Автоматизація процесу керування групою повітронагрівачів доменної печі на основі нечіткої логіки

Abstract

Дисертаційна робота присвячена рішенню наукової задачі підвищення ефективності процесу стабілізації температури доменного дуття в умовах низької калорійності доменного газу шляхом розробки методу керування процесами нагріву насадки кожного повітронагрівача групи і нагріву доменного дуття на основі оцінки тривалості поточного періоду роботи повітронагрівачів з досягненням заданого режиму чергування періодів роботи повітронагрівачів доменної печі при використанні дерева прийняття рішень, заснованого на ідентифікованих нечітких базах знань, що дозволяє знизити витрату доменного газу. На підставі аналізу даних роботи групи ПН і результатів імітаційного моделювання сформована нечітка база знань про процес нагріву дуття в повітронагрівачі доменної печі. Виконано структурну та параметричну ідентифікацію при різних значеннях заданої температури доменного дуття для різних форм функцій приналежності вхідних і вихідних параметрів. Розроблена система керування групою повітронагрівачів доменної печі, функціонуюча на базі підсистеми керування нагрівом насадки та підсистеми оцінки тривалості режимів роботи ПН. З використанням методів багатокритеріальної оптимізації реалізоване корегування поведінки системи керування з врахуванням поточних виробничих умов функціонування групи ПН. Розроблено алгоритм визначення ситуацій та вибору сценаріїв керування на основі дерева прийняття рішень.

Диссертация посвящена решению научной задачи повышения эффективности процесса стабилизации температуры доменного дутья в условиях низкой калорийности доменного газа путем разработки метода управления процессами нагрева насадки каждого воздухонагревателя группы и нагрева доменного дутья на основе оценки продолжительности текущего периода работы воздухонагревателя с достижением заданного режима чередования периодов работы воздухонагревателей доменной печи при использовании дерева принятия решений, основанного на идентифицированных нечетких базах знаний, что позволяет снизить расход доменного газа. Исследование алгоритмов управления нагревом насадки в текущих условиях работы группы ВН осуществлено путем проведения вычислительных экспериментов на основе имитационной модели ВН. Для определения действительного объема газа, который участвует в теплообмене с насадкой, предложено учитывать скорость движения газа-теплоносителя по высоте насадки путем изменения расчётного шага по времени в соответствии с продолжительностью пребывания заданного объема газа в каждом расчётном слое по высоте насадки. На основании анализа данных работы группы ВН и результатов имитационного моделирования сформирована нечеткая база знаний о процессе нагрева дутья. На основе нечеткой модели разработана подсистема оценки продолжительности периода нагрева дутья как часть АСУТП выплавки чугуна в доменной печи. Выполнена структурная и параметрическая идентификация нечётких баз знаний при различных значениях заданной температуры доменного дутья для Гауссовой и колоколообразной форм функций принадлежности (ФП) входных и выходных параметров. Указанные функции имеют наименьшее среди других форм ФП количество параметров - координату максимума и коэффициент концентрации, что значительно ускоряет процесс параметрической идентификации БЗ при решении задачи многомерной оптимизации при настройке нечеткой модели. Разработана система управления группой ВН, функционирующая на основе подсистемы управления нагревом насадки и подсистемы оценки продолжительности режимов работы ВН. Установлено, что настройка нечеткой БЗ управления нагревом насадки представляет собой задачу многокритериальной оптимизации, при которой выбор целевой функции осуществляется в зависимости от текущих значений параметров газа- теплоносителя и температурного состояния насадок всех ВН группы. С использованием методов многокритериальной оптимизации реализована настройка нечётких баз знаний системы управления с учетом текущих условий функционирования группы ВН. Разработан алгоритм определения текущей ситуации и выбора сценария управления на основе дерева принятия решений, что обеспечивает достижение насадкой ВН заданной температуры на момент перевода в режим нагрева дутья. Реализовано программное обеспечение подсистемы оценки продолжительности периодов работы ВН на основе нечеткой БЗ, а также подсистемы управления нагревом насадки, состоящей из управляющей модели и нечеткой БЗ о процессе управления. Результаты работы программного обеспечения системы управления группой ВН использованы при формировании и выдаче заданных значений в ЛСАР калорийности смешанного газа и ЛСАР расхода топлива при нагреве насадки ВН, что позволяет снизить расход высококалорийной добавки к топливу.

The dissertation is devoted to solving the scientific task of increasing the efficiency of the process of stabilizing the temperature of the blast in the conditions of low calorific value of the blast furnace gas by developing a method for control processes of heating the nozzle of each blast stove of the group and heating the blast based on the evaluation of the duration of the current period of operation of the blast stoves with the achievement of the given alternating mode of blast stove operation using a decision-making tree based on identifier fuzzy knowledge bases, which allows to reduce the flow of blast furnace gas. On the basis of the data analysis and the results of simulation formed a fuzzy knowledge base on the process of heating the blast in the blast stoves. Based on the fuzzy model, a subsystem for assessing the durability of the blast heating period as part of the control system for the operation of the heater system has been developed. The structural and parametric identification of fuzzy knowledge bases at various values of the given temperature of the blast furnace for various forms of the functions of input and output parameters is performed. The control system of the blast stoves group operating on the basis of the subsystem of the heating control of the nozzle and the subsystem of estimation of the duration of operating modes. Using the methods of multicriteria optimization, the correction of the behavior of the control system, taking into account the current operating conditions of the blast stoves group, was implemented. An algorithm for determining the current situation and selecting a control scenario based on the decision tree is developed.