Устройство для автоматической коррекции массы кокса

50 Изобретение относится к черной металлургии, в частности к проиэвод ству чугуна в доменных печах, конкретно к устройствам для автоматичес 5 кой коррекции массы кокса по его,. влажности при подаче материалов в доменную печь.Целью изобретения является повьгшение точности коррекции массы кокса. ОНа чертеже приведена схема устройства.Устройство для автоматической коррекции массы кокса содержит пер вый 1 и второй 2 измерители, влаж ности кокса, первый 3 и второй 4 измерители массы кокса, переключатель 5 каналов, состоящий иэ первого- четвертого ключей 6. - 9, первого 10 и второго 1 сумматоров, первый эа датчик 12, первый блок 13 сравнения, четвертый блок 14 сравнения, первый блок 15 задержки, третий блок 16 умножения, четвертый сумматор 17, первый источник 18 постоянного сиг нала, второй блок 9 сравнения, четвертый блок 20 задержки, первый блок 21 умножения, третий блок 22 сравнения, блок 23 модели канала регулирования беэ запаздывания, состоящий 30 из шестого блока 24 сравнения, третьего блока 25 задержки и втЬрого ин. тегратора 26, нелинейный сглаживатель 27, состоящий иэ пятого блока 28 сравнения, второго блока 29 задержки, нелинейного усилителя 30 и первого интегратора 31, блок 32 адаптации, состоящий из квадратора 33, восьмого блока 34 сравнения, третьего источника 35 постоянного сигнала, 40 переключателя 36, четвертого 37 и пятого 38 источников постоянного сигнала, блока 39 формирования знаковой функции, пятого 40 и шестого 41 блоков задержки, третьего интеграто ра 42, четвертого блока 43 умножения и седьмого блока 44 сравнения, второй источник 45 постоянного сигнала, второй блок 46 умножения, третий сумматор 47 и второй задатчик 48.ч - фактическая относительная влажность очередной дозы кокса; С - фактическая масса очередной дозы кокса; ч" - заданное базовое значение влажности очередной дозыткокса; С (+1) - задание технологацна массу последующей порции кокса при его базовой влажности; С- расчетная оценка массы кокса с базовой влажностью, эквивалентной фактической массе очередной дозы кокса с фактической влажностью, вС(д) отклонение оценки идеального задания Сф на массу очередной дозы кокса при его фактической влажности от задания технолога С ( ) на массу этой дозы кокса в ориентации на базовый уровень влажности ч; С"(+ + 1) - экстраполируемое для последующей дозы кокса значение д С , обеспечивакщее компенсацию возмущений, действующих в системе доэирования; ВС (+1) - корректировка задания технолога на массу последующей дозы кокса, необходимая для компенсации влияния предшествующих ошибок 1 правления дозированием кокса на доменный процесс; Сф(+1) - задание на массу последующей дозы кокса с фактической влажностью; Л - адаптируемый коэффициент нелинейного сглаживателя; 1, и 1- сигналы об окончании набора очередной дозы кокса соответственно в первой и второй весовой воронках.Устройство работает следующим образом.В момент окончания набора требуемой дозы кокса в одной из весовых воронок на соответствующий управляющий вход переключателя 5 каналов поступает сигнал 1, или 1 об 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 информационный вход переключателя 5 каналов, и сигнал о фактической массе дозы кокса в этой весовой воронке, поступающий с выхода первого измерителя 3 массы кокса на третий информационный вход переключателя 5 каналов. По сигналу 1 замыкаются второй 7 и четвертый 9 ключи, пропуская на вторые входы первого О 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 каналов, и сигнал о фактической масседозы кокса в этой весовой воронке, поступающий с выхода второго измерителя 4 массы кокса на четвертый информационный вход переключателя 5 ка 5 налов, Таким образом, на первом выходе переключателя 5 каналов формируется сигнал ч(д) о фактической влажности очередной дозы кокса, поступающий с выхода первого сумматора 10, На втором выходе переключателя 5 каналов формируется сигнал О о фактической массе очередной дозы кокса, поступающий с выхода второго сумматора 11. 15В первом блоке 13 сравнения из сигнала ч(д) вычитается сигнал " о базовом уровне влажности кокса, поступающий с выхода первого задатчика 12. Полученный сигнал ю = 20 = м - мф во втором блоке 19 сравнения вычитается из сигнала постоянной величины, соответствующей 111 , поступающего с выхода первого источника 1 8 постоянного сигнала .25 Полученный сигнал разности1 Д ю ( д ) подается на вход первого блока 2 1 умножения , где умножае тся на сигнал С () о фактической массе очередной дозы кокса , поступающий с в то рого выхода переключателя 5 каналов . В результате умножения на выходе первого блока 2 1 умножения формируется сигнал С, = 0 1 Оч(1)1 о расчетной оценке массы кокса ,с базовой влажностью, эквивалентной35 фактической массе очередной дозы кокса 0(д). В третьем блоке 22 сравнения этот сигнал вычитается из сигнала 0о величине задания технолога на рассматриваемую очередную дозу кокса при базовой его влажности, поступающий с выхода второго задатчика 48 через четвертый блок 20 задержки. В четвертом блоке 20 задержки сигнал 0 (1+1) задерживаетсят45 на время, необходимое для набора очередной дозы кокса. Е моменту окончания набора очередной дозы кокса на выходе четвертого блока 20 задержки формируется сигнал 0 (д) для этой дозы, В результате сравнения Ст(О и С,(д) на выходе третьего блока 22 сравнения формируется сигнал 30 дИ = О (д) - Сошибки управления доэированием кокса, учитывающий как ошибку набора заданной дозы кокса, так и отклонения фактической влаж ности кокса от ее базового уровня. Этот сигнал подается на вход блока 23 модели канала регулирования без запаздывания, представленной апериодическим звеном в рекуррентно-разностной форме и отражающей влияние изменений доз кокса на выходную переменную доменной печи, в частности на содержание кремния в чугуне. В этой модели в шестом блоке 24 сравнения из сигнала вО (д) вычитается сигнал с выхода второго интегратора 26, задержанный в третьем блоке 25 задержки на время, необходимое для набора очередной порции кокса, т.е. на один такт расчета. Полученный сигнал разности поступает на вход второго интегратора 26, функциони рование модели канала регулирования описывается выражением3 О (1) = ЗС(-1) +в дО (1)- -См(- ) мгде Ы = 0,025 - настроечный коэффициент, выбираемый в зависимости от ди иамических свойствканала регулирования доменной печи "изменение расхода кокса - изменение содержания кремния в чугуне".Сигнал вО" формируется на вью. ходе второго интегратора 26, являющемся одновременно и выходом блока 23 модели канала регулирования без запаздывания. Изменения Спредставляют собой прогноэируемые на время запаздывания в канале регулирования изменения выходной перемен ной доменной печи под влиянием оши бок управления дозированием кокса, представленные в масштабе корректировок доз кокса, необходимых для их компенсации. Сигнал ВОф во втором блоке 46 умножения умножается на постоянный коэффщиент К, сигнал .о котором поступает с выхода второго источника 45 постоянного сигнала.В результате на выходе второго блока 46 умножения формируется сигнал вО(+1) ю Е юС" корректировки задания на массу кокса для по следующей дозы по предшествующим ошибкам управления дозированием.138 О 5 Одновременно с помощью первого 15 и четвертого 20 блоков задержки, четвертого блока 14 сравнения, чет вертого сумматора 17 и третьего блока 16 умножения определяется отклонение Лсф" оценки Сф (1) идеального значения задания на массу набранной дозы кокса при фактической его влажности от задания технолога ТС(1) на массу этой дозы при базовой влажности. Под С(1) понимает ся такая величина задания на массу рассматриваемой дозы кокса, при отработке которой на текущем такте с такой же ошибкой доэирования, как и при отработке Сф, и при фактической величине гч была бы найдена такая доза кокса, что выполнялось бы условие С, = С (1). Оценивание осуществляется по выражению где посредством сомножителя+ + Вч(1) осуществляется пересчет задания технолога С щ (1) на фактическую влажность кокса ч(1).Величина 4 С (1) рассчитывается по выражению 1165 6вч, поступающий с выхода первогоблока 13 сравнения, Полученный в результате сигнал С (1) дч(1) подается на вход четвертого сумматора 17, 5где суммируется с сигналом (Сф(х)- -С(д)1 . В результате на выходе четвертого сумматора 17 формируетсясигнал лс (1) = С"(1) - С(1.) ++ с (1), д, поступающий на первый вход нелинейного сглаживателя 27,В нелинейном сглаживателе 27 осуществляется сглаживание и экстраполяция для последующей дозы кокса величин 4 С , При этом в пятом блоке+1 Ю28 сравнения из сигнала дс(1)лвычитается сигнал А С"(1) об экстраполированной ранее для рассматриваемой дозы кокса оценке басф (-1),лСигнал дс " поступает с выходавторого блока 29 задержки и формируется путем задержки на время, соответствующее одному такту дозирования,сигнала с выхода первого интегратора 31. Сигнал о полученной разности4 1) = ЛС" (1) - д С " подаетсяна вход нелинейного усилителя 30,представляющего собой усилитель снасыщением, сигнал на выходе которо го формируется в соответствии с вьгражением+1 д Отсюда следует, что величина дс40 может быть определена без предвари тельного вычисления С" .,С этой цеФ длью сигнал Сф(+1) о задании на массу последующей дозы кокса с выхода третьего сумматора 47 через первый 45 блок 15 задержки, где задерживается на время, соответствующее времени набора очередной дозы кокса, подается в виде сигнала С"(1) на вход четвертого блока 14 сравнения, Здесь из 50 него вычитается сигнал о фактической массе дозы кокса. Полученный сигнал разности (С" - С(1) поступает на вход четвертого сумматора 7. Одновременно сигнал С (1) с выхода 55 четвертого блока 20 задержки поступает на вход третьего блока 16 умножения, где умножается на сигнал Ы Ю(1) при (Ы 1(1)1 ,(1);ф/ при Ы д(1) ) р (1);/ -ф 1) при с( Г(1)- р(1),где ы =0,2 - постоянный коэффициент усиления;8 - настроечный параметр, определяющий величину зоны линейного преобразования в усилителе.Сигнал о текущем значении р(1) поступает на второй вход нелинейного усилителя 30 через второй вход нелинейного сглаживателя с выхода блока 32 адаптации. При этом в нелинейном усилителе 30 срезаются большие вьг бросы сигнала, обусловленные эпизодическими большими по величине помехами."0" 1величина настроечногокоэффициента блока 39 30формирования знаковойФункции, определяющеговеличину его зоны нечувствительности;величина, соответствующая коэффициентуусиления нелинейногоусилителя 30;постоянная величина,соответствующая миним 40мальной величине зонылинейного преобразования нелинейного усилителя 30. р 30 кг 1 Сигнал с выхода блока 39 формирования знаковой функции поступает на вход пятого блока 40 задержки, где задерживается на время одного цикла дозирования, и одновременно поступает на второй вход четвертого блока 43 умножения, На первый вход четвертого блока 43 умножения подается сигнал -1) с выхода пятого блока 40 задержки, В результате55 умножения на выходе четвертого блока 43 умножения формируется сигнал х(д) =у(1-1),Сигнал 1 с выхода нелинейного усилителя 30 подается на первый интегратор 31, с выхода которого на выход нелинейного сглаживателя 27 подается сигнал лС "(+1) об экстрае 1 полированном значении 4 С ,Одновременно сигнал Ф с выхода пятого блока 28 сравнения через второй выход нелинейного сглаживателя 27 и первый вход блока 32 адаптации поступает на вход блока 39 формирования знаковой функции, функционирование которого описывается выражением 15 который при (димеет величину "-1" при энакопеременных ,4 и имеет величину "+1" при У и У(-1), имеющих одинаковый знак в+ или Если абсолютное значение сигнала 11) или Р.-1) не превышает величины л зоны нечувствительности в блоке 39 формирования знаковой функции, то х - 0Далее сигнал х поступает на первый вход седьмого блока 44 сравнения, где из него вычитается сигнал х(д) с выхода шестого блока 41 задержки, представляющий собой задержанный на время одного цикла дозирования сигнал с выхода третьего интегратора 42. Сигнал о полученной разности Зх = х - х(-1) с вьгхода седьмого блока 44 сравнения поступает на вход третьего интегратора 42, где умножается на постоянный коэффициент Ы "-О, 1 скорости интегрирования и алгебраически суммируется с сигналом выхода интегратора 42, полученным на предыдущем такте расчета, (Таким образом, седьмой блок 44 срав(нения, третий интегратор 42 и шестой блок 41 задержки образуют сглаживатель, выходной сигнал х которого формируемый на выходе третьего интегратора 42 в соответствии с правиломх( 1.) = х( -1) + Ы, х() - %( -1 Д 1 получается в результате сглаживания временной последовательности сигналов "0" или "+1", или "-1". Этот сигнал поступает на вход квадратора 33, где возводится в квадрат с целью устранения знака сигналэ С выхода квадратора 33 сигнал х (.) подается на первый вход восьмого блока 34 сравнения, где сравнивается с сигналом величиной х , поступающим с выхода третьего источника 35 постоянного сигнала. Величина сигнала х выбирается в диапазоне от 0 до 1 и определяет число последовательно выполняемых условий (д(ь, , при котором достаточно достоверно можно говорить, что выполнение условия ( 41) ф, связано не с большими эпизодическими помехами измерения массы С и влажности ъ и соответствующими им помехами в сигнале ДС" (1), а с действительными изменениями этих переменных.1381165 раметра нелинейного сглаживателя 27, поступающий с выхода переключателя 36 через виход блока 32 адаптации 5на второй вход нелинейного сглаживателя 27 через второй вход нелинейного усилителя 30. Величина (1) определяется по правилу 1 ОР(1) =оР( з. ) ПриЫ дф ( 1 )(); + р (1) при о( Ф (1) ) р(1); - при Ы Ф (-1,Ьоф(+1) = С + 25лСигнал ЯСф(1+11 с выхода нелинейного сглаживателя 27 поступает на, вход третьего сумматора 47, где суммируется с сигналом 4 С "(1+1) корректировки по предшествующим Ошибкам дозирования, поступающим с выхода второго блока 46 умножения, и с сигналом С (+1) задания технолога на массу дозы кокса при базовом уровне влажности. Сигнал с выхода третьего сум матора 47, представляющий задание намассу последующей дозы кокса Р(1) =-1 при Ф (-в.40 Таким образом, при последовательном поступлении достаточного количества сигналов о разностях 4, прикоторых Ы с(1) превышает по абсолю 1- 45ной величине минимальное значениер(д) = р используемое для срезкианомальной помехи при экстраполяцииЗС, считается, что выполнение условияд(1)(1) ялетс следствием действительных измененийВС. При этом в нелинейном усилителе 30 расширяется эона линейного преобразования за счет установления фэ.) = , ,. Это в конечном результате дает возможность более точно оце нить текущие средние чоовни корректировок ВСф и экстраполировать их влвиде д Сф ( 1+1 ),Сигнал с выхода восьмого блока 34 сравнения подается на управляющйй вход переключателя 36, на первый информационный вход которого подается сигнал величиной , с выхода четвертого источника 37 постоянного сигнала, а на второй информационный вход- сиГнал71 с ВЫХОда пятОГО истОчни ка 38 постоянного сигнала. Величина р соответствует примерно 100 кг кокса. В зависимости от знака сигнала х (1) - х 3 с выхода восьмого блока 34 сравнения переключатель 36 пропускает на свой выход сигнал а, или р,; В результате на выходе переключателя 36 формируется сигнал ф 1) о величине соответствующего настроечного па" где 4) = лС- ЛСПО; р, при Г х(д) - х 3 ( О; уь,при х(1) - х 3 ) 0; х(1) - х(1-1) + о х( ) - х(-),х = (1) ),(1.-1); О, при 3 дф(з.) Л 1 (1) = +1 при сР д; р, при (х (1) - х (О; р,при х (1.) - х 3 ) О. Нелинейный сглаживатель 27 совместнос блоком 32 адаптации функционируетв соответствии с правилом: С(1+1): Сф (+1) +да(+1) +ам(поступает с выхода третьего суммато" ра 47 через выход устройства в систему реализации заданий на массы доз кокса по каждой весовой воронке.Одновременно сигнал Сф(+1) поступает на вход первого блока 15 задержки.Введение в устройство третьего блока умножения, четвертого блока задержки, четвертого сумматора и блока адаптации позволяет повысить точность расчета корректировок массы кокса эа счет следующих факторов: повышение точности оценивания коррек" тировок, представляющих собой отклонения идеальных значений заданий на массы доз кокса от задания, ориентированного на базовый уровень влазности, благодаря дополнительной поправке, учитывающей ошибку этого задания вследствие отклонений фактической влажности от базового уровня; повьппение точности прогнозирования изменений вьмодного параметра доменной печи под влиянием ошибок управления и соответствующего повьппения точности расчета корректировок по этим ошибкам благодаря дополнительному учету эффектов отклонений влажности кокса от ее базового уровня; повьппения точности оценивания и экстраполяции текущих средних значений от клонений идеальных заданий на массы доз кокса от задания благодаря адаптации величины зоны линейных преобразований в нелинейном сглаживателе.20 формула изобретения Устройство для автоматической коррекции массы кокса, содержащее первый и второй измерители влажности 25кокса в весовых воронках, первыйи второй измерители массы кокса ввесовых воронках, переключатель каналов, состоящий из первого, второго,третьего и четвертого ключей и первого и второго сумматоров, причемвыходы первого и второго ключей подсоединены соответственно к первому ивторому входам первого сумматора,выход которого является первым выходом переключателя каналов, выходы35третьего и четвертого ключей подсоединены соответственно к первому и втовторому входам второго сумматора,выход которого является вторым выхо 40дом переключателя каналов, управляющие входы первого и третьего ключейсоединены между собой и подсоединенык первому управляющемч входу переключателя каналов, являющемуся одновременно первым управляющим входом устройства, управляющие входы второго ичетвертого ключей соединены между собой и подсоединены к второму управляющему входу переключателя каналов,являющемуся одновременно вторым управ"5.50ляющим входом устройства, информационные входы первого, второго, третьего и четвертого ключей являются соответственно первым, вторым, третьим ичетвертым информационными входами55переключателя каналов, первый и второй задатчики, первый источник постоянного сигнала, последовательно соединенные первый блок сравнения, второй блок сравнения, первый блок умножения и третий блок сравнения, последовательно соединенные второй источник постоянного сигнала, второй блок умножения, третий сумматор, первый блок задержки и четвертый блок сравнения, нелинейный сглаживатель, состоящий иэ последовательно соединенных пятого блока сравнения, нелинейного усилителя, первого интегратора и второго блока задержки, подсоединенного своим выходом к первому входу пятого блока сравнения, второй вход которого является первым входом нелинейного сглаживателя, выход первого интегратора является одновременно первым выходом нелинейного сглаживателя, второй вход нелинейного усилителя является вторым входом нелинейного сглаживателя, а выход пятого блока сравнения является одновременно вторым выходом нелинейного сглаживателя, блок модели канала регулирования без запаздывания, состоящую из последовательно соединенных шестого блока сравнения, второгоинтегратора и третьего блока задержки, подсоединенного своим выходом к первому входу шестого блока сравнения, второй вход которого является входом блока модели канала регулирования без запаздывания, выходом которой является выход второго интегратора, причем первый, второй, третий и четвертый информационные входы переключателя каналов соединены с выходами соответственно первого измерителя влажности кокса, второго измерителя влажности кокса, первого измерителя массы кокса и второго измерителямассы кокса, первый выход переключателя каналов подсоединен к первомувходу первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, второй выход переключателя каналов соединен с вторьгми входами четвертого блока сравнения и первого блока умножения, второйвход второго блока сравнения соединен с выходом первого источника постоянного сигнала, выход блока модели канала регулирования без эапаздьгвания соединен с вторым входом второго блока умножения, первый выход нелинейного сглаживателя,подсоединен к второму входу третьего сумматора,третий вход которого соединен с выхо1381165 14 13 Составитель А. АбросимовРедактор Л. Веселовская Техред М.Дидык Корректор О. Кундрик Тираж 545 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 1165/28 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дом второго задатчика, выход третьего сумматора является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности5коррекции массы кокса, оно снабженопоследовательно соединенными четвертым блоком задержки, третьим блокомумножения и четвертым сумматором,блоком адаптации, состоящим из последовательно соединенных блока формирования знаковой функции, пятогоблока задержки, четвертого блока умножения, седьмого блока сравнения,третьего интегратора, квадратора, 15восьмого блока сравнения и переключателя, шестого блока задержки,вход которого подсоединен к выходутретьего интегратора, а выход соединен с вторым входом седьмого блока сравнения, третьего источника постоянного сигнала, подсоединенногосвоим выходом к второму входу восьмого блока сравнения, четвертого ипятого источников постоянного сигнала, подсоединенных своими выходами соответственно к первому и второмуинформационным входам переключателя,причем второй вход четвертого блокаумножения соединен с выходом блокаформирования знаковой функции, входкоторого является входом блока адаптации и соединен с вторым выходомнелинейного сглаживателя, выход переключателя является выходом блокаадаптации и подсоединен к второмувходу нелинейного сглаживателя,вход четвертого блока задержки подсоединен к выходу второго задатчика,второй вход третьего блока сравненияподсоединен к выходу четвертого блока задержки, а выход третьего блокасравнения соединен с входом блокамодели канала регулирования без запаздывания, второй вход третьегоблока умножения соединен с выходомпервого блока сравнения, выход четвертого блока сравнения соединен свторым входом четвертого сумматора,подсоединенного своим выходом к первому входу нелинейного сглаживателя,