Управление вращающейся печью для обжига цементного клинкера на основе нечетких диаграмм поведения ее узлов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Бажанов, Александр Геральдович

• Бажанов, Александр Геральдович
• кандидат технических наук
• 2013

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление вращающейся печью для обжига цементного клинкера на основе нечетких диаграмм поведения ее узлов»

Актуальность. Производство цемента является основой дляительной промышленности любого развитого региона мира, позволяя получатьительные смеси и производные различной степени прочности, климатической устойчивости и назначения. Несмотря на довольно ресурсозатратную и энергоемкую промышленную сферу, которой является получение цемента, в настоящий момент она развивается быстрыми темпами, как в России, так и за рубежом. Сырьевая составляющая в местности производства цемента играет значительную роль при выборе метода и набора используемых агрегатов.

В цементной промышленности используют три основных способа производства цемента, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный.

Мокрый способ производства используется для получения цемента из глины (включен силикатный компонент), мела (включен карбонатный компонент) и железосодержащих добавок (компоненты конверторного шлама, железистого продукта, пиритные огарки). Влажностные характеристики глины при этом способе производства не должны превышать 20 %, а влажность мела - 29%. Данный способ производства называется мокрым, так как измельчение сырьевой смеси, в силу уже достаточно большой ее исходной влажности, производится в водной среде, а на выходе получается шихта в виде водной суспензии - шлама, влажность которого колеблется от 30 до 50 %. Далее шлам поступает в обжиговую печь, диаметр которой может достигать 7 м, а длина — до 200 м и более. Обжиг шлама происходит с выделением углекислот. После этого многокомпонентную шихту в составе клинкера, который образуется в виде шариков на выходе из печи, двуводного гипса и шлака, растирают в тонкий порошок, который и является цементом.

При сухом способе производства цемента сырьевые материалы с малым влагосодержанием перед помолом или в его процессе высушиваются до определенного процента, а сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка. При сухом способе, которому в настоящий момент отдается профилем по этой точке [47]. Однако, эти исследования не были доведены до промышленных испытаний на объекте и о температурном профиле печи, как и ранее, судят по косвенным показателям и, частично, по показаниям сканера.

Естественным казалось бы применение для управления ОРП и одноименного - распределенного управления [22]. Однако, если это просто реализовать в ОРП первого вида в силу их конструктивного исполнения с возможностью позонного управления, то для ОРП второго вида реализовать такое управление практически нельзя. Хотя в печах и выделяют технологические зоны, рассмотренные в разделе 1.1, но эти зоны не имеют позонного управления.

В целом печь как объект управления имеет совсем не много управляющих воздействий. Их можно выделить порядка десяти, что представлено ниже на рисунке 1.2. при классическом представлении печи в виде «черного ящика». Слева от него показаны управляющие воздействия, сверху - возмущающие, выходные технологические величины показаны слева, а входные технологических величины - снизу [32, С. 10-14]. Возмущающие воздействия можно разделить на контролируемые и неконтролируемые. Показанные на схеме возмущения можно все отнести к контролируемым. входные парлме I ры ,

I X Г~=--= 1 У (координаты)

Объект управления выходные п:)рлме1рь: координаты)

Дитчнкл V выгодные переменные

Система нечеткого управления

Денацификация

Нечеткий Р.ЫКОЛ /-С

Б«на прлвнч к нечегкн.ч нрод\кцш'1 У фпччн-фнклцпя вчодные переменные

Рисунок 1.8. Модель нечеткого управления

Системы с применением нечеткого управления являются одним из решений проблемы по управлению цементной вращающейся печью. Вращающаяся печь является сложным нелинейным объектом, для которого возможно использование различных неравнозначных способов изменения состояния для перехода в требуемый режим работы [34, 36]. При управлении сложными, не до конца изученными нелинейными системами, характеризующимися неполной и нечеткой информацией широкое применение нашли модели, построенные на основе теории нечетких множеств. Одной из основных задач при создании информационных систем для анализа работы и управления цементной вращающейся печью, основанных на нечеткой логике, является получение адекватного множества правил, то есть разработка стратегии управления печью.

Методы нечеткой логики позволяют строить логико-лингвистические модели, отражающие общую смысловую постановку задачи, используя качественные представления соответствующие "человеческим" способам рассуждений и принятия решений [74].

Реализация систем с нечеткой логикой позволяет решать задачи, применяя методы и используя рассуждения, близкие к естественному/ языку. При упрощенном их применении, когда отсутствует составляющая автоматического обучения таких систем, появляется недостаток, так как все правила, описывающие систему, ее работу, решение различных задач написаны субъективно и не могут проанализировать текущее состояние системы с другой, возможно новой стороны. Данный недостаток является достаточно весомым, так как эксперт, описавший систему и составивший функции принадлежности и базу нечетких правил, может не вполне адекватно оценить определенные состояния объекта.

Чтобы устранить описанные недостатки нечетких систем, было предложено дополнять их нейронными обучающимися сетями [64, 65].

Первые реализации нечетких моделей в промышленности относятся к середине 1970-х гг. Именно в этот период в Великобритании Эбрахим Мамдани (ЕЬгаЫт Матёаш) использовал нечеткую логику для управления парогенератором. С тех пор область приложений теории нечетких множеств и нечеткой логики с каждым годом продолжает неуклонно расширяться. При этом процесс разработки и применения нечетких моделей тесно взаимосвязан с концепцией системного моделирования как наиболее общей методологией построения и использования информационных моделей сложных систем различной физической природы.

1.5. Постановка задач исследования

Объект исследования в диссертационной работе — вращающаяся печь для обжига цементного клинкера по мокрому способу, представляющая собой теплотехнический агрегат, реализующий сложные физико-химические превращения сырья, имеющий распределенную структуру и множество взаимно увязанных величин, влияющих друг на друга.

Разработка системы автоматизации и управления для печи мокрого способа является актуальной и целесообразной задачей с точки зрения повышения эффективности и стабильности работы объекта, а также снижения ресурсозатрат в процессе его работы.

Цель данной диссертационной работы - разработка и создание автоматизированной советующей системы управления вращающейся цементной

2а

2од Qocд к ОУ иР г ъ р гк

Рисунок 2.12. Структура узла иР По результатам исследования получены следующие результаты (рисунок

2.13):

Параметры для малого 60000 60000 70000 73000

Параметры для среднего 7 000 75000 35000 87000 Параметры для большого ~ Маль и ~ Средним — Большой)

8Б000 90000 100000 105000

Параметры для малого 130000 130000 140000 143000 Параметрыдлясреднего

142000 145000 155000 157000

Параметрь для большого 15БООО 162000 170000 175000

Параметры для малого 0 0 10000 13000

Параметры для среднего Т2000 15000 25000 27000

Параметры для больиого 26000 31000 ~ 42000 45000

V-V-\1

60000 Б5 ООО 70 000 75000 80 000 85000 90 000 95000 100000 10500

Малый Среднин — Большой )

V \

130 000 135000 140 000 145 000 150000 1 55000 160000 165 000 170000 17500

Расход аспирационного воздуха из холодильника (Оа м3/ч)

Расход возд)ха общего дутья (()од м /ч) Малый Средиии — Большои |

V— Расход воздуха острого дутья (О«! м^/ч)

0 5000 10 000 15 000 20000 25000 30000 Э5000 40 000 <5 000

Параметры для малого

1 5

25

Параметры для среднего 3 5 6

Параметры для большого 7 8

Параметры для палого 5 30

Параметры для среднего

65

40 у—4^41

0 12 3

5 5 7 В 9 Малый * Средний — Большой |

55

62

Параметры для большого

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 66 70 75 90

Разрежение в горячем конце печи (Р к кПа)

Процент открытия шиоера дымососа аспирации (га %)

Процент открытия шибера дымососа общего дутья (г01 %)

Процент открытия шиоера дымососа острого дутья { ^ %)

5 10 15 2025303540 45 505560Б5 70 75 80 В51

Рисунок 2.13. Функции принадлежности для узла «Разрежение в горячем конце печи»

Составим управляющие и возмущающие технологические условия: Управляющие технологические условия:

1 - если привод дымососа аспирации исправен (7^),

0 - если иначе;

1 - если привод вентилятора общего дутья исправен (^од)?

0 - если иначе;

1 - если привод вентилятора острого дутья исправен СРосд), О - если иначе,