Устройство для автоматической коррекции массы кокса Советский патент 1988 года по МПК C21B7/24 

со

СХ)

Изобретение относится к области управления дозированием кокса на до менньгх печах. Цель изобретения состоит в повышении точности коррекции массы кокса. Сущность изобретения заключается в оценивании и экстраполяции необходимых для компенсации изменений влажности кокса и ошибок реализации заданий на массы доз кокса корректировок задания на массу доз кокса и в расчете корректировок задания на массу доз кокса, необходи ьых для компенсации эффектов ошибок управления, полученных на предшествующих циклах дозирования. Определение задания на очередную дозу кокса осуществляют путем алгебраического суммирования зтих корректировок. 1 ил. сл

о: ел

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к проиэвод™ ству чугуна в доменных печах, конк ретно к устройствам для автоматической коррекции массы кокса по его / влажности при подаче материалов в доменную печь.

Целью изобретения является повышение точности коррекции массы кокса

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство для автоматической коррекции массы кокса содержит первый 1 и второй 2 измерители, влажности кокса, первый 3 и второй 4 измерители массы кокса, переключатель 5 каналов, состоящий из первого - четвертого ключей & - 9, первого 10 и второго II сумматоров, первый за- 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 19 сравнения, чв г- вертый блок 20 задержки, первый блок 21 умножения, третий блок 22 сравнения, блок 23 модели канала регули- рован ия без запаздывания, состоящий из шестого блока 24 сравнения, третьего блока 25 задержки и втЬрого ин тегратора 26, нелинейный сглажива- тель 27, состоящий из пятого блока 28 сравнения, второго блока 29 за- держки, нелинейного усилителя 30 и первого интегратора 31, блок 32 адаптации, состоящий из квадратора 33, восьмого блока 34 сравнения, третьего источника 35 постоянного сигнала, переключателя 36, четвертого 37 и пятого 38 источников постоянного сигнала, блока 39 формирования знаковой функции, пятого 40 и шестого 41 блоков задержки, третьего интегратора 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.

w(i) - фактическая относительная влажность очередной дозы кокса; G(i) - фактическая масса очередной дозы кокса; w(i) - заданное базовое значение влажности очередной дозы

кокса: О (i+l) - задание технолога

„ на массу последующей порции кокса при

его базовой влажности; (i) - расчетная оценка массы кокса с базовой

10

15

20

2530 „ Q8J1652

влажностью, эквивалентной фактической массе очередной дозы кокса с фактической влажностью, лС(1) - отклонение оценки идеального задания G(i) на массу очередной дозы кокса при его фактической влажности от задания технолога С(1) на массу этой дозы кокса в ориентации на базовый уровень влажности w(i); G(i+ + 1) - экстраполируемое для последующей дозы кокса значение лО(1), обеспечивающее компенсацию возмущений, действующих в системе дозирования; лО(1+1) - корректировка задания технолога на массу последующей дозы кокса, необходимая для компенсации влияния предшествующих ощибок ijn- равления дозированием кокса на доменный процесс; G(i+l) - задание на массу последующей дозы кокса с фактической влажностью; fl{i) - адаптируемый коэффициент нелинейного сглажива50 Q

5

0

теля; I,

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 I, или I2 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 I1 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 переклкг- чателя 5 каналов. По сигналу 1 замыкаются второй 7 и четвертый 9 ключи, пропуская на вторые входы первого 10 и второго II 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 массе

313

дозы кокса в этой весовой воронке, поступающий с выхода второго измерителя А массы кокса на четвертый информационный вход переключателя 5 каналов. Таким образом, на первом выходе переключателя 5 каналов формируется сигнал w(i) о фактической влажности очередной дозы кокса, поступающий с выхода первого сумматора 10, На втором выходе переключателя 5 каналов формируется сигнал G(i) о фактической массе очередной дозы кокса, поступающий с выхода второго сумматора 11.

В первом блоке 13 сравнения из сигнала w(i) вычитается сигнал v(i) о базовом уровне влажности кокса, поступающий с выхода первого задатчи- ка 12. Полученный сигнал dw(i) w(i) - w(i) во втором блоке 19 сравнения вычитается из сигнала постоянной величины, соответствующей 1, поступающего с выхода первого источника 18 постоянного сигнала. Полученный сигнал разности 1 - dw(i)J подается на вход первого блока 21 умножения, где умножается на сигнал G(i) о фактической массе очередной дозы кокса, поступающий с второго выхода переключателя 5 каналов. В результате умножения на выходе первого блока 21 умножения формируется сигнал Gj(i) G(i) - l - /iw(i)j о расчетной оценке массы кокса с базовой влажностью, эквивалентной фактической массе очередной дозы кокса G(i). В третьем блоке 22 сравнения этот сигнал вычитается из сигнала G(i) о величине задания технолога на рассматриваемую очередную дозу кокса при базовой его влажности, поступаю чий с выхода второго задатчика 48 через четвертый блок 20 задержки. В четвертом блоке 20 задержки сигнал G(i+l) задерживается на время, необходимое для набора очередной дозы кокса. К моменту окончания набора очередной дозы кокса на выходе четвертого блока 20 заде ржки формируется сигнал G (i) для этой дозы. В результате сравнения Gj(i) и G(i) на выходе третьего блока 22 сравнения формируется сигнал 4G (1) G|(i) - G(i) ошибки управления дозированием кокса, учитьшаюпщй как ощибку набора заданной дозы кокса, так и отклонения фактической влажности кокса от ее базового уровня.

54

Этот сигнал подается на вход блока 23 модели канала регулирования без запаздьшания, представленной апериодическим звеном в рекуррентно-разно- стной форме и отражающей влияние изменений доз кокса на выходную переменную доменной печи, в частности на содержание кремния в чугуне. В

зтой модели в шестом блоке 24 сравнения из сигнала dG (i) 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. Функционирование модели канала регулирования

описывается выражением

) ) +c/ ar,jii) - --/iG -d- ),

где 0,025 - настроечный коэффициент, выбираемый в зависимости от динамических свойств канала регулирова-

ния доменной печи

изменение расхода кокса - изменение содержания кремния в чугуне.

Сигнал JG(i) формируется на выходе второго интегратора 26, являющемся одновременно и выходом блока 23 модели канала регулирования без запаздывания. Изменения G (i) пред- ставляют собой прогнозируемые на время запаздывания в канале регулирования изменения выходной перемен ной доменной печи под влиянием ошибок управления дозированием кокса, представлениые в масштабе корректировок доз кокса, необходимых для их компенсации. Сигнал ( i ) во втором блоке 46 умножения умножается на постоянный коэфф щиент k, сигнал о котором поступает с выхода второго источника 45 постоянного сигнала.

В резупьтате на выходе второго блока 46 умножения формируется сиг нал iG(i+l) k- iG(i) коррект1Г- ровки задания на массу кокса для по следующей дозы по предшествующим ошибкам управления дозированием.

513

Одновременно с помощью первого 15 и четвертого 20 блоков задержки, четвертого блока 14 сравнения, чет вертого сумматора 17 и третьего бло ка 16 умножения определяется отклонение (1) оценки (i) идеального значения задания на массу набранной дозы кокса при фактической его влажности от задания технолога G (i) на массу этой дозы при базовой влажности. Под G (i) понимается такая величина задания на массу рассматриваемой дозы кокса, при отработке которой на текущем такте с такой же ошибкой дозирования, как и при отработке G(i), и при фактической величине /iv(i) была бы найдена такая доза кокса, что выполнялось бы условие G( i ) G (i ). Оценивание осуществляется по выражению

) G(i) - (G(i) - ) tl w(i)j,

где посредством сомножителя I + + iv(i} осуществляется пересчет задания технолога G(i) на фактическую влажность кокса w(i).

Величина (i) рассчитывается по выражению

) ) - ) G(i) - G(i) - G;(i) . 1 + + tv(i - G(i} ) - -G(i) + ) . dvd) следует, что величина G (i) может быть определена без предварительного вычисления .,С этой целью сигнал G(i+l) о задании на массу последующей дозы кокса с выхода третьего сумматора 47 через первый блок 15 задержки, где задерживается на время, соответствующее времени набора очередной дозы кокса, подается в виде сигнала G(i) на вход четвертого блока 14 сравнения. Здесь из него вычитается сигнал о фактической массе дозы кокса. Полученный сигнал разности ) - G(i) поступает на вход четвертого сумматора 17. Одновременно сигнал G(i) с выхода четвертого блока 20 задержки поступает на вход третьего блока 16 умножения, где т ножается на сигнал

;

1656

/iw(i), поступающий с выхода первого блока 13 сравнения. Полученный в результате сигнал )-/)w{i) подает ся на вход четвертого сумматора 17, где суммируется с сигналом fG(i)- -G(i) . В результате на выходе четвертого сумматора 17 формируется сигнал

° ) G(i) - Gd) 4 + G (i) . dvd),

поступающий на первый вход нелиней- 15 него сглаживателя 27.

В нелинейном сглаживателе 27 осуществляется сглаживание и экстрапо ляция для последующей дозы кокса ве-

личин . При этом в пятом блоке 28 сравнения из сигнала (i) вычитается сигнал jG(i) об экстраполированной ранее для рассматриваемой дозы кокса оценке (i-l). Сигнал uG (i) поступает с выхода второго блока 29 задержки и формируется путем задержки на время, соответствующее одному такту дозирования, сигнала с выхода первого интеграто-

ра 31. Сигнал о полученной разности J (i} (i) - йС, d) подается на вход нелинейного усилителя 30, представляющего собой усилитель с насьщ5ением, сигнал на выходе которо-

5 го формируется в соответствии с выражением

0)

.Jd) при U-c/(i) ,,(1);

+ /)(i) при 0. Jd) р d);

-Mi) при о/. oTfi) - ftii,

где ,2 - постоянный коэффициент усиления;

/}(i) - настроечный параметр, определяющий величину зоны линейного преобразования в усилителе.

Сигнал о текущем значении (i) поступает на второй вход нелинейного усилителя 30 через второй вход нейного сглаживателя с выхода блока 32 адаптации. При этом в нелинейном

усилителе 30 срезаются больщие выбросы сигнала, обусловленные эпизодическими больщими по величине помехами.

Сигнал (i) с выхода нелинейного усилителя 30 подается на первый ин тегратор 31, с выхода которого на выход нелинейного сглаживателя 27 подается сигнал iG (i + l) об экстра- полированном значении (i).

Одновременно сигнал (i) с выхода пятого блока 28 сравнения через вто-- рой выход нелинейного сглаживателя 27 и первый вход блока 32 адаптации поступает на вход блока 39 формирования знаковой функции, функционирование которого описывается выражением

r(i)

О при iJ d) J , +1 при (i и , -1 при f(i л ,

где (i) -.выходной сигнал блока 39 формирования знако- вой функции, имеющий величину, соответствую щую +1 или -1 или

1/0/- вели.чина настроечного коэффициента блока 39 формирования знаковой функции, определяющего величину его зоны нечувствительности ; 0 - величина, соответствующая коэффициенту усиления нелинейного усилителя 30;

PI -хЗО кг - постоянная величина, соответствующая минимальной величине зоны линейного преобразования нелинейного усилителя 30.

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 вторюй вход четвертого блока 43 умножения. На первый вход четвертого блока 43 умножения подается сигнал j (i-l) с выхода пятого блока 40 задержки. В результате умножения на выходе четвертого блока 43 умножения формируется сигнал

x(i) (i) - ,i-l).

5

0

5

0

5

0

5

0

5

который при I сГ ( i ) I имеет величину -1 при знакопеременных d) и имеет величину +1 при ff(i} и сГ(1-1), имеющих одинаковый знак + или -. Если абсолютное значение сигнала { i ) или t5(i-l) не превьппает величины а зоны нечувствительности в блоке 39 формирования знаковой функции, то x(i) 0. .

Далее сигнал x(i) поступает на первый вход седьмого блока 44 сравнения, где из него вычитается сигнал x(i-l) с выхода шестого блока 41 задержки, представляющий собой задержанный на время одного цикла дозирования сигнал с выхода третьего интегратора 42. Сигнал о полученной разности 4x(i) x(i) - x(i-l) с выхода седьмого блока 44 сравнения поступает на вход третьего интегратора 42, где умножается на постоянньй коэффициент , 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 сглажива- тель, выходной сигнал x(i) которого формируемый на выходе третьего интегратора 42 в соответствии с правилом

x(i) x(i-l) + (i) - 5c(i-l),

получается в результате сглаживания временной последовательности сигналов О или +1, или -1. Этот сигнал поступает на вход квадратора 33, где возводится в квадрат с целью устранения знака сигнала- С выхода квадратора 33 сигнал x (i) подается на первый вход восьмого блока 34 сравнения, где сравнивается с сигналом величиной X, поступающим с выхода третьего источника 35 постоянного сигнала. Величина сигнала х выбирается в диапазоне от О до 1 и определяет число последовательно выполняемых условий l(/(i)l 7 ft, , при котором достаточно достоверно можно говорить, что вьшолнение условия I (i) I 7 Р , связано не с большими эпизодичеркими помехами измерения массы G(i) и влажности v(i) и соот- ветствуклцими им помехами в сигнале 4G (i), а с действительными изменениями этих переменных.

Сигнал с выхода восьмого блока ЗА сравнения подается на управляющий вход переключателя 36, на первый информационный вход которого подается сигнал величиной ц с выхода четверто го источника 37 постоянного сигнала, а на второй информационный вход сигнал ,7/,с выхода пятого источни ка 38 постоянного сигнала. Величина /4j соответствует примерно 100 кг кок са. В зависимости от знака сигнала x(i)-x J с выхода восьмого блока 34 сравнения переключатель 36 пропус кает на свой выход сигнал /i, или j .- В результате на выходе переключателя 36 формируется сигнал (i) о величине соответствующего настроечного па

4G(i + l) -3G(i) +

p(i)

где сГ(1) G (i) - iG(i);

ft, при x4i) - хЧ . 0;

Л,при x4i) - x« 0; x(i) x(i-l) (i} - x(i-l)J; x(i) j(i) );

(i)

0, при (f(i) и; + 1 при cf(i)Tu; -1 при f(i) -4.

Таким образом, при последовательном поступлении достаточного количества сигналов о разностях (/(i), при которых (У /(i) превышает по абсолютI ной величине минимальное значение ) /3, , используемое для срезки аномальной помехи при экстраполяции /), считается, что выполнение условия )(/(f(i)|7 (i) является след- ствием действительных изменений . При этом в нелинейном усилителе 30 расщиряется зона линейного преобразования за счет установления (j(i) ,. Это в конечном резуль- тате дает возможность более точно оце нить текущие средние уоовни корректировок и экстраполировать их в виде /i6(i-i-l).

раметра нелинейного сглаживателя 27, поступающий с выхода переключателя 36 через вькод блока 32 адаптации на второй вход нелинейного сглаживателя 27 через второй вход нелинейного усилителя 30. Величина /i,(i) определяется по правилу

10

P,(i}

Л, при xMi) - хП .0; /,при х (i) - х у 0.

5 Нелинейный сглаживатель 27 совместно с блоком 32 адаптации функционирует в соответствии с правилом:

I t/oP(i) при (i)( { /i(i);

- /i (i) при о/- сГ ( i) 7 (i); -/i (i) при о/- tf(i) -r(i),

5

Сигнал 4G(i + n с выхода нелинейного сглаживателя 27 поступает на вход третьего сумматора 47, где суммируется с сигналом (jG(i + l) корректировки по предшествующим ощибкам дозирования, поступающим с выхода второго блока 46 умножения, и с сигналом G(i + l) задания технолога на массу дозы кокса при базовом уровне влажности. Сигнал с выхода третьего cyhr35 матора 47, представляющий задание на массу последующей дозы кокса

G(i+l) G (i+1) +4G(i+l) + + (i-H),

поступает с выхода третьего суммато pa 47 через выход устройства в систему реализации задаршй на массы доз кокса по каждой весовой воронке. Одновременно сигнал G(i+l) 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 за счет следующих факторов: повышение точности оценивания коррек тировок, представляющих собой отклонения идеальных значений заданий на массы доз кокса от задания, ориентированного на базовый уровень влаж-

11

ности, благодаря дополнительной по правке, учитывающей ошибку этого задания вследствие отклонений фактической влажности от базового уровня; повьппение точности прогнозирования изменений выходного параметра доменной печи под влиянием ошибок управления и соответствунлцего повышения точности расчета корректировок по этим ошибкам благодаря дополнительному учету эффектов отклонений влажности кокса от ее базового уровня; повышения 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.

Формула изобретения

Устройство для автоматической коррекции массы кокса, содержащее пер- вый и второй измерители влажности кокса в весовых воронках, первый и второй измерители массы кокса в весовых воронках, переключатель каналов, состоящий из первого, второго, третьего и четвертого ключей и пер- вого и второго сумматоров, причем выходы первого и второго ключей подсоединены соответственно к первому и второму входам первого сумматора, выход которого является первым выходом переключателя каналов, выходы третьего и четвертого ключей подсоединены соответственно к первому и вто второму входам второго сумматора, выход которого является вторым выходом переключателя каналов, управляющие входы первого и третьего ключей соединены между собой и подсоединены к первому управляющему входу переключателя каналов, являющемуся одиовре- менно первым управляющим входом устройства, управляющие входы второго и четвертого ключей соединены между собой и подсоединены к второму управ ляющему входу переключателя каналов, являющемуся одновременно вторым упра ляющим входом устройства, информационные входы первого, второго, третье- го и четвертого ключей являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым информационшдаш входами переключателя каналов, первый и вто рой задатчики, первый источник посто янного сигнала, последовательно сое

JQ|5

20

25 ,-55 40

-50

65,2

диненные 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 из 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 сгла1живателя, 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 запаздьгаания, состоящую из последовательно соединенных шестого блока сравнения, второго интегратора и третьего блока задеряг ки, подсоединенного своим выходом к первому входу шестого блока сравнения, второй вход которого является входом блока модели канала регулирования без запаздьшания, 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 измерителя массы кокса, первый выход переключателя каналов подсоединен к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, второй выход переключателя каналов соединен с вторыми входами четвертого блока сравнения и первого блока умножения, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом первого источника постоянного сигнала, выход блока модели канала регулирования без запаздывания соединен с вторым входом второго блока умножения, первый выход нелинейного сглаживателя .подсоединен к второму входу третьего сумматора, третий вход которого соединен с выхо

дом второго задатчика, выход третьего сумматора является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности коррекции массы кокса, оно снабжено последовательно соединенными четвертым блоком задержки, третьим блоком умножения и четвертым сумматором, блоком адаптации, состоящим из по- следовательно соединенных блока формирования знаковой функции, пятого блока задержки, четвертого блока умножения, седьмого блока сравнения, третьего интегратора, квадратора, восьмого блока сравнения и переключателя, шестого блока задержки, вход которого подсоединен к выходу третьего интегратора, а выход соединен с вторым входом седьмого бло- ка сравнения, третьего источника постоянного сигнала, подсоединенного своим выходом к второму входу восьмого блока сравнения, четвертого и пятого источников постоянного сигна- ла, подсоединенных своими выходами

Л

соответственно к первому и второму информационным входам переключателя, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом блока формирования знаковой функции, вход которого является входом блока адаптации и соединен с вторым выходом нелинейного сглаживателя, выход переключателя является выходом блока адаптации и подсоединен к второму входу нелинейного сглаживателя, вход четвертого блока задержки подсоединен к выходу второго задатчика, второй вход третьего блока сравнения подсоединен к выходу четвертого блока задержки, а выход третьего блока сравнения соединен с входом блока модели канала регулирования без запаздывания, второй вход третьего блока умножения соединен с выходом первого блока сравнения, выход четвертого блока сравнения соединен с вторым входом четвертого сумматора, подсоединенного своим выходом к первому входу нелинейного сглаживателя.