Устройство для коррекции массы кокса

(51)4 С 7 24 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЗНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ МАССЫКОКСА(57) Изобретение может быть использовано для построения систем управлениядозированием кокса на доменных печах.Цель изобретения состоит в повышенииточности корректировок заданий намассы доз кокса. Сущность изобретениязаключается в расчете корректировозадания технолога на массу доз кокса,необходимых для компенсации изменений Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству чугуна в доменных печах, а именно к устройствам для автоматической коррекции массы кокса при подаче материалов в доменную печь.Цель изобретения - повышение точности корректировок массы доз кокса.На чертеже изображена структурная схема устройства.Устройство содержит первый 1, вто= рой 2 измерители влажности кокса, первый 3 и второй 4 измерители массы его влажности, с подстройкой коэффициента пересчета изменений влажности кокса в изменения массы доз коксапри дрейфе характеристик каналовпреобразования изменений влажности имассы кокса, в изменении показателя теплового состояния доменной печи,напримерсодержания кремния в чугуне,с использованием измерителей влажности и массы кокса, переключателя со.держащего первый, второй, третий и 1.четвертый ключи, сумматоров, корректирующего регулятора, третьего блокасравнения, второго нелинейного сглаживателя квадратора, блоков умножения, задержки, нелинейных сглажйвателей, запоминающих блоков, блоковделения, задержки и масштабирующихблоков. Определение скорректированного задания на массу очередной дозыкокса осуществляется путем суммирования рассчитанной корректировки массы кокса с заданием технолога, сигнал о котором поступает с второго задатчика. 1 ил. 2кокса, переключатель 5, состоящий изпервого 6второго 7, третьего 8 и,четвертого 9 ключей, первого 1 О ивторого 11 сумматоров, корректирующий регулятор 12, состоящий из пятого 13 и шестого 14 ключей, третьего блока 15 сравнения, второго сглажива- фф теля 16, квадратора 17, третьегоблока 18 умножения, первого блока 19 задержки, третьего 20 и четвертого146891блока 25 сравнения и масштабирующегоблока 26, третий задатчик 27, первыйэадатчик 28, первый блок 29 сравнения, первый. 30 и второй 31 блоки умножения, первый нелинейный сглаживатель 32, второй задатчик 33 и третийсумматор 34,На чертеже обозначено: У " сигналоб измеренном значении влажности кокса; С - сигнал об измеренном значении массы дозы кокса; 8 - сигнал обизмеренном значении содержания кремния в чугуне У С - сигналы о эаф тф тданных технологом опорных значениях 15влажности и массы доз кокса; С -скорректированное задание на массудозы кокса; Я - задание на содержание кремния в чугуне; 1и 1- сиг-.налы об окончании набора очередной 20.порции кокса соответственно в первой и второй весовой воронках 13 -сигнал о завершении измерения содержания кремния в чугуне на очередномвыпуске, 25Второй 16, третий 20, четвертый21 и первый 32 нелинейные сглаживатеяли выполнены в виде последовательносоединенных блока сравнения, уСилите"ля с насыщением, интегратора и блока 30задержки, подключенного своим выходом к второму входу блока сравнения,первый вход которого является входомМнелинейного сглаживателя, выходом которого является выход интегратора.При этом усилитель с насыщением представляет собой усилитель с ограничением выходного напряжения по амплитуде. Настроечными параметрами усилителя являются коэФфициент усиления 40О 6 Ы % 1 и абсолютная величина ограничения 8. Блок задержки сглаживателя, как и первый 19 и второй 24блоки задержки корректирующего регулятора 12, обеспечивают задержку сйг нала на время и представляют собой,например, блоки запаздывания, Таким,образом, нелинейный сглаживатель имеет три настроечных параметра Ы, Й,численные значения которых определяются для каждого конкретного слу;.;чая применения сглаживателя в зависимости от цели его использования и ста"тистических свойств обрабатываемых сиг-,. 55Квадратор 17 выполняется в виде,например, блока умножения, первый иВторой входы которого соединены между собой и подключены к входу квад 7 4ратора, а выход блока умножения является выходом квадратора.Запоминающий блок 22 выполняетсяв виде устройства для запоминаниямгновенного значения переменной.Третий 21, первый 28 и второй 33эадатчики выполняются в виде, например, регулируемого стабилизатора напряжения,Устройство работает следующим образом.В момент набора требуемой дозыкокса в одной из весовых воронок насоответствующий управляющий вход переключателя 5 поступает сигнал 1 или1об окончании набора дозы, формируемый, например, при открытии затвора весовой воронки. По сигналу 1,замыкаются первый 6 и третий 8 ключи, пропуская на первые входы первого 10 и второго 11 сумматоров соответственно сигнал о фактической влажности кокса в первой весовой воронке, поступающий с выхода первого измерителя 1 влажности на первый инфор-мационный вход переключателя 5, исигнал о,фактической массе дозы .кокса в этой весовой воронке, поступающий с выхода первого измерителя 3массы кокса на третий информационныйвход переключателя 5. По сигналу 1замыкаются второй 7 и четвертый 9ключи, пропуская на вторые входы первого 10 и второго 11 сумматоров соответственно сигнал .о фактической влажности кокса во второй весовой воронке, поступающий с выхода второго измерителя 2 влажности на второй информационный вход переключателя 5, исигнал о .фактической массе дозы кокса в этой весовой воронке, поступающий с выхода второго измерителя 4 массы кокса на четвертый информационныйвход переключателя 5. Таким образом,на первом выходе переключателя 5.формируется сигнал ЩЦ об измеренной .влажности очередной дозы кокса, поступающий с выхода первого сумматора.10. На втором выходе переключателя 5формируется сигнал С(ь) об измереннойМассе очередной дозы кокса, поступаю"щий с выхода второго сумматора 11.В первом блоке 29 сравнения изсигнала у(хЬ вычитается сигнал Мфт(Ь,поступающий с выхода первого блока319 задержки, Полученный сигнал ДУ(хЬ==Ю(1 Ь-Иф(О в первом блоке 30 умножения умножается на сигнал С(д) о массе5 14689 порции кокса, поступающий с второго ыхода переключателя 5, и на коэффициент 0,01, В результате на выходе блока 30 умножения формируется сигнал 15 соседних доз кокса;Тк - постоянная времени инерции модели канала регулирования "изменение расходакокса - изменение содержания кремния в чугуне11 ри Л ; = 10 мин и Т "-3 ч величина опринимается равной 0,2, коэффициент В: бО кг, Величина Г : 9 чпринимается равной сумме временитранспортного запаздывания" 7,5 чтмодели канала регулирования и времени 2 = 1,5 ч, затрачиваемого системойконтроля химсостава чугуна на отбор,подготовку и анализ проб чугуна.Сигнал о сглаженном значении дС(д)корректировки массы кокса поступаетс выхода первого нелинейного сглаживателя 32 на вход третьего сумматора34, где суммируется с сигналом СФ(з.)тоб опорном значении массы дозы кокса,поступающим с выхода второго задатчика 33. В результате на выходе тре тьего сумматора 34 формируется сигнало скорректированном задании на массупоследующей (+1)-ой дозы кокса(2) ззС(з) = 1 с(1) Я (1) С(+1) = +(з.)+ЛС(1), (4)ЗО поступающий в систему реализации заданий на массу доз кокса по каждойвесовой воронке (не показано),На первый информационный вход корректирующего регулятора 12 поступаетсигнал дИ с выхода первого блока29 сравнения. В первом блоке 19 задержки этот сигнал задерживается навремя к= тф 7а 9 ч, Задержанный сигнал ВИ(-, ) подается на вход второго40 нелинейного сглаживателя 1 б, используемого в данном случае для текущегоусреднения данных об дИ(-7 )на интервале времени между сосеззними выпусками чугуна.Работа нелинейного сглаживателя16 описывается уравнениями (3) приследующих значениях настроечных параметров: 1 = 1, В = Я 2 = е, Коэффициент Ы определяющий величину50 интервала усреднения (или число Ипоследовательных измерений, для которых определяется среднее значение),находится по следующим соотношениям ЬС(з.) = ВИ 1-1) ф.где Ес (1) = 0,01 Л Ы(1)С(1) (1),о величине недогруза или перегрузакокса в очередной дозе (в зависимостиот знака дИ(з. в пересчете на опорную его влажность И, поступающийна вход второго блока 31 умножения,где он умножается на пересчетный коэффициент Е(1), сигнал о величине которого поступает с выхода корректирующего регулятора 12. Сигнал о полученной корректировке массы кокса подается на вход первого нелинейного сглаживателя 32, предназначенногодля фильтрации высокочастотньзх составляющих сигнала ОС. Эти составляющие включают в себя ошибки расчета из-за помех измерения массы ивлажности кокса, а также быстроизменяющиеся составляющие полезных сигналов, реализация которых нецелесообразна из-за значительной инертности доменной печи, практически не реагирующей на высокочастотные воздействия. Работа первого нелинейногосглаживателя 32 описывается уравнениями сР С(з.) при Ы ФС(С) с В Ве 18 пЫ дС(Ц З при 4 УСИ)В 1 где сРС(з.)=йС(1)- ВС(з.-1) О, при -В сГс.д" С(1)3 с В+1, при В с ЬгС(1)3" при следующих значениях настроечныхпараметров 0=1 В = В,= д;.В данном случае коэффициентвыбирается из условия Н;д(1-е.тк) тй; - средняя величина интервала времени между набором 2 Йе.с 1 11 с (5)И +1Вс;где 31 е - средняя величина интервалавремени между соседними выпусками чугуна(6) Принимая Л ;10 мин, Л- 2 ч, определяют Нс = 12 и ос"-0,15. Коэффициент . В можно принять, в частности, равным максимальной абсолютной5 величине ДУ. Так, например, при диапазоне изменений 2 ЕИ 123 и при Ч = 7 ., Вс = 57 Величина времени задержки= д; " 10 мин, Сигнал фй(1-г) с выхода второго нелинейного сглаживателя 16 подается на информационный вход пятого ключа 13.В момент завершения измерения переменных .химсостава чугуна на очередном 1-ом выпуске из системы контроля химсостава чугуна на второй информационный вход корректирующего регулятора 12 (на информационный вход шестого ключа 1 ч) поступает сигнал обизмеренном значении Б(1) содержания 20 кремния в чугуне, а на управляющий вход корректирующего регулятора 12 подается сигнал 1 о завершении анализа очередной пробы чугуна. По этому сигналу замыкаются пятый 13 и шес той 14 ключи, пропуская соответственно сигнал ЬЫ(1-) на вход квадратора 17 и на второй вход третьего блока 18 умножения и сигнал Яд(1)-на первый вход третьего блока 15 сравнения. 30 В этом блоке 15 сигнал Зх(1) сравнивается с сигналом 81(1)1, поступающим с выхода третьего задатчика 27. Полученный сигнал Е,(1) = Б 3.(1)- 81(1) поступает на первый вход третьего блока 18 умножения, где умножается на сигнал ЬЯ(1- с). На выходе квадратора 17 Формируется сигнал Я(1)-дЙ(1- ,), поступающий на вход третьего нелинейного сглажива теля 20, На выходе третьего блока 18 умножения формируется сигнал 8 у с (1) И(1 ) Г (1 Ц р по,ступаю щий на вход четвертого нелинейного сглаживателя 21.45Третий 20 и четвертый 21 нелинейные.сглаживатели предназначены для усреднения поступающих на них сигналов. Работа этих сглаживателей описывается:уравнениями (3) с настройками 1= Р, В = ВР, = ,Р длЯ третьего нелйнейного сглаживателя 20 и с коэффициентами Ы = Р, В = ВРР, , = Я для четвертого нелинейногосгл ателя 21. Коэффиц ент ЗРФ о - 55 ределяющий величину интервала усреднения, принимается2 2 ЯБ р+1 г с При "9 ч, АС е - 2 ч определяют ИР = 9, Р = 0,2, Коэффициенты ВР и В выбираются с учетом максимальных абсолютных значений сигналов И 4., Е., а также характера операций, выполняемых в блоках 17 и 18 и могут быть приняты, в частности ВР = 25,0 и ВРР = 2,5. Величинасоответствует среднему интервалу времени между выпусками чугуна, сР= Л с= 2 ч.На выходе третьего нелинейного сглаживателя 20 формируется сигнал оценки дисперсии измеренных значений влажности кокса . н,. КР) = 88(1)Е З (1-К), (7)Р :опоступающий на вход делителя 23.На выходе четвертого нелинейного сглаживателя 21 формируется сигнал оценки корреляционного момента измеренных значений влажности кокса и содержания кремния в чугуне ИрМЬ- э 1 И Ф 5Р К=О поступающий на второй вход делителя23. В результате деления на выходеделителя 23 формируется сигнал оценки коэффициента регрессии, отражающего степень зависимости ошибок регулирования содержания кремния в чугуне от колебаний влажности кокса Абсолютная величина коэффициента а (1) тем. вьппе, чем теснее линейная связь между с з;и ЛЧ и чем сильнее отличается пересчетный коэффициент 1 с, используемый во втором блоке 31 умножения для расчета корректировок массы кокса, необходимых для компенсации лЯ, от своего оптимального значения. В идеализированном случае, когда 1 с близок к оптимальному значению, эффекты колебания влажности почти полностью компенсируются и связь между юЧ и Ез; практически отсутствует, т.е. аз; "-О. Если величина 1 с превьппает оптимальное значение - это приводит к перерегулированию (т.е, избыточным изменением массы кокса в ответ на изменение влажности). В результате коэффициента а .имеет положительный знак. Если величина 1 сД 1 с(1) = Ъ а ч(1) 15 И 1) = 1 с(1-13-ЛМ 1) 9146891 ниже оптимальной - это приводит к недокомпенсации изменений влажности и отрицательным значениям коэффициента аОпираясь на эту взаимосвязь коэффициентов Е и ащможно осуще 5 ствлять уточнение коэффициента 1 по величине коэффициента а ч.;,Сигнал а, , с выхода блока 23 деления подается на вход масштабирующе-. го блока 26, используемого для пересчета а з; в соответствующие корректировки .Л 1 с 1 сргде Ъ = ---1 к к к з, - коэффициент усиления модели канала регулирования"изменение массы кокса -изменение содержания кремния в чугуне",- настроечный коэффициент,определяющий степень доверия к оценкам а5.,0К, 1,Сигнал Ж(1) с выхода масштабирующего блока 26 подается на вход второго блока 25 сравнения, где вычитаетсяиз сигнала Е(1-1) о величине коэффициента 1, уточненного после предшествующего (1-1)-го выпуска чугуна.Сигнал Е(1-1) поступает на второйвход второго блока 25 сравнения с35выхода запоминающего блока 22 черезвторой блок задержки, где задерживается на время, равное среднему интервалу времени между соседниии выпусками чугуна. Сигнал о полученнойразности поступает с выхода второго блокасравнения на информационный вход запоминающего блока 22, на управляющийвход которого подается сигнал Т озавершении анализа очередной 1-ойпробы чугуна. В соответствии с этимсигналом осуществляется запись и запоминание до момента поступления сигнала Хэ о готовности анализа пробычугуна, взятой на следующем (1+1)-омвыпуске чугуна, в блоке запоминаниявеличины .Е(1). Этот коэффициент используется в течений последующегоинтервала времени Вйво втором блоке3 умножения для расчета корруктиро 71 Овок ЛС(д,) = 1 с(ОЕ. Здесь в качестве 1(1) рассматривается запомненное в запоминающем блоке 22 значение Е(1), считываемое в каждый -ый момент времени.Применение устр йства способствует повьппению качества регулирования теплового состояния доменной печи (показателем которого является, в частности, изменение содержания кремния в чугуне). Указанный эффект достигается благодаря введению в предлагаемое устройство второго блока умножения, третьего задатчика и корректирующего регулятора, что обеспечивает автоматическую подстройку Коэффициента пересчета изменений влажности кокса в направленные на их компенсацию изменения массы кокса. Необходимость такой подстройки возникает, например, из-за дрейфа характеристик каналов преобразования измЕнений влажности и массы кокса в изменения содержания кремния в чугуне. формула изобретения Устройство для коррекции массы кокса, содержащее первый и второй измерители влажности и первый и второй измерители массы кокса, переключатель, состоящий из первого, второго, третьего и четвертого ключей, информационные входы которых являются одноименными информационными входами переключателя, первого и второго Сумматоров, выходы которых являются . соответственно первым и вторым выходами переключателя, последовательно соединенные первый задатчик, первый блок сравнения и первый блок умноже" ния, последовательно соединенные первый нелинейный сглаживатель и третий сумматор, второй задатчик, причем управляющие входы первого и третьего ключей соединены между собой и подсоединены к первому управляющему вхо-. ду переключателя, управляющие входы второго и четвертого ключей соединены между собой и подсоединены к второму управляющему входу переключателя, первый и второй входы первого сумматора соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, первый и второй входы второго сумматора соединены соответственно с выходами третьего и четвертого ключей, первый, второй, третий,и четвертый1/25 Тираж 530сударственного комитета п 113035, Москва, ЖЗаказВНИИПИ Подписное,зобретениям и открытиям при ГКНТ ССС Раушская наб., д, 4/5 ател ий коМбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,101 роизводствен 14689 информационные входы. переключателя подсоединены к выходам,соответственно первого и второго измерителей влажности и первого и второго изме 5 рителей массы кокса, первый выход переключателя .подсоединен к второму входу первого блока сравнения, второй выход переключателя подсоединен к второму входу первого блока умно жения, выход второго задатчика подсоединен к второму входу третьего сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности корректировок массы доз кокса, оно 15 дополнительно содержит второй блок умножения, третий задатчик и корректирующий регулятор, состоящий иэ последовательно соединенных первого блока задержки, второго нелинейного 20 сглаживателя, пятого ключа, квадратора, третьего нелинейного сглаживателя, блока деления, масштабирующего блока, второго блока сравнения, за,поминающего блока и второго блока за держки, подсоединенного выходом к второму входу блока сравнения, после. довательно соединенных шестого ключа, третьего блока сравнения, третьего 17 12блока умножения и четвертого нелинейного сглаживателя, подсоединенноговыходом к второму входу блока деления, причем второй вход третьего блока умножения подсоединен к выходупятого ключа, управляющие входы пятого и шестого ключей запоминающего бло,ка соединены между собой и подсоединены к управляющему входу корректирующего регулятора, вход первого блоказадержки является первым информационным входом корректирующего регулятора и подсоединен к выходу первогоблока сравнения, информационный входшестого ключа является вторым информационным. входом корректирующего регулятора, второй вход третьего блокасравнения является третьим информационным входом корректирующего регулятора и подсоединен к выходу третьего задатчика, выход .запоминающегоблока является выходом корректирующего регулятора и подсоединен к первому входу второго блока .умножения,второй вход которого подсоединен квыходу первого блока умножения, а выход подсоединен к входу первого нелинейного сглаживателя.