Удосконалення автоматизованої системи управління процесом виплавлення сталі на прикладі мартенівського виробництва

Abstract

UA : Розроблена математична модель процесу конвертування. Основною метою розробки адаптивної системи газового режиму конвертера є аналіз концентрації CO, CO2, H2 та O2, присутніх у конвертерному газі, які виділяються в результаті процесу продування. Вимірювання концентрації CO є важливим для відновлення газу, зберігання та розподілу газу різним споживачам для опалення печей. Вимірювання концентрації CO2 є важливим для контролю надходження повітря в систему, а також для зменшення надлишкового тепла, що утворюється в газопроводі. Використання модельно-прогнозуючого регулятора призвело до значного покращення якості регулювання: для контуру витрати кисню відносне зменшення склало 1,63 рази, а для контуру вмісту СО2 у конвертованих газах – 32,5 рази. Максимальне динамічне відхилення вмісту СО2 у конвертованих газах було зменшено на 17,5% – 0,95% = 16,55% у порівнянні з комбінованою системою регулювання із ПІД-регуляторами. Управління об’єму надходження кисню в газгольдер (до 2 %) запобігає утворенню вибухонебезпечної суміші в системі (через збільшення концентрації СО2 до 30 %). Отримані показники ефективності роботи системи автоматичного регулювання відповідають вимогам щодо якості роботи, що підкреслює доцільність впровадження вдосконаленої системи автоматичного регулювання з використанням модельно-прогнозуючого керування. Також розроблена і досліджена САР газового режиму конвертера. Для управління газовим процесом використаний контролер SIMATIC S7-300. Програмне забезпечення для САР створено в програмному середовищі STEP7. Розроблений код управління контролером. За рахунок управління газовим режимом конвертера покращується продуктивність роботи системи: підтримується висока калорійність газу, стабільність параметрів під час плавки, що в свою чергу дозволяє досягти високої якості сталі за усіма показниками. З реалізацією автоматичної системи через отримання даних з газоаналізаторів продуктивність відбору проб конвертера можливо вдосконалити безпеку процесу та персоналу завдяки постійній доступності даних про концентрації CO, CO2 і H2. Початкове введення вхідних даних до системи робить розроблене програмне забезпечення достатньо гнучким, і дає можливість швидко підлаштувати САР під умови виробництва, а також проводити будь-яку модифікацію і легше впроваджувати будь-які зміни в майбутньому. Розроблена САР дозволяє усунути ручне втручання при експлуатації. Розроблене також автоматизоване робоче місце для відображення інформації про стан системи керування приводами у приміщенні машинного залу.

EN : A mathematical model of the conversion process has been developed. The main goal of developing an adaptive converter gas mode system is to analyze the concentration of CO, CO2, H2 and O2 present in the converter gas, which are released as a result of the purging process. Measurement of CO concentration is important for gas recovery, storage and distribution of gas to various consumers for furnace heating. Measuring the CO2 concentration is important to control the air inflow into the system, as well as to reduce the excess heat generated in the gas pipeline. The use of a model-predictive controller led to a significant improvement in the quality of regulation: for the oxygen flow circuit, the relative reduction was 1.63 times, and for the CO2 content circuit in converted gases - 32.5 times. The maximum dynamic deviation of CO2 content in converted gases was reduced by 17.5% - 0.95% = 16.55% compared to the combined regulation system with PID regulators. Controlling the amount of oxygen entering the gas holder (up to 2%) prevents the formation of an explosive mixture in the system (due to an increase in CO2 concentration up to 30%). The obtained performance indicators of the automatic regulation system meet the requirements for the quality of work, which emphasizes the feasibility of implementing an improved automatic regulation system using model-predictive control. Also developed and investigated SAR of the gas mode of the converter. The SIMATIC S7-300 controller is used to control the gas process. The software for SAR is created in the STEP7 software environment. The controller control code is developed. Due to the control of the gas mode of the converter, the performance of the system is improved: the high calorific value of the gas is maintained, the stability of the parameters during melting, which in turn makes it possible to achieve high quality of steel by all indicators. With the implementation of an automatic system through the acquisition of data from the gas analyzers, the sampling performance of the converter can be improved to improve the safety of the process and personnel thanks to the constant availability of data on the concentrations of CO, CO2 and H2. The initial introduction of input data to the system makes the developed software sufficiently flexible, and makes it possible to quickly adjust the SAR to production conditions, as well as to carry out any modification and more easily implement any changes in the future. The developed SAR allows you to eliminate manual intervention during operation. An automated workplace was also developed to display information about the status of the drive control system in the engine room.