Агрегатная подсистема

Основные решаемые функции:

• обработка данных, включая масштабирование;

• синхронизация работы подсистем;

• организация архивов по выбранным параметрам;

• резервирование каналов передачи данных;

• визуализация накопленной информации;

• расчет и выбор законов управления, настроек и уставок, соответствующих заданным показателям качества управления и текущим (или прогнозным) параметрам объекта управления;

• хранение и дистанционная загрузка управляющих программ в PLC;

• контроль работоспособности оборудования первого уровня, реконфигурация комплекса для выбранного режима работы;

• связь с третьим уровнем;

• обмен информацией с диспетчерским уровнем и подсистемами нижнего уровня;

• хранение данных.

Аппаратная база должна быть более мощной, предусматривающей возможность обмена через промышленные сети и сети общего назначения с нижним и верхним уровнем. Предусмотрена организация горизонтальных соединений с базами данных реального времени.

Диспетчерская подсистема технологического персонала доменной печи

Решает следующие задачи:

• оценка технологического состояния доменной печи;

• диагностика режима плавки;

• обнаружение аварийных ситуаций и необходимая сигнализация;

• ведение технологических архивов и журналов событий;

• визуализация технологического процесса, текущих и архивных данных, просмотр журналов;

• компьютерная поддержка принятия решений диспетчерского уровня;

• диспетчерское управление.

Диспетчерский уровень образуют несколько (в зависимости от полноты и сложности решаемых задач) персональных компьютеров, расположенных в помещении главного щита контроля и управления доменной печью и образующих автоматизированные рабочие места оперативного персонала доменной печи. При этом используются, чаще всего, промышленные компьютеры РС, обычно ОС общего назначения Windows, технологии Internet/Intranet.

Дадим краткую характеристику основных подсистем диспетчерского уровня технологического персонала доменной печи.

Подсистема централизованного контроля хода технологического процесса и состояния оборудования (АРМ оператора печи – газовщика).

Включает в себя ряд подсистем более низкого ранга.

Подсистема отображения технологической информации. Предназначена для своевременного обеспечения сменного технологического персонала оперативной информацией о доменном процессе в удобной для пользователя форме. В автоматизированной системе интерфейс связи человека (оператора) с компьютером приобретает особое значение. Двоякое назначение этого интерфейса предъявляет к нему требования обеспечения легкого и быстрого восприятия информации человеком, за которым остается «последнее слово» в принятии решения, а также быстрый и безошибочный ввод человеком информации в компьютер. Задача построения графического интерфейса достаточно сложна. Необходимо учитывать множество факторов, в частности структуру имеющихся подсистем, объем и типы собираемой информации, профессиональные навыки и уровень компьютерной подготовки персонала, сложность решаемых задач и т.п.

Общение с компьютером специалиста-доменщика (мастера, газовщика и т.п.), не подготовленного специально для работы на компьютере, представляет серьезные трудности. Для этих целей предусматриваются специальные программные средства общения человека с компьютером, не требующие специальных знаний в области программирования. Поскольку АРМ работает под управлением ОС Windows, то в основу пользовательского интерфейса заложены аналогичные диалоговые элементы: окна, строковые опускающиеся меню, панели инструментов и т.д. Кроме этого, в АРМ имеется встроенная справочная система, для минимизации ручного ввода служат специальные значения, принимаемые по умолчанию. Достигнутая в результате эргономичность пользовательского интерфейса облегчает эксплуатацию АРМ и значительно сокращает этап обучения персонала. Свойства любого параметра можно узнать из соответствующего информационного окна, где отображаются название параметра, контролируемая подсистема, точность измерения и т.д.

Подсистема отработки жидких продуктов плавки. Предназначена для просмотра и редактирования информации о постановках ковшей и миксеров под печь, а также информации о выпуске жидких продуктов плавки.

Подсистема шихтоподачи. Предназначена для просмотра и редактирования информации о ходе загрузки, работе засыпного устройства, количестве подач в смену, системе загрузки, а также информации о расходах железорудных материалов, кокса и флюсов в подаче и т.п.

Подсистема представления отчетных данных (электронный рапорт). Предназначена для формирования, хранения и получения твердых копий отчетно-технологической информации о работе комплекса доменной печи по заранее согласованной с руководством цеха форме; вычисление усредненных за заданные интервалы времени (час, смена, сутки) значений параметров плавки; формирование и выдача на экран монитора по запросу сменного технологического персонала справочных форм сменно-суточной отчетности о работе печи от начала смены на текущий момент времени или за предыдущие смены.

Подсистема формирования предупредительных сообщений. Предназначена для обнаружения отклонений важнейших параметров процесса и наиболее ответственных элементов системы охлаждения печи от их нормального состояния и своевременного информирования об этом сменного технологического персонала в виде соответствующих предупредительных сообщений. Отклонение контролируемых параметров (например, верхнего и нижнего перепадов давления по высоте печи, температур периферийных термопар и в газоотводах, перепадов температуры охлаждающей воды на леточных горновых и верхних холодильниках лещади) от их нормального состояния определяется по выходу их текущих величин за заданные пределы.

Подсистема диагностики технологического состояния печи и управления

(АРМ мастера доменной печи).

Включает ряд подсистем.

Подсистема оценки и прогноза теплового состояния доменной печи. Предназначена для оценки текущих и прогнозирования будущих показателей производительности печи, температуры чугуна и содержания кремния, удельного расхода и минимально возможного расхода (резерва) кокса, а также диагностики отклонений от нормального режима плавки по нагреву и развитию тепло- и массообменных процессов. Позволяет рассчитывать корректировку массы кокса и флюсующих материалов в подаче при изменении соотношения железорудных компонентов, состава кокса, параметров комбинированного дутья, химического состава чугуна.

Подсистема оценки дутьевого, газодинамического режимов и ровности хода доменной печи. Система предназначена для стабилизации ровности хода доменной печи, предотвращения аномальных и критических состояний, оценки и планирования газодинамического резерва. К числу критериев устойчивости хода доменной печи относятся интенсивность плавки по коксу (суммарному углероду), газодинамическая устойчивость слоя. Газодинамический резерв контролируется по разности предельно допустимого и фактического перепадов давления газа в шахте. Подсистема позволяет также определять геометрические размеры фурменного очага, оценивает также ход печи (ровность хода печи, развитие канального и периферийного ходов и т.п.).

Подсистема контроля и управления шлаковым режимом. Предназначена для оценки шлакового режима и вязкопластического состояния шихты и обеспечивает выполнение следующих функций:

• расчет массы железорудных материалов, флюсов и кокса в подаче для получения шлака с заданными свойствами (вязкости, текучести, десульфурирующей способности и т.д.);

• расчет шихты на заданные показатели, оценка газодинамической напряженности работы низа печи.

В АРМ мастера должно быть предусмотрено широкое использование математических моделей. Заметим, в связи с этим, что анализ в целом состояния вопроса по реально используемым математическим моделям в практике технологии ведения доменной плавки показывает: в настоящее время разрыв между потенциальными возможностями средств автоматизации и реальными возможностями используемого программного обеспечения огромен. Поэтому первостепенной задачей, по мнению ведущих отечественных и зарубежных специалистов, является создание эффективного математического обеспечения решения технологических задач доменной плавки.

Основное внимание при этом направлено на решение следующих задач:

• оценка, прогноз и регулирование теплового состояния доменной печи в целях уменьшения расхода кокса и получения стабильного качества чугуна по физическому нагреву и химическому составу;

• оценка, прогноз и регулирование дутьевого и газодинамического режимов доменной плавки;

• оценка, прогноз и регулирование состояния зоны плавления, размягчения и шлакообразования как лимитирующей распределение газов и возможности интенсификации плавки.

Именно на этих вопросах и остановимся более подробно в дальнейшем.

Подсистема «Эксперт». Эта экспертная система на базе искусственного интеллекта позволяет решать ряд технологических задач прогнозирования расстройств хода печей и предоставляет возможность принятия в нештатных ситуациях быстрых и достоверных решений в условиях неполноты и противоречивости информации.

Диспетчерская подсистема доменного цеха (АРМ диспетчера цеха)

Решает следующие основные задачи:

• контроль за работой доменных печей, ввод информации о причинах отклонений в ходе технологического процесса, принятия оперативных организационно-технических мер для устранения выявленных отклонений;

• просмотр информации о потребителях и производстве чугуна (наливе и сливе);

• ввод и просмотр информации о движении ковшей и миксеров;

• текущий химический анализ состава окатышей, агломерата, кокса и средний анализ шихты за смену;

• расчет расходов шихтовых материалов и показателей работы печей и цеха;

• химические анализы состава чугуна и шлака и состава колошникового газа;

• обмен оперативной информацией о состоянии доменных печей и производственных показателях доменного цеха с автоматизированной информационной системой центральной диспетчерской предприятия.

Обычно используются РС-совместимый компьютер под управлением операционной системы Windows XP.