Тренажер оператора мартеновскойпЕчи Советский патент 1981 года по МПК G09B9/00 

ax выдается на контрольно-измериельные приборы блока предъявления нформации в непрерывномвиде, прием без учета ее динамических войств., Такое упрощение условий бучения приводит к.выработке недосаточно работоспособных на реальном бъекте алгоритмов контроля и управения и оправдано только на начальных этапах обучения. Кроме того, в звестном тренажере полностью отсутствует визуальная информация, что также приводит к формированию недостаточно эффективных алгоритмов контроля и может способствовать выработке нерациональных, с точки зрения всей системы в целом, алгоритмов управления плавкой, поскольку визуальная информация (например о характере кипения металла) служит важным дополнением к автоматически контролируемой, и использование ее позволяет более точно и быстро распознать состояние объекта и своевременно принять правильные управляющие воздействия. Кроме того, она имеет.самостоятельное значение в технологической инструкции для некоторых визуально контролируемых параметров, существенно влияющих на ход технологических процессов, стойкость агрегата и т.д. (например длина факела, от которой зависит тепловой режим плавки, в частности нагрев металла, температура и стойкость насадок регенерато.ров) .

Цель изобретения - повышение точности обучения, что повышает эффективность обучения на тренажере за счет увеличения степени его информационного подобия реальному объекту.

Указанная цель достигается тем, что в тренажер, содержащий блок моделирования реальных процессов, подключенный к блоку предъявления информации и ко входам тренажера, соединенным с блоком оценки, подключенным к узлам ввода учебной информации, и УЗЛЫ индикации, введены последова- ; тельно включенные узел ввода параметров процесса, два элемента памяти, элемент задержки и коммутатор,последовательно включенные преобразователь напряжение-частота, счетчик, дешифратор и группа ключей, последовательно включенные группа усилителей постоянного тока, группа световых излучателей и .группа оптических фильтров,ч а также источник питания и дополнительный блок предъявления информации, причем входы узла ввода параметров процесса подключены к выходам блока моделирования реальных процессов, выходы -KONMyTaTOpa соединены со входами одного из узлов индикаций, входы преобразователя напря-г жение-частота подключены к выходам блока моделирования реальных процессов, входы ключей группы соединен с

источником питания, а выходы - через второй узел индикации связаны с блоком предъявления информации, который также связаны с группой световых излучателей, входы усилителей постоянного тока группы подключены ко входам тренажера, вход коммутатора соединен с выходом блока оценки.

На чертеже приведена структурная схема тренажера оператора мартеновской печи.

Тренажер содержит блок 1 моделирования реальных процессов (напри-. мер мартеновского), соединенный со входами 2 (а, б, в) тренажера, блок 3 предъявления информации., блок 4 оценки, узлы 5 и 6 ввода учебной информации, блок 7 формирования дискретной информации, коммутатор 8,узел 9 индикации, блок 10 имитации кипения металла и блок 11 имитации факела.

Блок 1 моделирования реальньос процессов может быть реализован на вычислительной машине и предназначен для имитации основных технологических процессов, протекающих в мартеновской печи. Указанный блок соединен со входами 2 устройства, с помощью которых в модель вводятся основные управляющие воздействия (расходы воздуха, топлива, кислорода в факел и в фурмы., твердые присадки входы 2,а), начальные условия (например, содержание углерода и температура металла, содержание окиси железа в шлаке - входы 2.6) и возмущения (входы 2.в). Выходы блока 1 связаны с блоком 3 предъявления информации, выполненным в виде совокупности стандартных контрольно-измерительных приборов и сигнализаторов, на которых отображается и регистрируется основная технологическая информация о хо-де мартеновской плавки (содержание углерода в металле, температура металла, косвенные параметры и т.д.).

Блок 4 экономической оценки качества ведения плавки служит для расчета стоимости затраченных на плавку материалов и условно-постоянных расходов. К его входам подключены те управляющие входы 2,а устройства,стоимость KOTOj jix значима (например расходы мазута или природного газа, коксового газа, руды, боксита, известняка) , а также выходы узлов 5 и 6 ввода учебной информации, с помощью которЕдх задаются соответственно масштаб времени моделирования и длительность плавки.

Выходы блока 1 (содержание углерода в металле и температура металла) связаны с блоком 7 формирования дискретной информации, входами которого являются входы узла 12, выполненного, например, в виде набора ключей, первый выход которого через - последовательно включенные эл1ементы

13 памяти и задержки 14,а второй выход через элемент 15 памяти подклю чены к соответствующим входам коммутатора 8, к третьему входу которого подсоединен вьксод блока 4 экономической оценки качества ведения плавки. .Выход коммутатора 8 подключен к узлу 9 индикации, Блок 10 имитации кипения металла предназначен для моделирования проведения расплава под воздействием пузырьков окиси углерода, выделяющихся в результате реакции окисления углерода, информация о которой служит косвенной оценкой скорости обезуглероживания, и содержит преобразователь 16 напряжение-частота, вход которого, являюи;ийся входом блока 10, связан с выходом блока 1 (по скорости обезуглероживания), счетчик 17 и дешифратор 18, а также ключи 19, источник 20 питания, узел 21 индикации, соединенный с полупрозрачным экрансш 22. Управляимцие входы ключей 19 соединены с соответствующими выходами дешифратора 18, информационные входы - с источником 20 питания, а выходы - с.соответствующими входами узла 21 индикации, оптически связанным с блоком 22 предъявления информации .

Блок 11 имитации факела предназначен для воспроизведения цветовых, яркостных и геометрических характеристик пламени и содержит три идентичных канала, каждый из которых сострит из последовательно соединенных Усилителя 23 постоянного тока и светового излучателя 24, снабженного отражателем 25 и оптическим фильтром 26) связанным с блоком-экраном 22, являющимся общим для блоков 10 имитации кипения металла и 11 имитации факела, на котором смешиваются световые потоки от световых излучателей 24.

Тренажер оператора мартеновской печи работает следующим образом.

Перед началом моделирования с помощью узла 6 задают длительность плавки и со входов 2,6 вводят начальные условия. В соответствии с их значениями обучаемый выставляет исходные уровни управляющих входов 2.а. Затем осюцествляется пуск тренажера и начинается моделирование плавки, ход которой определяется установленными уровнями управлянхцих воздействий и характером вводимьк в модель со входов 2,в возмущений.

На контрольно-измерительных приборах и сигнализаторах блока 3 непрерывно отображается и регистрируется информация об основных автоматически контролируемых на реальном объекте промежуточных и выходных параметрах, поступающая в виде уровней напряжений из блока 1 моделиров ния реальных процессов. Блоки 10

имитации кипения металла и 11 имитации факела вьщают визуальную инфоргмацию, которой руководствуется оператор при управлении мартеновским процессом.

Для имитации кипения металла с выхода блока 1. на вход преобразователя 16 напряжение-частота, являющегося входом блока 10 имитации кипения металла, подают сигнал, характеризующий скорость обезуглероживания ме0талла. Частота импульсов на выходе . преобразователя 16 напряжение-частота прямо пропорциональна величине напряжения на его входе. С выхода преобразователя 16 напряжение-часто15та импульсы поступают на вход счетчика 17, выполненного на триггерах, и далее с его выходов - на входы дешифратора 18, построенного, например, на логических элементах совпадения

0 и позволяющие го выделить временную последовательность импульсов для поочередной работы ключей 19. С выходов дешифратора 18 импульсы поступают на управляющие входы ключей 19,

5 которые осуществляют поочередное подключение групп индикаторов узла 21 к источнику 20 питания. Световые индикаторйы узла 21 объединены в три группы тл расположены перед блоком 22 (на котором представлена в разрезе

0 мартеновская печь) в несколько рядов таким образом, что между рядами, составленными из одних световых индикаторов одной группы, находятся по одному ряду световых Щ1дикаторов дру5гих групп. Вследствие того, что подключение групп световых индикаторов узла 21 к источнику его питания происходит поочередно, на блоке 22 создается эффект, имитирующий всплыва0ние пузырьков газа на поверхность ванны. Чем больше сигнал на входе блока 10 имитации кипения металла, т.е. чем вьлле скорость обезуглероживания, тем больше плотность пузырьков на блоке 22 в единицу времени и

5 соответственно интенсивнее кипение металла.

Для имитации факела на блок 11, входами которого являются входы усилителей 23, со входов 2,а подают сиг0налы, характеризукнцие расходы топлива, воздуха и их соотношение Усиленные сигналы поступают на световые излучатели 24, интенсивность излучения которых пропорциональна величи5не входного сигнала. Световые потоки ,от световых излучателей 24, направленные отражателями 25 под определенным углом, через оптические (цветовые) фильтры 26 проецируются на

o блок 22, вследствие чего на нем формируется непрерывное цветное поле, являющееся аналогом реального факела. При этом яркостные, цветовые и геометрические параметры факела опреде5ляются величинс1ми входных сигнгшов. ,

На входы блока 4 экономической оценки качества ведения плавки с управляющих входов 2,а поступают сигналы о расходах материалов. Выходом блока в режиме Пуск является сигна о стоимости израсходованных материалов на текущий момент плавки от начала моделирования. Коммутатором. 8 указанный сигнал подключается к узлу 9.

С помощью узла 12, элементов 13, 14 и 15 осуществляется дискретный контроль выходных параметров марте-новской плавки. С этой целью на входы узла 12 из блока 1 подают непрерывные сигналы о текущем содержании углерода в металле и текущей температуре металла. В момент измерения замыкается соответствующий ключ в узле 12 и сигнал, характеризующий измеряемый параметр/ в виде, кратковременного импульса проходит на его выход, откуда поступает на вход соответствующего элемента 13 или 15 и затем подается на соответствующий вход коммутатора 8. Причем сигнал о содержании углерода поступает с определенным запаздыванием, задаваемым элементом 14, и равным в принятом масштабе времени интервалу от момента взятия пробы до получения результатов химического анализа. С помощью коммутатора 8 информация об измеряемом параметре выводится на узел 9. Аналогичным образом может быть обеспечен дискретный контроль других параметров мартеновской плавки (содержание серы, фосфора, основности и т.д.) .

В случае дискретного контроля выходных параметров приборы непрерывного контроля в блоке 3 или отключают или оставляют включенными, но зак рывают маской. Полученные при этом диаграммы используют для анализа результатов моделирования плавки.

Используя показания контрольно,измерительных приборов блока 3 и (или) узла 9, а также визуальную информацию, вьщаваемую блоками 10 и 11 можно наблюдать на ходом процесса и в случае необходимости с помощью входов 2.а наносить управляющие воздействия, стремясь достичь конечных целей плавки, нбшример, получить с минимумом затрат в данное время заданную марку стали.По окончании плавки тренгшер останавливают. При этом прекращается процесс моделирования в блоке 1 и на выходе блока 4 появляется сигнал, характеризующий сумму стоимости атрачениых на плавку материалов и прира щения условно-постоянных расходов относительно базовой плавки. Затем тренажер возвращается в исходное положение .

Таким образом можно многократно использовать различные варианты,добиваясь качественного выполнения

з&дания и закрепления устойчивых навыков его реализации.

Предлагаемый тренажер по сравнению с известным обладает большей степенью информационного подобия ре альному объекту. Это способствует формированию более рациональных навыков, близких к тем, которые необходимы для работы на мартеновской печи. Результатом является повышение производительности агрегатов, сокращение длительности плавки, экономия топлива и твердых присадок, сн-ижение брака и себестоимости стали, что повышает точность обучения операторов мартеновской печи.

Формула изобретения

Тренажер оператора мартеновской печи, содержащий блок моделиров ния реальных процессов, подключенный к блоку предъявления информации и ко входам тре-нажера, соединеиньш с блоком оценки, подключенным к узлам ввода учебной информации, и узлы индикации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обучения, он содержит последовательно включенные узел ввода параметров

0 процесса, два элемента памяти, элемент задержки и коммутатор, последовательно включенные преобразователь напряжение-частота, счетчик, дешифратор и группу ключей, последователь5 ио включенные группу усилителей постоянного тока, группу световых излучателей и группу оптических фильтров, а также источник питания и дополнительный блок предъявления информации, причем входы узла ввода параметров процесса подключены к выходам блока моделирования реальных процессов,выходы коммутатора соединены со входами одного из узлов индикации, входы преобразователя напряжение-частота

5 подключены к выходам блока моделирования реальных процессов, входы ключей группы соединены с источником питания, а выходы - через второй узел индикации связаны с дополнительным блоком предъявления информации, который также связан с группой световых излучателей, входы усилителей постоянного тока группы подключены ко входам тренажера, вход коммутато1J ра соединен с выходом блока оценки.

Источники информации, принятые во внимание йри экспертизе

1.Буинцев В.Н. Последовательная

j идентификация основных процессов мартеновской плавки методом подстраиваемой модели. Дисс. Новокузнецк, 1975, с. 125, 127.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2597034/18-24,

5 кл. G 09 В 9/00, 1978 (прототип).

22

Гг

IJi

1g

ЖЖг

2f -Ф

-ф -