CC BY
51
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПОСТРОЕНИЯ АСУ ТП ОБЖИГА СЫПУЧИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
THE MAIN OBJECTIVES OF CREATING AUTOMATED CONTROL SYSTEM OF TECHNOLOGICAL PROCESS BURNING GRANULAR
BUILDING MATERIALS
E.M. Чеботаева, И.И.Горюнов
E.M. Chebotaeva, I.I. Gorunov
ФГБОУ ВПО "МГСУ"
В статье рассматриваются основные особенности этапов выбора структуры и элементов АСУ ТП обжига сыпучих строительных материалов.
The paper deals the main singularity ofphase's selection the structure and elements of automated control system of technological process burning granular building materials.
Из результатов предыдущих наших исследований следует, что для каждого из рассмотренных технологических процессов обжига сыпучих материалов характерны своя структура алгоритма контроля качества целевого продукта обжига и свой критерий оптимальности управления. С другой стороны, динамические характеристики объектов управления больше зависят не от вида технологического процесса, а от типоразмера печи. Поэтому нет возможности предложить какую-либо типовую структуру ни для каждого из технологических процессов, ни для каждого типоразмера печи. В то же время результаты обобщения наших исследований показывают, что при выборе структуры и элементов АСУ ТП обжига сыпучих строительных материалов следует придерживаться определенной последовательности выполнения основных этапов этого вида работ. Их специфические особенности состоят в следующем:
1. Создание информационной базы. На действующих на предприятиях промышленности строительного комплекса вращающихся обжиговых печах имеется большинство необходимых средств контроля технологических параметров, необходимых для создания АСУ ТП, таких как измерители расхода сырья, топлива и воздуха, состава и температуры отходящих газов. Поэтому требуется лишь дополнить существующий контроль измерителями температуры материала на выходах из печей, в зоне спекания или декарбонизации (в производстве вяжущих материалов) или на выходе из зоны вспучивания (в производстве пористых заполнителей). Особенности монтажа этих средств контроля широко известны и не вызовут больших затруднений.
2. Стабилизация материальных потоков, вводимых в печь. Все материальные потоки, поступающие в печь, и расход воздуха, подаваемого на ряде заводов вентилятором из холодильника, должны быть стабилизированы с помощью локальных регуляторов. При наличии такого потока воздуха необходимо также автоматически поддерживать соотношение расхода топлива и воздуха.
Регуляторы стабилизации материальных потоков являются нижней ступенью АСУ ТП. Задание этим регуляторам должно вычисляться и устанавливаться УВМ в зависимости от изменения параметров теплового режима. Такая структура АСУ ТП способна обеспечить хорошее качество управления за счет того, что все колебания материальных потоков компенсируются на входе в печь, не нарушая ее режима рабо-
3. Выбор числовых значений параметров алгоритма контроля качества целевого продукта обжига. Наличие информационной базы при стабилизации расходов сырья, топлива и воздуха позволяет собрать статистические данные необходимые для определения числовых параметров алгоритма контроля качества продукта обжига конкретного технологического процесса.
Следует подчеркнуть, что известные алгоритмы справедливы только для установившихся режимов и удовлетворительная точность расчетов показателя качества продуктов обжига по этим соотношениям обеспечивается только в определенных интервалах его изменения.
При сборе статистических данных следует фиксировать не только значения температур обжига, но и расходы сырья и топлива. Это позволит в дальнейшем найти числовые значения коэффициентов при идентификации математической модели процесса. В случае работы печи в режимах, существенно отличающихся по производительности, может возникнуть необходимость в установлении двух групп коэффициентов, которые следует подставлять в соответствующее соотношение в зависимости от производительности печи.
4. Выбор диапазонов управляющих воздействий. При сборе статистических данных одновременно следует определять диапазоны изменения управляющих воздействий при нормальном ведении процесса обжига, т.е. при наличии возмущений, не приводящих к необходимости перевода печи на «тихий ход» или ее останова.
Поскольку в печи происходит целый ряд физико-химических превращений исходного сырья, при изменении управляющего воздействия нельзя восстановить режим в одной зоне, не нарушая его в других. Поэтому в алгоритме управления необходимо предусмотреть ограничения на изменение управляющих воздействий по минимуму и максимуму.
Так, известно, что в обжиговых вращающихся печах при нормальном управлении нельзя изменять разрежение в пылеосадительной камере более чем на ± 70 Па от установившегося значения. Изменения этого параметра на большую величину через 1-2 часа неизбежно приводит к колебаниям температуры материала по всем зонам.
Величина разрежения в пылеосадительной камере зависит не только от расхода воздуха через печь, но и от аэродинамического сопротивления печи, поэтому значения минимума и максимума разрежения должны быть скользящими:
Pmax Pep + 7 ; Pmin Pep 7
где pep - средняя величина разрежения за представительный отрезок времени (например, за 1 час).
Расход топлива и воздуха ограничивается постоянными значениями, а ограничения расхода технологической пыли устанавливаются исходя из условий работы тири-сторного преобразователя частоты, управляющего двигателем - приводом питателя, который транспортирует пыль в печь. То же относится и к управлению расходом пы-леугольного топлива.
5. Выбор структуры АСУ ТП. При разработке АСУ ТП обжига во вращающихся печах возможности выбора структуры управления крайне ограничены. В качестве основных управляющих воздействий только три могут использоваться в системе управления, а именно расходы топлива, воздуха и сырья. В ряде случаев, как уже отмечалось нами выше, существует возможность изменения расхода оборотной технологической пыли.
На всех печах обжига расход сырья должен быть стабилизирован, и таким образом его значение уже не может использоваться в качестве управляющего воздействия.
На некоторых печах топливные форсунки позволяют регулировать перемещение факела по длине печи, осуществляя за счет этого перераспределение тепла между зонами при постоянном расходе топлива, но глубина этого управляющего воздействия невелика.
На печах обжига клинкера для поддержания расчетного значения показателя качества обычно используют данные об изменении расхода топлива, иногда в сочетании с данными об изменении расхода воздуха, проходящего через печь, за счет регулирования положения направляющих аппаратов дымососа. На некоторых заводах показатель качества поддерживается также и путем изменения подачи оборотной пыли. В этом случае для управления режимом зон подготовки материала применяется сочетание изменение направляющих аппаратов дымососа с изменением расхода топлива.
В печах обжига известняка показатель качества получаемой извести (степень декарбонизации) поддерживается путем изменения подачи сырья в печь, а расход топлива либо стабилизируется на заданном уровне, либо изменяется в заданном соотношении с расходом воздуха в зависимости от температуры отходящих газов.
6. Выбор динамического алгоритма управления. Для выбора динамического алгоритма управления показателем качества целевого продукта необходимо экспериментально снять переходную функцию объекта по каналу управления и по ее виду определить, какой передаточной функцией может быть аппроксимирован объект управления. Приняв одну из передаточных функций по переходной характеристике, известными методами находят коэффициенты функции.
Далее производится моделирование объекта управления в замкнутой системе с одним из регуляторов при нанесении стандартного возмущения типа «скачка». При этом одновременно вычисляют один из критериев, выбранный исходя из вида технологического процесса. Затем моделирование производится для второго и третьего регуляторов.
Регулятору, обеспечивающему наименьшую погрешность управления, следует отдать предпочтение. Если же точность управления одинакова при использовании двух регуляторов, то предпочтение нужно отдать наиболее простому из них.
Параметры настройки регулятора, найденные в процессе моделирования, могут в 10-20 раз отличаться от оптимальных для реального процесса вследствие грубости описания действительного объекта его передаточной функцией. Поэтому после включения управления от УВМ следует уточнить параметры настройки. Учитывая ценность продуктов, получаемых в печах, не позволяющих иметь брак даже во время наладки АСУ ТП, настройку динамического алгоритма управления следует начинать с низких значений коэффициента регулятора, которые не вызовут автоколебаний теплового режима печи. Коэффициент усиления К1 может быть грубо определен из соотношения К1 = 0,8 К0 (где К0 - коэффициент усиления объекта).
7. Монтаж и наладка системы управления. После выбора структуры и технических средств АСУ ТП и окончания монтажа всей аппаратуры начинается включение и
наладка системы управления на реальном объекте. Вначале следует включить все стабилизирующие системы, составляющие нижнюю ступень управления, затем все системы, предназначенные для поддержания режима в зонах подготовки материала («холодного» конца печи) и только после этого систему управления качеством целевого продукта с использованием выбранного динамического алгоритма.
Литература
1. Горюнов И.И. Автоматизация управления процессом обжига сырья в производстве строительно-технологической извести: Автореф. канд. дис./И.И. Горюнов - М.: МГСУ, 1999, 19 с.
2. Рульнов А.А. Математическое моделирование процесса обжига природного гипса/ А.А. Рульнов, А.Г. Комар/ Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1982.-№ 3. с. 68-73.
3. Федоткин И.М. Математическое моделирование технологических процессов.- Киев: Высшая школа, 1988, 416 с.
4. Рульнов А.А., Горюнов И.И. Математическое описание процесса получения строительной извести - В сб. тр. XI-й «Математические методы в технике и технологиях» - Владимир.: РАН, 1998, т.3 с.76-78.
References
1. Gorunov I.I. Automating the management of the firing process raw materials for the building and technological lime: Review PhD thesis/ Gorunov I.I. - M.: MGSU, 1999, 19 p.
2. Rulnov A.A. Mathematical modeling of the burning of natural gypsum/ A.A. Rulnov, A.G. Ko-mar/ News' Institutions of higher education. Building and architecture. - 1982.-№ 3. p. 68-73.
3. Fedotkin I.M. Mathematical modeling of processes.- Kiev: High school, 1988, 416 p.
4. Rulnov A.A., Gorunov I.I. The mathematical description of the process of obtaining building lime - In the collected works XI-th «Mathematical Methods in Engineering and Technology» - Vladimir.: RAN, 1998, v.3 p.76-78.
АСУ ТП, технологический процесс обжига строительных сыпучих материалов.
Automated control system of technologic process, technologic process burning granular building materials.
129337 Москва, Ярославское ш., 26 + 7 495 580-75-20 e-mail: aist@mgsu.ru
Рецензент: В.О. Чулков, д.т.н., профессор, МАКХиС
