авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Повышение эффективности асу тпнепрерывной разливки стали

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛОГУНОВА Оксана Сергеевна

ПОВЫШение эффективности АСУ ТП
НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

Специальность 05.13.06 Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами

(промышленность)

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

ПЕНЗА 2009

Работа выполнена на кафедре вычислительной техники и прикладной мате­матики государственного образовательного учреждения высшего про­фес­си­о­нального образования «Магнитогорский государственный тех­ни­че-
с­кий универ­ситет им. Г. И. Носова».

Научный консультант – доктор технических наук, профессор Макарычев Петр Петрович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Годунов Анатолий Иванович;
доктор физико-математических наук,
профессор
Кадченко Сергей Иванович;
доктор технических наук, профессор
Панферов Владимир Иванович.
Ведущее предприятие – ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».

Защита состоится __2 июля____ 2009 г, в _14_ часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профес­сио­наль­ного образования «Пензенский государственный университет». Авторе­фе­рат размещен на сайте ВАК.

Автореферат разослан ___ __________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук,

профессор Соколов В. О.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одним из основных факторов, способ­ствую­щих повышению эффективности функционирования агрегатов непре­рывного литья заготовок, является обеспечение оптимальности технологических режимов работы оборудования с использованием автоматизированных систем управления (АСУ). Совершенствование средств компьютеризации в системе автоматизированного управления метал­лур­гическими производствами обусловливает повышенные требования к математическому, информационному и программному обеспечению АСУ технологическими процессами (ТП).

Машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), с точки зрения управления, являются сложными объектами, для которых разрабатывается несколько уровней системы автоматизации. При синтезе управления сложными объектами неизбежно использование формальных и неформальных методов сбора информации. Качество собранной информации и пос­ледующая интеграция позволяют эф­фек­тивно воздействовать на объект управления и достигать поставленной цели. Одним из результатов эффективного управления ТП считают повышение качества и объемов выпуска готовой продукции.





В области теории и практики АСУ металлургических производств накоп­лен значительный положительный опыт. Вопросы повышения эффективности управления МНЗЛ отражены в трудах зарубежных и российских иссле­дователей. Труды Бутковского А. Г., Растригина Л. А., Сира­зет­ди­но­ва Т. К., Лионса Ш. Л., Ногина В. Д., Девятова Д. Х. и других определили развитие теории управления и методов оптимизации. В области обработки и анализа изображений можно отметить труды Горелика А. Л., Рудакова П. И., Павлидиса Т., Прэтта У., Hall C. F., Hall E. L. и др. В области практической разработки, внедрения и эксплуатации МНЛЗ, АСУ ТП следует выделить труды Евтеева Д. П., Борисова В. Т., Журавлева В. А., Самойлови-
ча Ю. А. и др.

Однако, несмотря на проведенные исследования и значительное число публикаций в области АСУ непрерывной разливкой стали, остаются актуальными следующие проблемы:

– снижение влияния человеческого фактора на достоверность экспертных оценок качества непрерывно-литой заготовки, получаемых при обработке изображения её серного отпечатка поперечного сечения с низкой контрастностью;

– формализованное описание производственных многостадийных процессов с учетом их декомпозиции на этапы, выявление и классификация возможных целей управления, расширение области применения методов оптимизации для ТП;

– разработка пакетов прикладных программ для интеллектуальной поддержки управления непрерывной разливки стали, выбора новых технологий и конструкций машин непрерывного литья заготовок.

Цель и задачи работы. Целью работы является повышение эффективности управления непрерывной разливкой стали путем теоретического обоснования и исследования оптимальных режимов охлаждения, взаимосвязей между тепловыми полями и дефектами заготовки, создания и внедрения программных модулей математического моделирования, оптимизации теплового состояния заготовки, человеко-машинной подсистемы оценки и прогнозирования качества продукции.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

– теоретико-информационный анализ машин непрерывного литья заготовок и технологического процесса непрерывной разливки стали для определения источников, способов получения и методов обработки информации в АСУ ТП;

– математический анализ изображений серных отпечатков с низкой контрастностью и объектами нерегулярной формы, включающий получение изображения в электронной форме, удаление шумов, сегментацию изображения и классификацию объектов, разработку эргатической подсистемы управления качеством непрерывно-литой заготовки по серному отпечатку темплета;

– классификация требований к производству непрерывно-литой заготовки, получение информации о тепловом состоянии заготовки на основе мате­ма­тического моделирования и построение расширенного списка прямых и косвенных критериев для управления ТП;

– модификация и исследование эффективности применения неградиентного метода случайного поиска с операторами адаптации для поиска оптимальных режимов вторичного охлаждения при зональной конструкции машин непре­рывного литья заготовок и динамическом изменении скоростных показателей в АСУ непрерывной разливки стали;

– разработка алгоритмов и программного обеспечения для идентификации параметров вторичного охлаждения и интеллектуальной поддержки принятия решений в системе управления непрерывной разливки стали, получаемой в условиях электросталеплавильного и кислородно-конвер­торного цехов Магнитогорского металлургического комбината;

– совершенствование программы управления вторичным охлаждением непрерывно-литой заготовки на машинах непрерывного литья заготовок криволинейного типа, действующих в условиях кислородно-конвер­торного цеха Магнитогорского металлургического комбината.

Научная новизна. В диссертации сформулирована и решена проблема совершенствования АСУ ТП непрерывной разливки стали.

1. Выполнен системный анализ сложности и структурированности процесса непрерывной разливки стали. Результаты анализа включают построение онтологической структуры и функциональных моделей технологического процесса для решения задач оптимизации.

2. Предложены математическая модель низкоконтрастного изображения для получения экспертной информации о качестве стальной непрерывнолитой заготовки с применением эргатической системы и формализация задачи много­кри­териальной оптимизации режимов вторичного охлаждения, отличающиеся заданием бинарного отношения на множестве критериев с учетом предпочтения лица, принимающего решения.

3. Решена задача оптимизации с использованием модифицированного неградиентного метода случайного поиска с операторами адаптации. Отличие модифицированного метода состоит в декомпозиции процесса поиска с учётом зональной конструкции МНЛЗ и обеспечении возврата к любой стадии процесса.

4. Разработаны алгоритмы для идентификации параметров оптимальных режимов охлаждения заготовки в процессе непрерывного литья, которые обеспечивают принятие решений на основе математического мо­делирования и обработки экспериментальных данных.

5. На основе анализа экспертной информации показано, что распределение дефектов по сечению заготовки носит вероятностный характер. Предложена процедура автоматизированной оценки качественной взаимосвязи между тепловыми полями и дефектами, которая в отличие от известных учитывает вероятностный характер распределения дефектов по сечению заготовки.

6. Предложены обобщающие зависимости для управления технологическими режимами вторичного охлаждения при получении непрерывно-литых заготовок повышенного качества, отличающиеся от ранее известных выбором факторов на основе анализа причинно-следственных диаграмм.

Практическая значимость работы. Практическая ценность работы зак­лючается в разработке новых технологических режимов вторичного охлаждения, обеспечивающих условия эффективной эксплуатации действующих МНЛЗ, в раз­работке системы объективной оценки качества непрерывнолитых заготовок прямоугольного и квадратного сечения, разработке программного обеспечения для АСУ ТП. Предложенные алгоритмы оценки качества непрерывно-литой заготовки прямоугольного и квадратного сечения опробованы в лаборатории физико-ме­ха­ни­ческих и металлографических испытаний толстолистового и сортового проката.

Новизна и значимость технических решений подтверждены патентами РФ, свидетельствами об отраслевой разработке и публикациями в научных изданиях. Представленные в диссертации методы, способы и программные средства опробованы при разработке технологической инструкции по непрерывной разливке стали в кислородно-конверторном цехе Магнитогорского металлургического комбината. Научные аспекты исследований нашли отражение в учебно-методическом материале и используются в учебном процессе Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова». В 2006 г. научный проект «Программное обеспечение проектирования технологии обработки непрерывно-литой заготовки на машинах непрерывного литья заготовок и оценки их качества» занял второе место в номинации «Информационные технологии и электроника» второго областного салона инноваций и инвестиций (г. Челябинск). В 2008 г. научная разработка «Технология автоматизированной оценки качества непрерывно-литой заготовки прямоугольного и квадратного сечения» награждена бронзовой медалью VIII Московского международного салона ин­но­ваций и инвестиций.

На защиту выносятся:

1)  концептуальные функциональные модели для проведения теоретико-информационного анализа, отображающие структуру и параметры управления, позволяющие выполнить математическое моделирование и оптимизацию разливки стали;

2)  метод получения экспертной информации о качестве непрерывно-литой заготовки на основе автоматизированной обработки низкоконтрастного изоб­ражения серного отпечатка поперечного сечения, позволяющий снизить влияние человеческого фактора в системе управления;

3)  модифицированный метод оптимизации теплового состояния заготовки в металлургическом производстве, позволяющий осуществить идентификацию параметров оптимального охлаждения с учетом ­ списка целевых функций и предпочтений лица, принимающего решения;

4)  эргатическая подсистема для автоматизированной оценки качества непре­рывно-литой заготовки на основе электронного изображения серного отпечатка заготовки, позволяющая повысить достоверность экспертной информации в системе управления непрерывной разливки стали;

5) прикладные программные продукты модулей АСУ непрерывной разливки стали для исследования технологического процесса, визуализации тепловых полей непрерывно-литой заготовки и конструкций машин непрерывного литья заготовок, позволяющие снизить экономические затраты на проведение натурных экспериментов;

6)  обобщенные зависимости для программы управления вторичным охлаждением, позволяющие получить непрерывно-литые заготовки повышенного качества без снижения объемов производства.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практи­ческих конференциях и семинарах, из которых 14 с международным участием. По итогам научно-исследовательских работ представлено 29 докладов.

Публикации. Результаты работы представлены в 43 публикациях, в числе которых одна монография, три патента Российской Федерации и два сви­детельства о регистрации программного обеспечения и алгоритмов в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Российской Федерации, 20 работ опубликовано в журналах, рекомендованных ВАК. Технология литья заготовок, разработанная на основе изобретения, отмечена золотой медалью
IV Московского международного салона инноваций и инвестиций.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 381 странице, в том числе: основной текст на 357 страницах, 38 таблиц, 170 рисунков, библиографический список из 204 наименований на 20 страницах, приложение на 24 страницах.

КРАТКОЕ СОдержание ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показана актуальность темы диссертации, дан анализ исследуемой проблемы и обоснован подход к её решению, определены цель и задачи исследования, охарактеризована научная новизна и практическая значимость результатов, приведен обзор структуры и содержания диссертации, выделены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнены теоретико-информационный анализ технологического процесса непрерывной разливки стали, определение источников, способов получения и методов обработки информации в системе управления этим процессом.

АСУ ТП непрерывной разливки стали имеет двухуровневую структуру. Первый уровень выполняет информативно-контролирующую функцию. Контролируются температура и масса стали в ковше, температура и уровень металла в кристаллизаторе, расход и давление воды в зонах охлаждения и кристаллизаторе, усилие вытягивания заготовки из кристаллизатора, расход технологической смазки и т. д. Второй уровень выполняет информативно-расчетную фун­кцию и содержит математические модели технологических процессов, программные модули анализа качества литых заготовок, поддержки принятия управленческих решений.

Недостатками действующих АСУ ТП можно считать:

– отсутствие методов и способов контроля для температурных полей затвердевающей заготовки в зонах вторичного охлаждения на первом уровне автоматизации;

– отсутствие математического описания и программных моделей для температурных полей затвердевающей заготовки в зонах вторичного охлаждения на втором уровне автоматизации;

– отсутствие оперативной управляющей связи между технологическим процессом и качеством выпускаемой заготовки.

В качестве оценок эффективности функционирования АСУ ТП непрерывной разливки стали рассматриваются скорость вытягивания и показатели для оценки внутренних дефектов заготовки. В экспериментах по оценке скорости вытягивания получены следующие результаты. При проектной скорости вытягивания в 1,1 м/мин для слябовых МНЛЗ разливка проводится со средней скоростью в 0,7 м/мин и при проектной скорости вытягивания в 5,0 м/мин, для блюмовых МНЛЗ разливка проводится со средней скоростью в 2,5–3 м/мин.

Исследование формы временных рядов, характеризующих динамику появления внутренних дефектов, позволило выявить, что процессы формирования внутренних дефектов непрерывно-литой заготовки являются нестабильными. Доля плавок с баллом внутренних дефектов более двух достигает 20 %, при этом вся плавка переводится в пониженную категорию качества и реализуется по более низкой цене. Указанные недостатки диктуют необходимость совер­шенст­во­ва­ния и повышения эффективности функционирования АСУ ТП за счет расширения функциональных возможностей второго уровня автоматизации.

Во второй главе разработан и исследован метод получения экспертной информации о качестве непрерывно-литой заготовки.

При разработке метода учтено, что действующая система управления качеством заготовки содержит динамические системы вто­ричного охлаждения, системы мягкого обжатия и автоматизированную систему прогнозирования качества слитка. Все системы объединены в единый автоматизированный программно-аппаратный ком­­­­плекс. При всех своих достоинствах система прогнозирования имеет существенный недостаток: осмотр темплетов производится путем непос­редственного визуального осмотра. Информационная база системы содержит субъективные сведения, так как традиционная методика оценивания основана на визуальном сравнении оригинала темплета или его серного отпечатка с шаблонами, предлагаемыми отраслевым стандартом 14-4-73 для заготовок прямоугольного сечения и отраслевым стандартом 14-1-235-91 – квадратного сечения. Пример фрагмента сер­­ного отпечатка для оценивания внутреннего качества заготовки приведен на рисунке 1. Автором иссле­довано более 150 серных отпечатков для слябовой заготовки и более 70 – для сортовой заготовки. В результате исследования создана электронная база изображений.

Характер изображения серного отпечатка темплета не­п­рерывно-литой заготовки поз­воляет рассматривать его как черно-белое изображение. Для описания изображения сер­ного отпечатка введена функция f(x, y), характеризующая распределение яркости. Дискретное изображение серного отпечатка представляется числовой матрицей, в которой значение каждого элемента принадлежит отрезку [0, 1]. Размерность матрицы определяется шагом дискретизации по осям . В диссертации рассчитаны статистические характеристики серного отпечатка. На основе статистических характеристик построена таблица шкалирования для оценки внутренних дефектов в заготовке по отношению Штреля с учетом классификационных признаков.

В диссертации предложены критерии, на основе которых выполнена классификация изображений на «годные» и «негодные» к обработке. Предложенные критерии позволяют выделить области дефекта, «серости» отпечатка и контрастности серного отпечатка.

Критерии выделения области дефекта имеют вид

; (1)

; , (2)

где Gобл – константа ограничения, определяемая эмпирическим путем.

Критерий «серости отпечатка» определяет границу среднего значения яркости или отношения Штреля, при котором потемнение изображения вызвано либо нарушением технологии, либо временными характеристиками



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.