Задачи, методы и алгоритмы интеллектуальных систем управления (обзор)

РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

Постановка задачи синтеза системы автоматического управления тепловым режимом воздухонагревателя Калугина

Воздухонагреватели - мощные металлургические агрегаты, во многом определяющие экономику доменного производства. Повышение температуры нагреваемого в них дутья приводит к сокращению расхода кокса и росту производительности доменных печей, что существенно снижает эксплуатационные расходы.
В качестве объекта управления рассмотрим новый бес- шахтный воздухонагреватель (ВН) конструкции Калугина [106], характерной особенностью которого является организация струйно-вихревого перемешивания газа и воздуха, что позволяет более эффективно использовать топливо (коксодоменный газ), по сравнению с традиционными воздухонагревателями с внутренней камерой горения, и обеспечивает равномерность его сжигания. Полное отсутствие пульсирующего горения дает возможность форсировать режимы работы воздухонагревателей («нагрев», «дутье», «отделение») без появления сильных колебаний давления и вибраций и избежать повреждения кладки и конструкций.
В действующей системе автоматического управления (рисунок 55) [107] режим «нагрев», характеризующийся поддержанием рационального соотношения «газ/воздух» при максимально возможном расходе газа, осуществляется по следующей процедуре:
Шаг 1. Перед постановкой воздухонагревателя на «нагрев» клапан, регулирующий расход воздуха (клапан № 21) находится в закрытом положении.
Шаг 2. При постановке воздухонагревателя на «нагрев» и получении заявки на открытие отсечного клапана воздуха (клапан № 20), клапан № 21 открывается на угол зажигания, обеспечивающий расход воздуха 16000 - 20000 м³/ч.
Шаг 3. При достижении значения расхода воздуха 16000 - 20000 м³/ч, формируется признак «клапан № 21 открыт на угол зажигания», по которому дается разрешение на открытие отсечного

Рисунок 55 - Структура действующей АСУ тепловым режимом ВН Калугина ЕВРАЗ ЗСМК газового клапана № 14. После того, как клапан № 14 открыт, газовый клапан № 15 открывается на угол зажигания (газ самовоспламеняется от нагретой кладки горелки).
Шаг 4. После получения сигнала от фотодатчика «контроль наличия факела» и при появлении разрешения на открытие газового клапана № 15 на заданный угол, клапан № 21 открывается на заданный угол, обеспечивающий расход воздуха 35000 - 40000 м³/ч.
Шаг 5. При открытии газового клапана № 15 на заданный угол, включается автоматическое регулирование соотношения «газ/воздух» в соответствии с ПИ-алгоритмом по заданному коэффициенту соотношения а*, установленному газовщиком доменной печи на станции отображения, путем изменения расхода воздуха. При этом задание на расход газа увеличивается до максимально возможного уровня 100000 м³/ч.
Шаг 6. Автоматическое поддержание заданного соотношения «газ/воздух» ведется до тех пор, пока температура подкупольного пространства не достигнет заданного значения Т*.
Шаг 7. При достижении близости измеренного значения температуры подкупольного пространства Т^и к заданному значению т*, включается корректировка заданного соотношения «газ/воздух» с учетом отклонения (т* -Т^и). То есть автоматически рассчитывается скорректированное соотношение «газ/воздух»
=к (т* -Т^и)+а*, где к - коэффициент пересчета «температура - избыток воздуха».
Шаг 8. При выходе расчетного значения соотношения «газ/воздух» а из допустимого диапазона 0,6<а<1,4, включается автоматическое регулирование по заданному соотношению а* (возврат к шагу 5).
Шаг 9. При необходимости, следуя технологии ведения нагрева, газовщик имеет возможность дистанционно увеличить расход смешанного газа при помощи ключа местного управления газовым клапаном № 15. При этом ПИ-регулятор, управляя положением регулирующего клапана № 21, изменяет расход воздуха, для того чтобы поддержать заданное соотношение «газ/воздух».
Шаг 10. При снятии воздухонагревателя с режима «нагрев» (окончание нагрева определяется достижением предельной температуры дыма, равной 380 °С), то есть при полном закрытии отсечного газового клапана № 14, клапан, регулирующий расход воздуха № 21 закрывается полностью.
Поскольку бесшахтные воздухонагреватели имеют малогабаритную систему сжигания газа без протяженной камеры горения, то весьма важным является вопрос качества сжигания газа при больших его расходах, в частности снижения содержания СО в дымовых газах. Замеры содержания СО в дымовых газах (M_co(t)) для воздухонагревателя Калугина и шахтного воздухонагревателя в условиях ЕВРАЗ ЗСМК (рисунок 56) свидетельствуют об отсутствии заявленного Калугиным [106] преимущества его воздухонагревателя перед традиционными воздухонагревателями. Причиной такого положения является, по нашему мнению, неэффективное автоматическое регулирование процесса горения топлива в режиме «нагрев».

Рисунок 56 - Замеры содержания СО в дымовых газах
В результате анализа проблемной ситуации сформирована следующая задача построения интеллектуальной системы управления тепловым режимом ВН, решение которой улучшит его экологичность.