Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Применение вычислительной техники на металлургическом заводе

..pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
8.82 Mб
Скачать

достаточным математическим обеспечением; возможно­ стью одновременного решения нескольких задач и неза­ висимого обмена информацией с производственными участками, территориально разобщенными; системой, позволяющей прерывать несколько программ с запоми­ нанием всех необходимых данных; агрегатно-блочным принципом конструкции, позволяющим изменять состав комплекта машин; приемлемой стоимостью.

Средства сбора, первичной переработки, ввода и вы­ вода информации должны:

1) обеспечивать централизованный сбор и передачу технологических и экономических параметров и сообще­ ний;

2) обрабатывать по заданной программе некоторые параметры и сообщения;

3)выдавать собираемую и обрабатываемую инфор­ мацию на мнемосхему для индикации и сигнализации; осуществлять регистрацию, дальнейшую обработку ин­ формации в ЭЦВМ высшей ступени управления, выдачу сигналов на пульт для индикации по вызову, в исполни­ тельные механизмы для регулирования параметров;

4)вводить команды и исходные данные с пульта для дистанционного управления;

5)удовлетворять следующим техническим требовани­ ям: быть выполненными на элементах высокой надеж­ ности, обладать высокой помехоустойчивостью; обеспе­ чивать среднее время работы между двумя отказами не менее 1000 ч; иметь контроль неисправности; обеспечи­ вать подключение датчиков со стандартными и позици­

онными выходами, с ручным вводом и др.; работать в помещениях, содержащих в воздухе агрессивные сре­ ды при температуре окружающего воздуха 5—50° С и от­ носительной влажности до 80%; сохранять и восстанав­ ливать информацию при исчезновении питающего напря­ жения; работать от сети переменного нестабилизированного тока напряжением 220 е ± 1 0 % ;

6)иметь приоритет опроса для отдельных пара­ метров;

7)обеспечивать вывод переработанной информации на носители и в кодах ЭЦВМ высшей ступени;

8)иметь запоминающие устройства для хранения принятой и перерабатываемой информации;

9)иметь регистрирующие устройства для записи зна­ чений параметров.

В настоящее время разрабатывается государственнаясистема приборов (ГСП), которая наиболее полно отве­ чает вышеперечисленным требованиям. В ГСП входит комплекс средств, позволяющий решать задачи управле­ ния предприятиями на новом техническом уровне.

Данный комплекс средств включает: АСВТ—агрегат- но-блочную систему средств вычислительной техники; АСПИ — агрегатную систему средств сбора и первичной обработки информации и др.

Для нового комплекса средств характерно признание главенствующей роли средств вычислительной техники. Уже сейчас вполне очевидно, что центральное звено уп­ равляющих систем будет включать цифровые вычисли­ тельные машины. Периферийные звенья в дискретных производствах будут строиться па базе АСПИ [8].

АСВТ предусматривает модернизацию путем замены отдельных устройств более совершенными без изменения остальных устройств и всей структуры. АСУП, созданная на базе АСВТ, позволяет решать поставленные задачи и расширять их по мере возникновения.

По функциональному назначению все агрегатные уст­ ройства, входящие в состав АСВТ, делятся на следующие группы: устройства централизованного управления и пе­ реработки информации (процессоры); устройства хране­ ния информации (внутренние и внешние запоминающие устройства); устройства связи с объектом; устройства связи с оперативным персоналом; устройства ввода с но­ сителей информации и вывода на внесистемные линии связи; устройства внутрисистемной связи.

Применение АСВТ позволяет проводить поэтапное проектирование и внедрение АСУП на заводе. По своей структуре и конструктивному решению АСВТ позволяет наращивать как внутреннюю, так и внешнюю память машины, увеличивать при необходимости быстродействие и наращивать количество входных и выходных каналов, заменять устаревшие устройства новыми и т. д. Однако на действующем металлургическом заводе системы коптроля и автоматики оборудованы обычными средствами. По мере физического и морального износа будет осу­ ществляться их замена средствами ГСП, обеспечивающи­ ми сопряжение систем автоматики ç вычислительными машинами,

Г Л А В А II

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В А Г Л О М Е Р А Ц И О Н Н О М ПРОИЗВОДСТВЕ

Системы автоматизации в агломерационном произ­ водстве, основанные па традиционных средствах контро­ ля и регулирования, в настоящее время практически не­ черпали свои возможности. Автоматизированы такие важные стадии процесса, как дозирование шихтовых ма­ териалов, распределение их по бункерам, увлажнение и загрузка шихты на аглолеиту, поддержание уровней шихты в бункерах и па аглолеите, дозирование возврата и некоторые другие. Дальнейшая автоматизация процес­ са направлена на решение задачи оптимального управ­ ления процессом зажигания и спекания шихты на агломашине. Эта задача требует углубленного изучения ди­ намики агломерационного процесса и создания системы автоматического контроля законченности процесса спе­ кания, что может быть выполнено только па основе при­ менения аналоговых и цифровых вычислительных уст­ ройств.

За рубежом вычислительную технику применяют как для прямого управления агломерационным про­

цессом [15], так

и для теоретического анализа процес­

са агломерации

на цифровых динамических моделях

[16].

 

На заводе «Азовсталь» вычислительную технику в об­ ласти агломерационного производства используют глав­ ным образом в трех направлениях для:

разработки и уточнения цифровой динамической мо­

дели процесса спекания

шихты;

 

 

 

изучения случайных

возмущений,

действующих

па

производственный

процесс, и

реакции

агломашины

на

эти возмущения;

 

 

 

 

 

 

автоматического

контроля

законченности

процесса

спекания шихты.

 

 

 

 

 

 

Первые две задачи решают

на ЭЦВМ. Для

решения

третьей задачи используют аналоговые вычислительные системы.

43

1. Ц И Ф Р О В О Е М О Д Е Л И Р О В А Н И Е А Г Л О М Е Р А Ц И О Н Н О Г О П Р О Ц Е С С А

Процесс агломерации сопровождается различными тепловыми и химическими превращениями, из которых решающими являются зажигание шихты, сушка, горение коксика, нагрев и охлаждение шихтовых материалов и агломерата. При моделировании агломерационного процесса на достаточно мощной ЭЦВМ могут быть учте­ ны детальные особенности тепло- и массообмена в слое. При создании же упрощенной модели, отражающей ос­

новные

характерные черты

процесса,

целесообразно

 

 

у

 

принять

некоторые

не­

О

 

но>

О,,.

принципиальные допуще­

 

 

 

ния:

 

 

 

 

 

 

02(/-i);

H(j-t)

ров

1) ввиду малых

разме­

 

±1.

 

 

частиц шихты

темпе­

 

WW; DU); t(j)

ратура любой частицы по­

 

 

 

 

o2(j); H(p

стоянна

по

ее

объему;

 

 

внешний

теплообмен

про­

 

 

 

 

исходит

при

граничных

 

 

 

 

условиях

первого

рода;

 

 

 

 

 

2) так так

выходящие

 

 

 

 

из

слоя

продукты

сгора­

Рис.

3.

Расчетная схема спекаемого

ния

обычно содержат

не­

слоя

агломерационной

шнхты

большое

количество

оки­

 

 

 

 

 

 

 

 

си

углерода,

полагаем,

что горение топлива происходит по реакции С + 0 2 = СОо, при которой объем продуктов сгорания не изменяется;

3)при спекании высота слоя и насыпная плотность материала не изменяются;

4)теплота плавления и затвердевания учитывается коррекцией зависимости теплоемкости шихтовых матери­ алов и агломерата от температуры; затраты тепла на химические превращения учитываются коррекцией тепло­ выделения при горении топлива.

Для моделирования процесса агломерации на ЭЦВМ разобьем спекаемый слой на тонкие горизонтальные эле­

менты

высотой Дг, так

что h=nAz, где h — полная вы­

сота

слоя

шихты;

п—число

элементов разбиения

слоя.

 

 

 

 

Удобно принимать число п кратным 2 и 5, так как на

такое число

без остатка делится

любое значение h.

44

Расчетная

схема

спекаемого

слоя

представлена ііа

рис.

3.

 

 

 

 

 

 

Скорость

сушки

может

быть

выражена аналитиче­

ски

[17]:

 

 

 

 

 

 

 

 

i ü L ~ — k

w

(t —

t)

где

kw—постоянная;

 

 

 

 

 

Дт— интервал дискретности расчетов;

 

Wcp ' средняя влажность шихты;

 

 

t — температура

шихты;

 

 

 

tu — температура

«мокрого» термометра.

Если в последнем дифференциальном уравнении пе­ рейти к конечным разностям, то получим

 

AW=-kwWcp{t~QAi%.

 

 

(1)

Температуру

мокрого термометра

в

интервале

+404- +100° С

выразим через

давление

водяных

паров

в газе с помощью эмпирической

зависимости

 

 

tM =

38 +

2,27 )/0,5г +

Я с р - 8 1 , 5

°С.

(2)

Изменение давления водяных паров в газе при его перемещении от входа в /-тый элемент к выходу из эле­ мента запишем в форме

 

АН = —

7,6AW-^-

мм рт. ст.,

 

(3)

 

 

Рн2оѵ

Д т

 

 

 

где р ш — насыпная плотность шихты;

 

 

 

рн0—плотность

водяного пара

в нормальных

усло­

 

виях;

 

 

 

 

 

 

V—скорость

газа в нормальных условиях,

рас­

 

считанная на площадь сечения слоя.

 

 

 

В выражение (1) входит средняя влажность

шихты

в

слое:

 

 

 

 

 

 

 

^ср = ^,ач +

^ 2- ,

 

 

(4)

а

в выражение (2)—среднее

давление водяных

паров

в

газе:

 

 

 

 

 

ДЯ

2

45

где индекс «нач» относится к начальным значениям ве­

личин W и Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив уравнения

(5), (4) п (3)

в выражение

(2);

а затем в (1), получим

 

 

 

 

 

 

 

AW + AàW +

В = О,

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

Ä ^ - f f

V т - в

'

 

( 6 )

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2{t-3S)+l9fibzkwWna4-

P u

 

 

 

 

 

 

 

 

P H 2 o y J

 

В = Щѵ W*m4 Д 2 т

[ ( / - 3 8 ) 2 _ 5 > 1 5 ( 0 > 5 , + Я ] а ч ) +

420] .

Для расчета горения коксика полагаем, что частицы

топлива имеют сферическую форму. Тогда

 

 

 

 

 

Fc=4nr2m,

 

 

 

(7)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

я г 3 р с

 

 

 

 

 

 

1 0 0

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

г—средний

радиус

частицы коксика;

 

 

/ — площадь сечения спекаемого слоя;

 

 

m— число частиц

кокса в

элементарном

слое

Az;

Pc—истинная плотность коксика,

кг/м3;

 

 

рш —насыпная плотность шихты,

кг/м3;

 

 

С— содержание углерода, % ;

 

 

 

Fc—площадь

поверхности

частиц

коксика,

м2.

 

Горение коксика

происходит по закону [18]:

 

 

 

 

 

 

2900

 

 

 

b02fv=-kce

R T

F c 0 2 c p

,

 

(8)

где 0 2 — содержание кислорода

в газе.

 

 

 

Учитывая,что

 

 

з

 

 

 

 

 

-

-

Ѵ

Ь

 

 

 

 

где индекс «ш» относится к исходной шихте, а величины без индекса характеризуют текущее состояние, получим из выражения (8) с учетом (7)

46

 

 

 

 

I У

 

 

2/3

 

 

» 5 0 0

 

 

 

 

Д 0 2 = _

JÇÏÏL.

.^—-^е

р с

 

7

0 2 с р Az% ,

(9)

 

 

 

 

ѵгш

 

100

 

 

 

 

 

где

7 W + 2 7 3 , °К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В выражение (9) входит среднее'содержание кисло­

рода в газах в пределах элемента разбиения

слоя:

 

 

 

 

 

О

— О

-4- •А

° 2

 

 

 

 

 

 

 

w 2 c p

w 2na4

Г

2

 

 

 

 

так

что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г=—^-0МіЧ,

 

 

 

 

 

(10)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ъ г

 

 

 

 

_

» 5 0 0

 

 

 

 

 

£ _

fee

V С щ

А г £ ш ^ 2 / з

г

 

 

 

 

 

 

 

ѵгш

 

100

P c

 

 

 

 

 

Если

[Az]

в мм,

ш ]

в мм,

[и]

в м/сек,

[С] =

%, то

kc = 9 - І О 3

[18].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кислород газов расходуется на горение топлива

 

 

 

 

АС =

0 , 3 7 5 - ^ Л 0 2 Д т ,

%.

 

(11)

 

 

 

 

 

 

 

Р Ш Д2

 

 

 

 

 

 

Составив, далее, тепловой баланс элементарного слоя,

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

àt = M'N,

 

 

 

 

(12)

где

ЛГ,-= [crQ

+

crtr(k~

 

1, j-\)][tr(k-

 

 

1,

 

 

 

~t(k-l,/)]

 

vAr + ~-Pm

qw

àz

~ р ш qc Az;

 

 

 

N ={c0+c't(k-\;i)}

 

 

ршАг

+

 

 

 

 

+

\

fr.o

" I -

с'Л(Ь—1,!

 

— Щ vAr;

 

 

At—изменение

температуры

в

/-том слое за

вре­

 

 

мя Ат;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k—1 начальный индекс временного интервала дис­ кретности расчетов; между моментами времени k—1 и k промежуток времени At;

<7с— теплота сгорания коксика; qw— теплота парообразования; с,.— теплоемкость газа,

47

Составим сводку расчетных

формул:

W (k, /) =

W{k-\,ï)

 

+ W

[см. (6)],

С (Ä,/) =

С ( А - 1 , / ) + А С [см. (11)];

t(k,D = t(k-\,j)+-M

 

[см.(12)];

О2 (/) = О я ( / - 1 )

+

ДОа [см.(10)];

H(j) = H(j-\)

+ AH

[см.(З)].

При зажигании шихты используем продукты сгорания газа, разбавленные атмосферным воздухом. Тогда на входе в слой параметры продуктов сгорания будут иметь значения:

 

 

 

ѵг + ѵв

 

 

 

 

у

__ Уг Ст

'го)

. '

 

 

 

 

 

' го

 

 

 

 

 

н

_

ѴгНт+ѴъН9

 

 

 

 

п0

 

ѵг + ѵв

 

'

 

 

 

п

 

_

21 У,

 

 

 

 

 

 

2 В

Х ~

^г +

К в

'

 

 

 

где

Ѵѵ — расход

продуктов сгорания газа в горне

 

при

коэффициенте

избытка

воздуха

 

а— 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

tT, Я г температура

и давление

водяных паров

 

в продуктах сгорания в тех же условиях;

 

^ві температура

и

расход

подмешиваемого

 

воздуха;

 

 

 

 

 

 

 

tr0, ff0,

Я в д а в л е н и е

водяных

паров

в воздухе;

0 2 в х — состояние продуктов

сгорания,

входящих

 

в зажигаемый слой шихты.

 

Описанная математическая модель процесса агломе­ рации может быть запрограммирована на ЭЦВМ. При­ мер программы в командах ЭЦВМ «Промінь-2» приве­ ден ниже:

Распределение памяти

машины

 

01 ч - 40/(й — 1,/) +t(k

— 1,п). 41.00100(A).

42.10000 (A)

43 —14060(A)

44 — 14060(A)

, 45 —00095 (A)

46 —00095(A).

47 —00160 (A)

48 —00160(A)

48

49— 10020(A).

 

 

50 — 10020 (A)

51.273

52 — 14500.

 

 

 

'

53. 0,66667.

 

 

 

 

54. kzYСш

Дгрш /(100рсо/-ш );

 

 

 

 

 

 

 

 

55. - 2

 

 

56. / Г 0

57.

Я 0

 

 

58.

О а в х .

59.

0,375

 

у р 0 2 А т / ( Д г р ш )

 

 

 

 

 

 

 

 

60. 1 9 , 6 Д г ^ р ш / ( р Н п 0 и ) .

61. 38.

 

 

62.

515

63-.

420

 

 

 

 

64.

АцуДт.

 

 

 

 

65. — 7 , 6 р ш

Дг/(р Н 2 о«Дт)

66. с0

 

 

 

 

 

 

67.

с'

 

68. Дгрш

 

69.

с Г 0

 

 

 

 

 

 

70.

с'г

 

 

 

 

71. уДт/2.

 

 

 

 

72. Д г р ш ? д , / 1 0 0 .

 

 

73. Д г р ш

100.

74.

* r o

75.

Я 0

76.

0 2 В Х .

100 -=- 139.

С

(k —

1 , / ) -

 

 

 

ч - С(А — 1 , л )

НО - і - 179 . W{k—l,j)

 

+

W(k—l,n).

 

 

Здесь:

п = 4 0 ;

вывод всех данных

на

печать — через от=

(—00095 в ячейках 45 и 46).

 

 

 

 

 

 

 

 

Программа

 

расчета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00.

Чт. 11.41.

 

 

01. Зп . 10.02*.

 

02.

 

Сл. 51.

03. Зп . 10.04*.

04.

Чт. 52.

 

 

 

05. Д е л . 10.04*.

 

06. ехр .

 

07. Зп . 10.06*.

09. Зп . 10.10*.

 

 

10.

Выч. 2.00.

 

11.

У Ш . 14.

 

12.

Чт. 00.

13.

Б П . 18.

 

 

 

14, Чт. 10.10*.

 

15.

In.

 

 

16.

Умн. 53.

17. ехр .

 

 

 

18.

Умн. 54.

 

19. Умн. 10.06*.

 

 

 

20. З п . 10.12*.

 

 

21.

Сл. 87.

 

22.

З п . 10.14*.

23. Чт. 10.12*.

24.

Умн . 55.

 

 

25. Д е л . 10.14*.

 

26.

Умн. 58.

27. Зп . 11.02*.

28.

Сл. 58. .

 

 

29.

У Ш . 32.

 

30.

Зп . 58.

31.

Б П . 35.

32.

Чт. 58.

 

 

 

33.

Выч. 2.00.

 

34.

БП . 27.

35. Чт. 11.02*.

36.

Умн. 59.

 

 

37. Зп . 11.04*.

 

38. Сл. 10.10*.

39.

УП1 . 42.

40.

Зп . 11.42.

 

 

41. Б П . 4 5 .

 

42. Чт. 10.10*.

43.

Выч. 2.00.

44.

Б П . 37.

 

 

 

45. Чт. П.43.

 

46. Зп . 11.10*.

47;

Умн. 60.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48. Зп . 11.06*.

 

 

49.

Чт. 10.02*.

 

50.

Выч. 1.61.

51. Зп . 11.14*.

52.

Умн . 87.

 

 

53.

Сл. 11.06*.

 

54.

Умн. 88.

55. Зп . 12.02*.

56. Умн . 12.02*.

 

57.

Зп . 12.04*.

 

58. Чт. 10.02*.

59.

Умн. 88.

60.

Сл. 57.

 

 

 

61.

Умн . 62.

 

62.

З п . 12.06*.

63. Чт. 11.14*.

64. Умн. 11.14*.

 

65.

Выч. 1.12.06*,

66.

Сл. 63.

67.

Выч. 2.12.04

68. УП1.71.

 

 

 

69.

V

 

70.

БП . 72.

71.

Чт. 00.

 

 

 

 

 

 

 

72. Выч. 1.12.02*.

73.

Умн. 64.

 

74. Умн. 11.10*.

75. Зп . 11.12*.

76. Сл. 11.10*.

 

77.

УП1. 80.

 

78.

Зп . 11.43.

79.

Б П . 83.

80. Чт. 11.10*.

 

81.

Выч. 2.00.

 

82.

Б П . 75.

83. Чт. 11.12*.

84.

Умн . 65.

 

 

85.

Сл. 57.

 

86.

УП1. 89.

87.

З п . 57.

88.

Б П . 91.

 

 

89.

Чт. 00.

 

90. БП.87.

91. Чт. 10.02*.

92.

Умн. 67.

 

 

 

93.

Сл. 66.

 

94.

Умн. 68.

95. Зп . 12.10*.

96.

Чт. 56.

 

 

 

97.

Умн. 70.

 

98.

Сл. 6,9.

99.

Умн. 71.

4—827

100. Зп . 12.12*.

101.

Сл.

12.10*.

102. Зп . 12.10*.

103.

Чт. 56.

104. Выч. 1.10.02*.

105.

Умн. 12.12*.

106. Умн . 87.

107.

З п .

12.12*.

108. Чт. 11.12*.

109.

Умн. 72.

НО. Сл. 12.12*.

111.

Зп .

12.12*.

112. Чт. 11.04*.

1)3.

Умн. 73.

114.

Выч. 2.12.12*.

115.

Д е л . 12.10*

116.

Зп . 13.02*.

117. Чт. 10.02*.

118.

Зп . 56.

119. Сл. 13.02*.

120. Зп . 11.41.

121.

Сч П. 41.

122.

Сч П. 42.

123.

Сч П. 43.

124.

УП1 . 00.

125.

Чт. 90.

126.

Зп . 41.

127.

Чт.

199.

128.

Зп . 42.

129.

Чт. 44.

130.

Зп . 43.

131.

Чт. 74.

132.

Зп . 56.

133.

Чт. 75.

13-1.

Зп . 57.

135.

Чт. 76.

136.

Зп . 58.

137.

Сч

П. 45.

138.

У П 1.00.

139.

Чт. 46.

140.

З п . 45.

111.

Чт.

I I . 47.

142.

Ост. 01.

143.

Сч

П. 47.

144.

УП1. 141.

145.

Чт. 48.

146.

Зп . 47.

147. Чт. II. 49.

148.

Ост. 01.

149.

Сч

П. 49.

150.

УП1 .

147.

151.

Чт. 50.'

152.

З п . 49.

153.

Ост. 00.

154.

БП .

00.

 

 

 

Звездочкой отмечены «запрещенные» ячейки памяти.

Расчет процесса спекания по проведенной программе сопровождается выводом на печать значений t, С и W для всех элементарных слоев через интервалы времени 5Ат. Пример расчета приведен на рис. 4.

1500

<sT Ш00.

500\

 

 

 

 

Рис. 4. Кривая

расчета темпера­

 

 

 

 

туры в спекаемом слое агломе­

 

 

 

\

рационной

 

шихты (/ r 0

= I250° С —

 

 

 

температура

 

з а ж и г а н и я : t r û =

 

 

 

=30° С — температура

воздуха

 

 

 

на

входе

в

слоіі; / — температу­

 

 

 

ра

шихты

на

глубине

100 мм от

0

3,0

1.5

ä.O

поверхности)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время, мин

 

 

 

 

 

 

 

На цифровой модели удобно проверять эффектив­ ность различных технологических вариантов агломера­ ционного процесса — изменения условий зажигания, по­ догрева воздуха, перераспределения топлива по высоте слоя H др.

2. ПРИМЕНЕНИ Е Э Ц В М

ДЛЯ И С С Л Е Д

О В А Н И Я СЛУЧАЙНЫ Х

П Р О Ц Е С С О В В А Г Л О М

Е Р А Ц И О Н Н О М

ПРОИЗВОДСТВ Е

Производственные процессы на аглофдбрике подвер­ жены непрерывным случайным возмущениям, так как многие ведущие параметры производства — влажность

50

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ