Реферат: Автоматизация и управление технологическими процессами обжига клинкера при производстве цемента

Во внутреннем цикле производятся расчеты изменений температуры материала по слоям, со вводом вычисленных во внешнем цикле граничных условий, и напротив, во внешнем цикле при определении текущей температуры газовой среды начальные условия используются в качестве входных величин, а вычисленные значения температуры участков определяются по вышеупомянутым зонам, распределению обрабатываемого материала, длины вращающейся печи, расположения газовых горелок и т. п.

Явления теплопередачи через стенки печи при постоянном тепловом потоке (стационарный режим) включают теплоотдачу от газовой смеси к стенке печи, теплопроводность стенки, теплоотдачу от наружной поверхности стенки в окружающую среду. Плотность теплового потока от горячих газов внутри печного канала определится формулой:

(14)

где - температура газов в i –й зоне, - температура внутренней стенки, q - плотность теплового потока, - коэффи­циент теплоотдачи, N — количество зон. При стационарном режиме плотность теплового потока обусловлена теплопроводностью через печную стенку:

(15)

где — температура газов в зоне, — наружная температура стенки, λ — коэффи­циент теплопроводности, h — толщина стенки.

Рис.3. Исходный алгоритм .

Тепловой поток, передаваемый в окружающую среду через наруж­ную поверхность, будет равен:

. (16)

Сложив почленно полученные равенства, имеем:

(17)

Таким образом, общий тепловой поток будет равен:

(18)

Если обозначить «коэффициент теплопередачи»:

(19)

то уравнение тепловых потерь через наруж­ную поверхность примет вид:

(20)

В термодинамических расчетах часто используется величина «полного термического сопротивления», обратная коэффициенту теплопередачи:

(21)

В общем случае коэффициент теплопередачи зависит от усло­вий перемешивания (характера потока, свойств составляющих, ско­рос­ти течения газо­вой смеси и т. п.).

Третья глава посвящена вопросам моделирования технологических процессов обжига клинкера при производстве цемента.

Обращаясь вновь к процессу обжига сырьевого ма­териала как объекта управления, предста­вим его как внутрен­ний элемент общей структуры, рис.4. Очевидно, что большая часть ранее перечисленных парамет­ров недоступна для регулирования. Для задачи необ­ходимо выделить параметры, доступные контролю и регулирова­нию, с тем, чтобы обоснованно отнести их к вектору управления.

В целом вектор управлений Х объединяет в себе множества функций вектора за­даний и обратной связи. В состав вектора управлений при этом входят: скорость перемещения материала; количество включенных нагревателей (горелок); параметры регулируемой мощности нагревателей; открытие заслонок на дымососе.

Заметим, что скорость перемещения материала во вращаю­щи­хся печах непосредственному управлению не подлежит: она предс­тавляется функцией свойств материала, которые также недоступны управлению и могут быть, скорее, отнесены к среде. На скорость перемещения непосредственно влияют вполне управляемые пара­метры печи — угол наклона, скорость вращения, а также свойства обрабатываемого материала (плотность, вязкость, размеры частиц), они тоже недоступны регулированию (но, тем не менее, доступны контролю). А также влияющие на скорость, точнее — на свойства материала — его плотность, вязкость и т. п., непосредственно зависящие, во-первых, от состава материала, а во-вторых — от его температуры.

В этом смысле имеем параметры управления Х: угол наклона печи jп; скорость вращения печи wп; температура материала Тм.

Что касается последнего, температуры, то с ним тоже связа­ны определенные проблемы. Фактически он управляется не непос­ред­ственно, а путем регулирования подачи топлива в нагреватели, а также их расположением и включением. Температура материала не распределена по печи равномерно, хотя в принципе контроли­руема в любой точке (зоне) печи. Неопределенны и тепловые свой­ства обрабатываемого материала, в этом смысле их в некотором смысле можно отнести и к параметрам среды: они фактически неуправляемы и труд­но контролируемы.

К вектору управления Х добавятся параметры: количество включенных нагревателей (горелок); параметры регулирования мощности нагревателей; открытие заслонок на дымососе.

Вектор влияния среды У имеет смысл объе­ди­нить с вектором состояния объекта Н и отнести к нему: тепловые свойства обрабатываемого материала; параметры нагнетаемых газов; температуру окружающей атмосферы; параметры теплоотвода; параметры газоотвода.

Выходной вектор Z : масса (расход) полученного клинкера; характеристики клинкера; параметры отводимых газов.

Сложность объекта, неопределенность большинства пара­мет­ров и их взаимосвязей, указывают на целесообразность прибегнуть для решения задачи управления к методам имитационного моделирования.

К наиболее популярным системам имитационного моделиро­вания относятся AnyLogic, Aimsun, Arena, GPSS, ИМИТАК, Triad.Net, РДО, PTV, Tecnomatix Plant Simulation, NS-2, Transyt, Vision VISSIM, eM-Plant, Powersim.

Моделирование технологических процессов термической обработки цементного клинкера проведено в диссертации с использованием системы имитационного моде­лирования РДО (РЕСУРСЫ – ДЕЙСТВИЯ – ОПЕРАЦИИ), которая позволяет более глубоко и точно учитывать особенности динамики объекта автоматизации. В среде РДО удобно не только проводить имитационное моделирование технологического процесса, но и проводить анимацию для наблюдения его хода в реальном времени, что немаловажно при решении задач оптимизации управления.

Сложная динамическая система на концептуальном уровне пред­ставляется в виде множества некоторых взаимодействующих между собой ресурсов.

Ресурс — это элемент сложной системы, внутренней структурой которого можно пренебречь, в то время как его наличие и свойства как целого важны для целей описания.

Все ресурсы Сложных Дискретных Систем (СДС) образуют некоторое множество:

, (22)

где: r_i — i- ый ресурс СДС, а N(t) — число ресурсов СДС в данный момент времени. Основным составляющим СДС, каковыми являются ее элементы, производственный процесс, законы функционирования, соответствуют следующие информационные объекты: ресурсы, действия, нерегулярные события и операции. Представление СДС в РДО-методе показано на рис.5.

Рис.5. Представление СДС в РДО-методе