци 5нтерацш
Рис. 9. Перехiднi процеси до та шсля адаптаци вiдповiдно -5 ^ерацш
Восточно-Европейский журнал передовых технологий
Висновки
Показано, що застосування класичних САР тем-пературним режимом рекуперативного на^вального колодязя не дае бажаних результапв, i потребуе засто-сування адаптивних регуляторiв.
Шд час проведення дослiдження був знайдений за-гальний коефiцiент передачi адаптивного П1 регулятора. Так як початковi налаштування знаходилися за допомогою шженерних методiв, то кiлькiсть ггерацш була не менше чотирьох.
1з отриманих графiкiв перехiдних процеив видно, що пiсля адаптаци динамiчне вiдхилення зменшуеть-ся в 4 рази.
Також показано, що при цьому алгоритмi параме-три об'екта можуть змшюватись бiль шж в два рази i при цьому досягаються необхщш показники якосп регулювання без значного збiльшення юлькосп ие-рацiй.
Наведена адаптивна САР рекомендуеться для управлшня об'ектами зi змшними режимами, де вису-ваються висок вимоги до пере регулювання.
Лиература
1. Кр1вандш В.А. Металургшш печ1/ В.А. Кр1вандш, Б.Л. Марков// Металурпя - 1977.
2. Попович М. Г. Теор1я автоматичного керування/ Ковальчук О. В.// Либщь,1997. - 544с.
3. Полищук И.А. Самонастрающийся регулятор для теплоэнергетических процессов /Полищук И.А., Мовчан А.П.// Промыш-леная теплотехшка, 2007, т.29, №1.
