СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ ШИХТЫ НА АГЛОМЕРАЦИОННОЙ МАШИНЕ Российский патент 1995 года по МПК C22B1/20 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматическом управлении загрузкой шихты на агломерационную машину.

Постоянство толщины слоя шихты на агломерационной ленте является важным условием стабильности процессов зажигания и спекания шихты и в итоге обеспечивает более высокую производительность агломашины и улучшение качества агломерата.

Стабилизация толщины слоя шихты на агломерационной ленте чаще всего осуществляется путем контроля толщины слоя и воздействия на скорость вращения барабанного питателя шихты по отклонению толщины слоя от заданного значения. Однако в связи с конструктивными особенностями агломерационной машины контроль толщины слоя шихты производится на значительном расстоянии от точки загрузки шихты на агломерационную ленту, что вносит в систему управления большое запаздывание (до 1 мин) и не позволяет обеспечить необходимое качество стабилизации толщины слоя.

Для уменьшения запаздывания иногда контролируют и стабилизируют не толщину слоя шихты, а высоту ее откоса в точке загрузки перед загрузочным лотком агломерационной машины.

Недостатком такого решения является низкая надежность в связи с неблагоприятными условиями в месте контроля.

Известен способ автоматического регулирования высоты слоя спекаемого материала на агломерационной ленте, осуществляемый системой, включающей пневматический датчик высоты слоя, установленный за загрузочным лотком, и систему управления, воздействующую на скорость вращения барабанного питателя и положение задвижки питателя.

Известен способ регулирования высоты откоса шихты при загрузке ее на агломерационную машину, реализуемый системой, содержащей датчик высоты откоса шихты и систему регулирования, управляющую приводом вращения барабанного питателя.

Прототипом предлагаемого решения является способ, осуществляемый установкой для регулирования толщины слоя шихты на агломерационной машине и состоящий в том, что скорость вращения барабанного питателя устанавливают в зависимости от разности между заданной и контролируемой толщинами слоя шихты на агломерационной ленте.

Недостатком данного способа является низкое качество регулирования в связи с наличием значительного запаздывания в системе. Способ в достаточной степени не подавляет колебания толщины слоя шихты, что приводит к неравномерному зажиганию и спеканию отдельных участков слоя шихты по длине агломерационной ленты. Нестабильность толщины слоя шихты в результате приводит к ухудшению качества агломерата и снижению производительности агломерационной машины.

Целью изобретения является повышение стабильности толщины слоя шихты за счет уменьшения времени запаздывания в системе управления, а также повышение точности стабилизации толщины слоя шихты.

Указанная цель достигается тем, что контролируют скорость вращения барабанного питателя и скорость движения агломерационной ленты, а управление скоростью вращения барабанного питателя производят по разности между заданной и вычисляемой в точке загрузки толщинами слоя шихты
Δ H_(t) = H_ш.з. - Н_ш.выч(t), где Н_ш.з. - заданное значение толщины слоя шихты;
Н_ш.выч(t) = К_п K_п - вычисленное значение толщины слоя шихты в точке ее загрузки на агломерационную ленту;
К_п - коэффициент передачи объекта управления;
n_бп(t) - скорость вращения барабанного питателя;
V_ал(t) - скорость движения агломерационной ленты, причем при увеличении указанной разности скорость вращения барабанного питателя увеличивают и наоборот; измеряют толщину слоя шихты на агломерационной ленте перед зажигательным горном, а в качестве коэффициента К_п используют усредненное значение произведения измеренной толщины слоя шихты и отношения задержанных во времени скорости движения агломерационной ленты к скорости вращения барабанного питателя
K_п= H_ш(t) - , где Н_ш(t) - измеренное значение толщины слоя шихты перед зажигательным горном;
V_{ал(t-tau<N>)}иn_бп(t-τ)- значения скоростей, задержанные относительно текущего времени t на время τ, равное времени перемещения шихты от точки ее загрузки до точки измерения толщины слоя.

На фиг. 1 изображены основные элементы объекта управления; на фиг. 2 - структурная схема системы управления.

Основными элементами объекта управления являются барабанный питатель 1, выдающий шихту из загрузочного бункера 2, и агломерационная лента 3, перемещающая шихту в ходе ее зажигания и спекания. Производительность барабанного питателя зависит от скорости его вращения и высоты установки задвижки 4 на выходе бункера. Шихта по загрузочному лотку 5 поступает на спекательные тележки агломерационной ленты. Поверхность шихты перед зажигательным горном 6 сглаживается гладилкой 7, окончательно формирующей слой шихты.

Расход шихты из загрузочного бункера равен
Q_бп = π d_бпh_бпb_бп γ_ш.бп n_бп, т/мин , (1) где d_бп - диаметр барабана, м;
h_бп - высота установки задвижки, м;
b_бп - ширина окна выдачи шихты, м;
γ_ш.бп - насыпная масса шихты на выходе питателя, т/м;
n_бп - скорость вращения барабанного питателя, об/мин.

Расход шихты на агломерационной ленте составляет
Q_ал = Н_шb_ал γ_ш.алV_ал, т/мин, (2) где Н_ш - толщина слоя шихты, м;
b_ал - ширина агломерационной ленты, м;
γ_ш.ал - насыпная масса шихты на агломерационной ленте, т/м;
V_ал - скорость движения агломерационной ленты, м/мин.

Из условия материального баланса Q_ал = = Q_бп следует, что
H_ш= K_п- , м , (3) где K_п= ,м², (4) является коэффициентом передачи объекта управления.

По уравнению (3) в предположении, что коэффициент К_п постоянен, толщина слоя шихты может быть вычислена в точке ее загрузки на агломерационную ленту как
H_ш.выч= K_п- , м. (5) Это позволяет осуществить управление скоростью барабанного питателя по отклонению Δ Н_ш вычисленной толщины слоя шихты Н от заданного значения Н_ш.з
Δ Н_ш = Н_ш.з - Н_ш.выч (6) практически без запаздывания в подсистеме регулирования, а следовательно, обеспечить высокую степень стабилизации толщины слоя шихты (минимальную колеблемость).

Однако коэффициент передачи объекта в силу ряда причин может изменять свою величину, например, при изменении положения задвижки на окне выдачи шихты из загрузочного бункера (h_бп), при изменении степени уплотнения шихты на агломерационной ленте ( γ_ш.ал) и др. Такие изменения К_п могут привести к возникновению статической ошибки при вычислении толщины слоя шихты и соответственно к погрешности при ее стабилизации. Исключение указанного явления достигается путем непосредственного контроля толщины слоя шихты Н_ш(t), определения фактического значения коэффициента передачи объекта
K_п.к(t) = H_ш(t) - ,м, (7) усреднения его для исключения влияния возможных флуктуаций:
K_п.ср(t)= K_п.к(t)dt (8) корректировки вычисляемого в точке загрузки значения толщины слоя шихты H_ш.выч(t)= K_п.ср(t) (9) и использования при формировании разности
Δ Н_ш(t) = H_ш.з - Н_ш.выч(t), (10) по которой осуществляется управление скоростью вращения барабанного питателя. Для сопоставимости параметров в уравнении (7) используются не текущие значения скорости ленты и питателя, а их значения, задержанные на время τ, за которое шихта перемещается от точки ее загрузки до точки измерения толщины ее слоя. Усреднение К_п.к производится за время Т.

Таким образом, предлагаемый способ управления предусматривает два воздействия. Первое из них увеличивает оперативность управления, а второе повышает его точность. Первое воздействие может быть самодостаточным, если коэффициент передачи объекта стабилен. Второе воздействие по своим динамическим возможностям аналогично известным способам управления, т.е. обладает низким быстродействием, но целесообразно для объектов с нестабильным коэффициентом передачи.

Система управления, реализующая предлагаемый способ, содержит задатчик 8 толщины слоя шихты, датчик 9 скорости вращения барабанного питателя, элементы 10 и 11 деления, элементы 12 и 13 умножения, элемент 14 вычитания, регулирующее устройство 15, датчик 16 скорости движения агломерационной ленты, двухканальный элемент 17 временной задержки, датчик 18 толщины слоя шихты и элемент 19 усреднения.

Входными сигналами системы являются Н_ш.з; n_бп; V_ал и Н_ш. Выходной сигнал Х_бп формируется в регулирующем устройстве 15 и поступает в схему управления скоростью вращения барабанного питателя. Параметрами настройки системы являются время усреднения Т, расстояние l_τ между точкой загрузки шихты и точкой измерения толщины слоя и уставки регулирующего устройства 15. Элементы 8-10, 12, 14-16 составляют контур оперативного воздействия, а элементы 17, 11, 18, 13, 19 - контур корректирующего воздействия.

Работа контура оперативного воздействия состоит в следующем. Датчиками 9 и 16 непрерывно контролируются параметры n_бп и V_ал. В элементе 10 определяется отношение n_бп/V_ал. После умножения этого отношения на К_п.ср на выходе элемента 12 формируется вычисленное значение толщины слоя Н_ш.з. В элементе 14 определяется отклонение Н_ш.вычот заданного значения Н_ш.з, поступающего от задатчика 8. Отклонение Δ Н_ш является выходным сигналом регулирующего устройства 15, в котором оно преобразуется, например по пропорционально-интегральному закону, в выходной сигнал Х_бп, задающий скорость вращения барабанного питателя. Так, при увеличении ΔН_ш выходной сигнал Х_бп и скорость вращения n_бпувеличиваются, барабанный питатель увеличивает расход шихты, что в свою очередь приводит к снижению отклонения ΔН_ш, т.е. обеспечивает стабилизацию толщины слоя шихты на заданном значении.

Контур корректирующего воздействия обеспечивает повышение точности стабилизации толщины слоя шихты. С этой целью датчиком 18 контролируется толщина слоя шихты перед зажигательным горном. В элементе 17 осуществляется временная задержка сигналов n_бп и V_ал на время τ=l_τ/V_ал. В элементе 11 определяется отношение V_ал(t-τ)/n_бп(t-τ). В элементе 13 формируется текущее значение коэффициента К_п.к(t) как произведение указанного отношения на Н_ш. В элементе 19 осуществляется усреднение сигнала К_п.к(t) за время Т. Усредненное значение К_п.ср с выхода элемента 19 поступает в виде сомножителя на второй вход элемента 12. Таким образом производится корректировка вычисляемой толщины слоя Н_ш.выч по контролируемым с запаздыванием но фактическим значениям толщины слоя шихты Н_ш и коэффициента передачи объекта К_п.ср. При этом выходной сигнал системы Х_бп осуществляет комбинированное воздействие на скорость вращения барабанного питателя, обеспечивающее одновременно оперативную и точную стабилизацию толщины слоя шихты.

Числовые примеры.

1) Исходные значения технологических параметров:
d_бп = 1 м; h_бп = 0,2 м; b_бп = b_ал = 3 м; γ_ш.бп=γ_ш.ал= 1,8 т/м³; n_бп= 1,53 об/мин; V_ал = 3,21 м/мин; Н_ш = 0,3 м; l_τ= 3,5 м; Н_ш.з = =0,3 м.

В соответствии с уравнениями (1) и (2) Q_бп = Q_ал = 5,2 т/мин = 312 т/ч.

Коэффициент передачи объекта, определенный по уравнению (4), равен К_п = 0,628 м².

Время перемещения шихты от точки загрузки до точки измерения толщины слоя τ = =l_τ/V_ал = 3,5/3,21 = 1,1 мин.

2) Стабильный способ загрузки.

Вычисляемая по уравнению (5) толщина слоя шихты составляет Н_ш.выч = 0,628 x x1,53/3,21 = 0,3 м, т.е. равна заданной. Следовательно, по уравнению (6) Δ Н_ш = 0 и сигнал на входе регулирующего устройства отсутствует.

Выходной сигнал Х_бп является токовым и изменяется в диапазоне от нуля до 5 мА, чем определяет изменение скорости вращения барабанного питателя в диапазоне от нуля до 3 об/мин. Следовательно, в рассматриваемом случае Х_бп = 1,53 ˙5/3 = 2,55 мА.

3) Оперативное воздействие.

Предположим, что в результате увеличения механической нагрузки скорость движения агломерационной ленты снизилась до V_ал = 3,0 м/мин (скорость V_ал может изменяться также в результате управляющего воздействия от системы автоматического управления процессом спекания шихты). При этом Н_ш.выч = 0,628 ˙ 1,53/3,0 = 0,32 м и ΔН_ш = 0,3 - 0,32 = -0,02 м. Регулирующее устройство, отрабатывая данное отклонение, снижает выходной сигнал Х_бп и в итоге устанавливает X_бп = 2,38 мА и n_бп= 2,38 ˙3/5 = =1,43 об/мин, обеспечивая тем самым Н_ш.выч = 0,628 ˙1,43/3 = 0,3 м и ΔН_ш = 0. Время регулирования в данном случае составляет несколько секунд, поэтому толщина слоя шихты остается практически постоянной (небольшие кратковременные колебания сглаживаются гладилкой шихты).

В известных же системах, имеющих запаздывание τ = l_τ/V_ал = 35/3,0 = 1,17 мин, воздействие осуществляется значительно медленнее. Если ориентировочно принять, что время регулирования составляет 5 τ= =5,85 мин, то за это время в технологический процесс зажигания и спекания шихты поступает Q_бп ˙5 τ = 5,2 ˙5,85 = 30,42 т шихты с отклонением толщины слоя от заданного значения.

4) Воздействие при изменении задания.

Рассмотрим реакцию системы при изменении заданной толщины слоя шихты от Н_ш.з = 0,3 м до Н_ш.з = 0,27 м. Если исходно Н_ш = 0,3 м, то Δ Н_ш = 0,27 - 0,3 = -0,03 м. Регулирующее устройство при этом уменьшает свой выходной сигнал от Х_бп = 2,55 мА до Х_бп = 2,3 мА. Скорость вращения барабанного питателя снижается от n_бп = 1,53 об/мин до n_бп = 1,38 об/мин. В итоге толщина слоя шихты становится равной Н_ш.выч = =0,628 ˙1,38/3,21 = 0,27 м, т.е. устанавливается равной новому заданию. Данное воздействие, как и предыдущее, осуществляется оперативно.

5) Корректирующее воздействие.

Предположим, что по какой-либо причине (например, в результате изменения h_бп) коэффициент передачи объекта изменился от К_п = 0,628 м²до К_п = 0,566 м². При этом в первое время вычисляемое значение толщины слоя шихты остается неизменным и равным Н_ш.выч = 0,3 м, хотя фактическая толщина слоя в точке загрузки равна Н_ш = =0,566 ˙ 1,53/3,21 = 0,27 м. Новое значение толщины слоя фиксируется датчиком только через время τ = 1,1 мин. При этом текущее вычисленное значение коэффициента передачи составит К_п.к(t) = 0,27 ˙3,21/1,53 = =0,566 м². С данного момента усредненное значение коэффициента передачи начинает снижаться от К_п.ср = 0,628 м и через время Т устанавливается равным К_п.ср = 0,566 м². В течение времени Т в связи с уменьшением Кп. о.ср вычисляемая толщина слоя получает тенденцию к уменьшению от своего исходного значения Н_ш.выч = 0,3 м. Однако это приводит к увеличению Δ Н_ш, а следовательно, и Х_бп. Скорость вращения барабанного питателя при этом в течение времени t_срувеличивается, восстанавливая вычисляемую (а значит и фактическую) толщину слоя до заданного значения. В конце переходного процесса скорость вращения барабанного питателя устанавливается равной n_бп = 1,7 об/мин, а толщина слоя шихты Н_ш = Н_ш.выч = =0,566 ˙1,7/3 = 0,3 м. На втором входе элемента 12 устанавливается новое значение коэффициента К_п.ср = 0,566 м², что в дальнейшем обеспечивает повышение точности стабилизации толщины слоя шихты контуром оперативного воздействия.

Основными отличительными признаками предлагаемого способа являются дополнительный контроль скорости вращения барабанного питателя и скорости движения агломерационной ленты; управление скоростью вращения барабанного питателя по разности между заданной и вычисляемой в точке загрузки толщинами слоя шихты; управление скоростью вращения барабанного питателя в зависимости от усредненного коэффициента передачи, откорректированного по фактической толщине слоя шихты.

Предлагаемый способ обеспечит более высокое качество стабилизации толщины слоя шихты.

Сущность изобретения: способ автоматической стабилизации толщины слоя шихты на агломерационной машине вымогает контроль скорости вращения барабанного питателя, скорости движения агломерационной ленты и толщины слоя шихта, перед зажигательным горном и состоит в оперативном управлении скоростью вращения барабанного питателя по разности между заданной и вычисляемой в точке загрузки толщинами слоя шихты, а также в корректирующем воздействии в зависимости от усредненного коэффициента передачи объекта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ ШИХТЫ НА АГЛОМЕРАЦИОННОЙ МАШИНЕ, включающий управление скоростью вращения барабанного питателя, отличающийся тем, что контролируют скорость вращения барабанного питателя и скорость движения агломерационной ленты, а управление скоростью вращения барабанного питателя производят по разности между заданным и вычисляемым в точке загрузки значениями толщины слоя шихты по формуле
ΔH_ш.(t)= H_ш.з- H_ш.выч(t),
где H_ш.з - заданное значение толщины слоя шихты;
-
вычисляемое значение толщины слоя в точке загрузки шихты на агломерационную ленту;
K_п - коэффициент пропорциональности;
n_б.п.(t) - скорость вращения барабанного питателя;
v_а.л(t) - скорость движения агломерационной ленты,
причем при увеличении указанной разности скорость вращения барабанного питателя увеличивают и наоборот. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют толщину слоя шихты на агломерационной ленте перед зажигательным горном, а в качестве коэффициента K_п используют усредненное значение произведения измеренной толщины слоя шихты и отношения задержанных во времени скорости движения агломерационной ленты к скорости вращения барабанного питателя

где H_ш(t) - измеряемое значение толщины слоя шихты перед зажигательным горном;
v_а.л(t-α) , n_б.п(t-τ) - значения скоростей, задержанные относительно текущего времени t на время τ , равное времени перемещения шихты от точки ее загрузки до точки измерения толщины слоя.