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 | 5 |

Методы, модели и алгоритмы управления технологическим процессом производства агломерата на основе оптико-электронного контроля его качества

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи



ЕРШОВ ЕВГЕНИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

Методы, модели и алгоритмы управления ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА на основе ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО контроля ЕГО КАЧЕСТВА

Специальность: 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Череповецкий государственный университет» на кафедре «Программное обеспечение ЭВМ»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки

Российской Федерации Сизов А.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ястребов А.С.

доктор технических наук, доцент Шишкин В.Н.

доктор технических наук, профессор Жусубалиев Ж.Т.

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)»

Защита диссертации состоится «30» июня 2009 г. в 14 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.03 при Курском государственном техническом университете

по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курского государственного технического университета

Автореферат разослан « » _____________ 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских

и кандидатских диссертаций Д 212.105.03,

к.ф.-м.н., профессор Ф.А. Старков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение требований к качеству продукции, снижению ее себестоимости и улучшению экологической обстановки вокруг металлургических предприятий относится прежде всего к начальным переделам и, в частности, к агломерационному производству. Одним из важнейших направлений совершенствования производства агломерата является повышение качества управления технологическим процессом спекания шихты, которое обеспечивает увеличение производительности агломашин, качество агломерата и улучшение экологического состояния природной среды. Получение малоразрушающегося агломерата остаётся главным фактором улучшения технологических параметров выплавляемого чугуна, снижения расхода кокса и увеличения производительности доменных печей, так как на большинстве отечественных и зарубежных предприятий агломерат является основным компонентом доменной шихты. Оптимальная крупность кусков агломерата для малых и средних доменных печей составляет от 5 до 40 мм, для крупных и сверхмощных от 15 до 40 мм.

Благодаря фундаментальным работам большого круга ученых достигнуты значительные успехи в области изучения процесса спекания агломерационной шихты. Основные закономерности процессов и явлений, протекающих при агломерации, разработаны в трудах В.Я. Миллера, А.М. Парфенова, Е.Ф. Вегмана, А.А. Сигова, С.В. Базилевича, В.И. Коротича, Г.Г. Ефименко и др.

В мировой практике агломерационного производства в последние годы были предложены ряд методов управления процессом спекания шихты, среди которых наибольшее распространение получили методы, основанные на анализе отходящего газа и самого спекаемого материала. Существенным недостатком последних является отсутствие надлежащей оперативности и точности управления. Традиционно контроль качества готового агломерата осуществляется в лабораторных условиях. При этом выбирается заданный объем аглоспека и определяются характеризующие его параметры, на основе полученных данных делается вывод о свойствах продукта агломерационного производства. Классическими методами определения гранулометрического состава агломерата являются лабораторный (ситовый) анализ и грохочение. Наряду с ними на некоторых предприятиях используют методы, основанные на измерении энергии первичного дробления материала. Разработка таких методов велась институтом механической обработки и обогащения в Германии (Technischen University Bergakademie Freiberg), фирмой «Нихон коге» в Японии и др. Недостатком таких подходов является отсутствие оперативности и как следствие снижение точности управления спеканием агломерационной шихты.

Проблематика указанных направлений исследований рассмотрена в работах таких отечественных и зарубежных ученых как Ростовцев С.Т., Миллер В.Я., Коротич В.И., Базилевич С.В., Вегман Е.Ф., Худорожков И.П.,Утков В.А., Малышева Т.Я., Лядова В.Я., Ефименко Г.Г., Смирнов С.В., Хохолов Д.Г., Каплун Л.И., Шумаков Н.С., Малыгин А.В., Хопунов Э.А., Тарасов В.Б., Пузанов В.П., Дегтяренко И.А., Кравцов В.В., Иванов А.И., Пархоменко А.Д., Kasana S., Sasaki M., Kasai E., Nakajima K., Kurosawa S., Errigo V. и ряда других известных ученых.

В настоящее время все более широкое применение получают оптические методы, использование которых в системах управления и контроля позволяет обнаруживать нарушения технологического процесса спекания агломерационной шихты и корректировать его ход практически в реальном масштабе времени. Именно поэтому сегодня ведутся активные исследования в области создания автоматических оптико-электронных систем (работы Sasaki Y., Yasuda M., Watanabe M., Takahashi H., Kato A., Miki K., Unzaki H., Sakimura H., Iida O.). Однако известные методологии и подходы ориентированы на определенный ограниченный класс задач, не дают комплексной оценки хода процесса спекания и качества получаемого агломерата и их использование в большинстве случаев ограничено анализом соответствующим образом подготовленных образцов – сколы, аншлифы.

Таким образом, в настоящее время существует проблемная ситуация между требуемой производительностью агломашин и существующими методами и средствами контроля технологического процесса производства агломерата.

Эта ситуация определила постановку и решение в данной работе актуальной проблемы: повышение оперативности и качества контроля непрерывного технологического процесса производства агломерата на основе разработки и внедрения оптико-электронных методов и новых информационных технологий.

Научный аспект сформулированной проблемы заключается в развитии теоретических основ управления процессом спекания шихты и непрерывного технологического контроля качества агломерата, использующих оптико-электронные методы.

Практическая часть проблемы включает разработку структурно-функциональной организации и выбор инженерно-технических решений, позволяющих реализовать системы управления и контроля непрерывными технологическими процессами термической обработки.

Основная часть диссертационной работы выполнялась в рамках хоздоговорных и госбюджетных НИР, начиная с 1988 г.: в качестве научного руководителя - «Разработка методов и принципов построения многофункциональных систем технического зрения» (НИИ 01/Г-08, госбюджетная НИР в Череповецком государственном университете), «Исследования в области диагностики электропараметрическими методами технического состояния новых и повторно используемых подшипников качения» (договор № 33360/40151 от 15.10.2003, хоздоговорная НИР по заказу ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод»); в качестве ответственного исполнителя - «Исследование возможности создания оптико-электронной системы распознавания объектов» (№ гос. регистрации 01880032744, хоздоговорная НИР по заказу Вологодского оптико-механического завода), «Исследование дефектов поверхности холоднокатаного металла» (№ гос. регистрации 01870014318, хоздоговорная НИР по заказу Череповецкого металлургического комбината).

Целью диссертационной работы является разработка теоретических и реализационных основ автоматизированного контроля и управления технологическим процессом производства агломерата.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие основные задачи:

1. Анализ современного состояния проблемы контроля качества технологического процесса производства агломерата.

2. Разработка математической модели управления спеканием агломерационной шихты на основе оптико-электронного контроля.

3. Синтез обобщенной структурно-функциональной организации системы управления технологическим процессом производства агломерата, а именно:

- обоснование принципов управления и контроля непрерывными технологическими процессами термической обработки;

- разработка дерева функций системы управления;

- структурно-функциональная организация и обобщенный алгоритм функционирования системы управления.

4. Развитие теоретических основ оптико-электронного метода распознавания высокотемпературной зоны излома и температурного поля поверхности спекаемого слоя за зажигательным горном.

5. Разработка методов оценки качества на основе автоматического распознавания макроструктуры излома спекаемого слоя и гранулометрического состава агломерата.

6. Создание программного обеспечения и экспериментальные исследования автоматизированной системы управления и контроля качества агломерата.

Объект исследования. Структурно-функциональная организация, алгоритмы и технические средства систем управления технологическим процессом производства агломерата и контроля его качества.

Предмет исследования. Математические модели, методы, процедуры и устройства управления спеканием агломерационной шихты и контроля качества агломерата.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы теоретические основы: газодинамики и теплотехники агломерационного процесса, оптико-электронных приборов и систем, измерений и обработки результатов эксперимента, построения алгоритмов и программ; методы математического и компьютерного моделирования, цифровой обработки изображений и оптоэлектроники; аппарат теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна результатов работы и основные положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем:

1. Предложен концептуальный базис синтеза систем управления технологическим процессом производства агломерата, отличающийся структурно-функциональной организацией компонентов на основе оптико-электронных методов, что обеспечивает повышение оперативности и качества контроля.

2. Разработаны теоретические основы управления спеканием агломерационной шихты с использованием оптико-электронных методов, включающие следующие основные положения:

2.1. Математическая модель формирования изображения поверхности спекаемого слоя за зажигательным горном и излома в разгрузочной части агломерационной машины, в основу которой положены процессы теплообмена в агломерируемой шихте, позволяющая определять критерии управления спеканием в слое.

2.2. Метод управления спеканием агломерационной шихты и принцип формирования управляющего воздействия, отличающиеся использованием способов распознавания высокотемпературной зоны излома и температурного поля поверхности спекаемого слоя за зажигательным горном, что повышает оперативность и достоверность принятия решения.

2.3. Метод контроля качества агломерата, отличающийся автоматическим распознаванием макроструктуры излома спекаемого слоя и гранулометрического состава агломерата, что обеспечивает необходимые временные параметры технологического цикла.

3. Разработано системно обоснованное алгоритмическое обеспечение управления и контроля качества агломерата, включающее алгоритмы:

- поиска наиболее информативного и контрастного изображения из множества изображений излома аглоспека, обеспечивающий высокие показатели надежности при наличии световых эффектов, обусловленных бликами и поднимающейся пылью;

- управления скоростью движения паллет агломерационной машины, отличающийся использованием методов статистической обработки изображений и высокопроизводительных процедур адаптивного порогового разделения;

- порогового разделения, отличающийся использованием моментов гистограммы интенсивностей и учитывающий ее асимметрию, что обеспечивает необходимую точность измерения параметров классификации возникающих нарушений;

- исключения макроблоков, отличающийся эффективным подавлением неинформативных деталей на изображении излома аглоспека, что позволяет уменьшить избыточность объёма обрабатываемой видеоинформации;

- комплексной оценки качества агломерата, отличающийся использованием методов параметрического, текстурного и пространственно-спектрального анализа изображений, что обеспечивает более высокие показатели надёжности;

- контроля качества агломерата на основе его гранулометрического состава с использованием динамического порогового разделения и адаптивной настройки размера локальной области изображения для повышения точности определения порогового значения;

- компенсации неоднородностей видеосигнала и изменений его уровня из-за внешних воздействий в оптико-электронных системах, применяемых в агломерационном производстве;

- аппроксимации экспериментальных данных фрактальными распределениями, позволяющий сжимать информацию натурных рядов данных без существенных потерь в точности.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теории, методов и алгоритмов для управления спеканием агломерационной шихты и контроля качества агломерата.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что ее результаты являются основой разработки широкого класса оптико-электронных систем управления непрерывными технологическими процессами термической обработки, которые позволяют:

- обеспечить требуемые показатели производительности;

- повысить оперативность и достоверность принимаемых решений;

- расширить условия и способы применения оптико-электронных методов управления и контроля;

- уточнить оценки качества выпускаемой продукции;

- осуществить комплексную автоматизацию непрерывных технологических процессов;

- создать условия для высокого уровня технологической культуры производства.

Практическая ценность и новизна подтверждаются также тем, что на основе предложенных технических решений разработан ряд системно обоснованных методов и устройств оптико-электронного контроля непрерывных технологических процессов с улучшенными метрологическими характеристиками, защищенных патентами на изобретения (Патенты: № 1780583, № 1796059, № 2017141).

Реализация результатов работы. Предложенные технические решения и основные научные положения и выводы диссертационной работы реализованы при разработке оптико-электронных устройств управления и непрерывного технологического контроля в ОАО «Вологодский оптико-механический завод», ОАО «Северсталь», ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод» на линии стабилизации № 10 в сталепроволочном цехе № 2, запущенной в промышленную эксплуатацию 10.02.2004, ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» на линии низкотемпературного отпуска № 6 в сталепроволочном цехе № 11, запущенной в промышленную эксплуатацию 20.01.2006.

Научно-методические результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в учебный процесс на кафедре «Программное обеспечение ЭВМ» Череповецкого государственного университета и используются при проведении занятий по дисциплинам «Основы теории управления», «Моделирование технических объектов», «Системы искусственного интеллекта», «Технология разработки программного обеспечения», а также в курсовом и дипломном проектировании.

В рамках решаемой проблемы под руководством соискателя защищены 5 кандидатских диссертаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международных, Всероссийских и региональных конференциях: 8th International Conference “Pattern Recognition and Image Analysis: New Information Technologies” (PRIA-8-2007, Yoshkar-Ola); 1-й, 2-й, 3-й, 4-й, 5-й, 6-й, 7-й, 8-й Межд. конф. «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации» (Курск, 1993, 1995, 1997, 1999, 2001, 2003, 2005, 2008 г.г.); 2-й Межд. конф. «Медико-экологические информационные технологии» (Курск, 1999 г.); 4-й, 5-й Межд. конф. «Приборы с зарядовой связью и системы на их основе» (Геленджик, 1992 г., Москва, 1995 г.); 8-й Межд. конф. «Системный анализ в проектировании и управлении» (С.-Петербург, 2004); 5-й, 6-й, 7-й, 8-й Межд. конф. «Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды» (Ульяновск, 1993, 2000 г.г., Саратов, 1995 г., Череповец, 1997 г.); 1-й, 2-й, 3-й, 4-й Межд. конф. «Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах» (Череповец, 1996, 1999, 2002, 2004 г.г.); 1-й, 2-й, 4-й, 5-й Межд. конф. «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец, 1998, 2001, 2003, 2006 г.г.); Межд. конф. «Перспективные технологии автоматизации» (Вологда, 1999 г.); 2-й Межд. конф. «Повышение эффективности теплообменных процессов и систем» (Вологда, 2000 г.); Межд. конф. «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и искусственного интеллекта» (Вологда, 2001 г.); Межд. конф. «Информационные технологии в непрерывном образовании» (Петрозаводск, 1995 г.); 1-й Всесоюзной конф. «Проблемы измерительной техники в волоконной оптике» (Нижний Новгород, 1991 г.); 1-й, 2-й Всеросс. конф. «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород, 1999, 2000 г.г.); Всеросс. конф. «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород, 2000 г.); 1-й, 2-й Всеросс. конф. «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках» (Тамбов, 2001 г.); Всеросс. конф. «Перспективные информационные технологии в высшей школе» (Тамбов, 1995 г.); рег. научно-произв. конф. «Ижора–2000» (С.-Петербург, ОАО «Ижорские заводы», 2000 г.); 2-й рег. межвуз. конф. «Вузовская наука региону» (Вологда, 2001 г.); рег. научно-произв. конф. «Северсталь» - пути к совершенствованию» (Череповец, 2001, 2002, 2003 г.г.); 14-я, 17-я рег. межвуз. военно-научная конференция (Череповец, 2001, 2007 г.г.); межрег. конф. «Интеллектуальные и информационные системы» (Тула, 2003, 2004, 2007 г.г.); 5-й межвуз. конф. молодых ученых (Череповец, 2004 г.); а также на научно-технических семинарах Череповецкого государственного университета, Череповецкого научного координационного центра РАН, Курского государственного технического университета в 1995-2008 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 104 печатные работы, включая 2 монографии, 26 статей, 3 патента на изобретения, 73 публикации материалов и тезисов докладов. Основные научные результаты диссертации отражены в 11 статьях в рецензируемых журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 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.