Нечеткая диаграмма поведения узла нагрузки главного привода цементной печи

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 666. 9:681. 5
НЕЧЕТКАЯ ДИАГРАММА ПОВЕДЕНИЯ УЗЛА НАГРУЗКИ ГЛАВНОГО ПРИВОДА ЦЕМЕНТНОЙ ПЕЧИ
А. Г. Бажанов, В.З. Магергут
Белгородский государственный технологический университет имени В. Г. Шухова E-mail: all_exe@mail. ru
Описывается создание нечеткой диаграммы поведения узла приращения нагрузки на главный привод печи № 1 ЗАО «Осколце-мент». Выбор данного узла был основан на его значительной роли в управлении всем объектом, что подтверждается не только мнением технологов и операторов печи, но и статистическими данными, полученными из базы данных завода. Для построения данной диаграммы были изначально использованы упрощенные модели балансов и динамики для уровня шлама в печи и ее момент инерции, которые можно получить исходя из структуры и технологии работы объекта. Диаграмма строится на основе данных математических моделей, учитывая зависимые для выбранного узла технологические величины, и описывает нечеткие связи между входными и выходными технологическими величинами объекта, что обусловлено сложностью его работы и управления.
Ключевые слова:
Цементная печь, система управления, нечеткая диаграмма поведения, узел приращения нагрузки, уравнения балансов.
Key words:
Wet rotary cement kiln, control system, fuzzy behavior chart, load increment node, equations of balances.
Важнейшую роль в производстве цемента по «мокрому» способу играет обжиг клинкера, который производится во вращающихся печах. Уровень автоматизации на существующих «мокрых» печах для обжига является низким, контроль за состоянием печи и ее управление ведется зачастую по устаревшим аналоговым приборам. Даже на печах с уже существующим техническим комплексом по автоматизации существенную роль в управлении играет человек, он принимает все решения, основываясь на показаниях приборов, выведенных на его автоматизированное рабочее место оператора (АРМ). Полное исключение человека из системы управления печью с применением традиционных методов автоматизации затруднено сложностью протекающих в печи физико-химических процессов и невозможностью построения математической модели этих процессов.
В связи с тем, что человеку сложно длительное время быть сконцентрированным на процессе управления и из-за усталости он может принимать ошибочные решения, возникает задача построения автоматизированной системы управления, полностью или частично повторяющей функции человека, созданной или обученной с участием операторов, управляющих вращающейся печью. Для создания такой системы необходимо иметь описание и анализ поведения технологических величин (узлов) цементной обжиговой печи.
В данной работе рассмотрено построение алгоритма функционирования узла приращения нагрузки на главный привод цементной печи № 1 ЗАО «Осколцемент» в виде так называемой нечеткой диаграммы поведения узла [1]. Алгоритма работы печи в целом и данного узла в частности на данный момент не существует в виде формализованной структуры, только лишь в виде регламентных правил на естественном языке, обращенных к машинисту печи с основанием функционирования на базе его личного опыта.
Диаграмма поведения [1] позволяет кроме описания объекта на базе имеющихся математических описаний балансов выявить неучтенные в объекте нештатные и аварийные ситуации вследствие своей замкнутости и возможности прохода по любой из дуг. Нечеткая диаграмма позволяет проводить аналогичный анализ для объектов с неформализованными алгоритмами, а также объектов с нечеткими правилами работы, что присутствует в рассматриваемом объекте.
Нагрузку на главный привод печи (И) — ток, протекающий через обмотки двигателя, примем как величину, зависящую от двух составляющих:
N = / (Иш, Jo), (1)
где Нш — уровень шлама в печи- /о — общий момент инерции, который складывается из момента инерции шлама (/ш) и момента инерции самой печи (/"). В силу того, что /п=сош1, при переходе к уравнению динамики в приращениях получим, что А/о=А/ш, где, А — знак приращения.
Изменение уровня шлама в печи представим следующим уравнением:
= 2 -2 ,
1, -«--к'
ш
где? — площадь поверхности шлама, заполняющего печь- (}ш — подача шлама в печь- 0к — выход клинкера, причем можно принять, что
Йя=Агш), (2)
Ок=ЛУ, Нш, а, п), где? ш — степень открытия шибера подачи шлама- V- скорость вращения печи- а — угол наклона печи- п — вязкость шлама. Так как а=сош1-=4% к уровню горизонта, а п — коррелированна с Нш, при переходе к уравнению динамики в приращениях примем, что
А2к = / (А V, АЯш). (3)
С учетом принятых допущений изменение приращения общего момента инерции можно представить в виде следующей функциональной зависимости:
йі
= / (АУ, Аб ш, АНш, А0, Ап, Ат 0),
й АЗ
йі
= / (А V, АЄ 0, АН0).
(4)
3. Выявить параметры, от которых зависит конкретный узел, то есть все потоки в объекте.
4. Построить схему по описанным правилам [1].
5. Записать управляющие и возмущающие ТУ узла, проставляя их над соответствующими связями.
где Атш — приращение массы шлама в печи. В силу выражения (3) и взаимосвязи тш, п с Нш получаем зависимость для А/о вида:
Таким образом, исходя из (2), (3), (4) и [1, 2] в вектор входных управляющих технологических величин будут входить: А Г, А0ш, АНш. К вектору управляющих воздействий будет относиться? ш.
Тогда выражение (1) представим в виде:
АЖ = / (АУ, А б 0, АН 0). (5)
Исходя из функциональной зависимости (5) составим структуру узла [1] приращения нагрузки на главный привод цементной печи (рис. 1) в виде зависимостей от входных приращений соответствующих величин:
Рис. 1. Структура узла приращений нагрузки на главный привод печи
С целью составления нечеткой диаграммы поведения разделим входящие в структуру узла величины по нечетким градациям значений (при этом для упрощения записей знак, А будем опускать):
1) скорость вращения печи V, которую определяет скорость двигателя? д: ?д — привод остановлен, минимальная, низкая, средняя, ?д тах — максимальная-
2) процент открытия шибера шлама? ш, который определяет подачу шлама в печь 0ш: ?ш, приоткрыт, открыт больше Н-ь открыт меньше Н-1, открыт меньше максимума, ?ш тах — максимальный-
3) высота шлама в печи: Нм — средняя, высокая, Нтх — максимальная-
4) нагрузка на двигатель: Им — малая, Жср — средняя, N — большая, Ишях — максимальная.
Далее составим технологическую структуру узла
приращения N (рис. 2), для чего необходимо выполнить следующий комплекс действий:
1. Определить область изменения выходной координаты узла и выявить на ней характерные точки — в данном случае это нечеткие характеризующие правила.
2. Исходя из статистических данных и экспертных оценок, определить поведение узла на нечетких интервалах.
Рис. 2. Технологическая структура узла приращения N цементной печи
На рис. 2 используются следующие обозначения: уш — влажность шлама- укр — критическая влажность, при которой движение шлама невозможно- Пш — вязкость шлама в зонах декарбонизации, экзотермических реакций и начальной части зоны спекания- пкр — критическая вязкость, при которой возможно образование колец- Нкш — высота шлама в основных зонах печи: декарбонизации, экзотермических реакций и начальной части зоны спекания- Нкр — критическая высота, при которой возможно образование колец- Iш — температура шлама- 4ш — температура застывания- /д — флаг исправности двигателя печи (1 — исправен, 0 — неисправен) —
— флаг наличия кольца в печи (1 — есть, 0 — нет) — /ш — флаг наличия шлама на входе в печь (1 — есть,
0 — нет). Индексами м, ср, б, тах обозначим соответствующие нечеткие градации величин — малый, средний, большой, максимальный.
Составим управляющие технологические условия, влияющие на узел нагрузки главного привода цементной печи:
Г1 — если привод печи исправен (Е),
01 = д [ 0 — если иначе,
1 — если V & lt- V ,
02 =
0з =
04 =
0 кр '
0 — если иначе,
1 — если *0 & gt- ^
0 — если иначе,
1 — если есть 0лам (^0),
0 — если иначе,
07 =
1 — если есть кольца (^),
0 — если иначе,
1 — если П0& lt-
0 — если иначе,
1 — если ^кш& lt- ^
0 — если иначе.
а также возмущающие технологические условия: Ґ1 — если У=0,
1 [0 — если 0& lt-У<-Ум,
Ґ1 — если У =Ум,
2 [° - если ум& lt-у
У1=
У2=
Уз =
921 =
922 =
923 =
924 =
925 =
931 =
932 ='-
933 =
934 =
I1 — если У=Уср,
[0 — если Уср& lt-У<-yб,
|1 — если У =Уб,
10 — если5 & lt- У& lt- Утах,
11 — если У =тах ,
[0 — если иначе,
|1- если б0=0,
[0 — если
Г1 — если Q0=Qм,
[0 — если О^^0^
I'-1 — если Q0=QCр,
[0 — если ^р^^
Г1 — если 0IШ=0б,
[0 — если Йб & lt-00<-0тах,
I1 — если Й0 =0тах,
0 — если иначе,
Г1 — если Н 0=Н м,
[0 — если Нм& lt-Н0<-Нср,
'-1 — если Н0=Нср,
[0 — если Нср& lt-Н0<-Нб,
Г1 — если Н0л=Н б,
[0 — если Н6& lt-Н0<-Нтах,
Г1 — если Н0=Нmax,
10 — если иначе.
С учетом технологической структурной схемы (рис. 2) и введенных ТУ была построена нечеткая диаграмма поведения узла N (рис. 3). В центре расположены вершины-прямоугольники с нечеткими статическими положениями для значений нагрузки на главный двигатель, по бокам — вершины-овалы, соответствующие динамике (слева — повы-
шение значений, справа — их снижение). Условия перехода между вершинами и сохранения статических состояний вершин, помечающие соответствующие дуги, обозначены как /?. Они записываются в виде логических функций от ТУ и управляющих воздействий. При этом воспользуемся режимами 1-го ранга для обозначения состояний вершин.
Запишем переходы в виде нечетких правил:
00 =9! V92 V9з V94 V9П-
0 =96 v97-
7 = 00 л 0 л 95 А 9И л0 — приоткрыт л л^д — минимальная скорость V Vzд — низкая скорость)) —
/2 = 00 л Й л 95 л 9и л ^ - приоткрыт л лzд — минимальная скорость) —
/ = 00 л 01 л 95 л 912 л (^0 — открыт боль0е, чем / л л^д — минимальная скорость V Vzд — низкая скорость) V (z0 — приоткрыт л л2д — низкая скорость)) —
/з = /5 = 00 л 0 л 95 л 912 л (^0 — открыт боль0е,
чем / л zд — низкая скорость) V
0 — открыт как /4 л zд — средняя скорость)) —
У4 = У6 = 00 л (0 v 95) л 91з л (z0 — открыт ботме чем /5 л (zд — низкая скорость V Vzд — средняя скорость) V
V z0 — открыт мень0е максимума л
л (zд — низкая скорость V zд — минимальная скорость)) —
/ = 00 л (01 V 95) л 91з л (Z0 — открыт меньше максимума л (zд — низкая скорость V Vzд — минимальная скорость)) —
/7 = 00 л (0 V 95) л914 л (Z0 — открыт мень0е максимума л (zд — максимальная скорость V zд — средняя скорость) V Vz0 — открыт максимально л zд — низкая скорость) —
/ = 00 л (0! V 95) л 914 л (z0 — открыт максимально л лzд — средняя скорость) —
/0 = 00 л ((95 V 01) V (95 л 01)) л 9 л
л (z0 — открыт максимально л л zд — максимальная скорость) —
= 00 л (0 V 95) л 9 V Z0 — открыт мень0е максимума V (z0 — открыт максимально л zд — средняя скорость) —
2 = 00 л (01 V95) л914 V
V z0 — открыт мень0е максимума V
v (zд — максимальная скорость V zд — средняя скорость) V Vz0 — открыт максимально л zд — низкая скорость) —
?3 = /и = Q Л (61 v0) Л013 v
v (z0 — открыт меньше / Л z — низкая скорость) V v (z0 — открыт меньше максимума л лz — средняя скорость) —
?5 = /1б = 60 Л 61 Л 65 Л 612 V (zm — открыт мень0е /2 Л лzд — минимальная скорость) v vz0 — приоткрыт-
/17 = Q0 Л б1 Л 05 лв12 Л (z0 — открыт больше, чем /15 Л л (zд — минимальная скорость v vzд — низкая скорость)) —
/18 = 60 л Q1 лв5 лв12 л z0 — открыт меньше, чем /1 v vzд — низкая скорость v vzд — минимальная скорость-
/19 = бо л (61 v 65) л 012 л (zm — открыт больше /1з Л лzд — минимальная скорость) —
/2о = бо л (61 v05) v zm — открыт меньше/4 Л л (z — низкая скорость v vzд — минимальная скорость) —
/21 = 60 л (61 v 65) л (z0 — открыт максимально v vzд — высокая скорость) —
/22 = /11-
Таким образом, на основе рабочей базы данных ЗАО «Осколцемент» и уравнений балансов были получены функциональные зависимости, позволившие выявить вектор управляющих технологических величин для узла приращений N. Вследствие чего была достигнута основная цель работы -описан алгоритм функционирования узла приращений нагрузки главного привода цементной печи в виде нечеткой диаграммы поведения узла.
Результатом данной работы является построение нечеткой диаграммы поведения узла прира-
щения нагрузки на главный привод печи с возможностью построения разверток [1] нечеткой диаграммы поведения при различных режимах работы и последующим преобразованием их в помеченную сеть Петри, отражающую динамику объекта относительно узла. Проводя анализ сети, можно получить базу правил для нечеткого регулятора, который планируется внедрить в работу системы. Система управления на данном этапе планируется как советующая с разработкой рекомендаций для оператора печи, позволяющих ему наиболее быстро и правильно реагировать на изменение характеристик печи, а также избегать ошибок в анализе ситуации.
Рис. 3. Нечеткая диаграмма первого ранга поведения узла приращений N
Построенная нечеткая диаграмма поведения узла приращения нагрузки на главном приводе печи позволяет говорить о создании алгоритма управления цементной печью путем включения его в комплексную структуру автоматизированной системы управления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Магергут В. З., Юдицкий С. А., Перов В. Л. Построение логических моделей химико-технологических объектов (первичные и исходные модели). — М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1988. — 80 с.
2. Классен В. К. Обжиг цементного клинкера. — Красноярск: Стройиздат, 1994. — 323 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой