RU2275668C2

RU2275668C2 - Automated system for controlling process of preparing slag-forming compositions

Info

Publication number: RU2275668C2
Application number: RU2003124917/09A
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Горбачев (RU); Игорь Владимирович Горбачев; Игорь Анатольевич Журавлев (RU); Игорь Анатольевич Журавлев; Валерий Васильевич Соколов (RU); Валерий Васильевич Соколов; Владимир Александрович Лачков (RU); Владимир Александрович Лачков; Максим Владимирович Прилепский (RU); Максим Владимирович Прилепский; Михаил Юрьевич Ивлев (RU); Михаил Юрьевич Ивлев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЗСМК")
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2006-04-27
Also published as: RU2003124917A

Abstract

FIELD: engineering of automated systems for controlling technological processes, possible use for controlling preparation of multi-component slag-forming compositions at metallurgic industrial plants.

SUBSTANCE: automatic system for controlling preparation process of slag-forming compositions has visualization level, including serially connected tasks block, technological interface block and block for storing process data and level of controlling subsystem, including input signals block, diagnostics block, signaling and control block, inter-level data exchange block, block for controlling screw feeder of batcher, block for controlling mixer, block of output signals. Into level of controlling subsystem a technological process coordinator block is inserted, and into visualization level block for storing and receiving chemical analysis of mixture samples and source components is inserted, as well as block for computing main batching recipe and block for computing corrections batching recipe.

EFFECT: increased efficiency of control over preparation of slag-forming compositions having given chemical composition by increasing precision of dosage of source components of composition due to automatic control over main operations of technological process.

2 dwg

Description

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и может быть использовано для управления приготовлением многокомпонентных шлакообразующих смесей (ШОС) на предприятиях металлургической промышленности.The invention relates to automated process control systems and can be used to control the preparation of multicomponent slag-forming mixtures (SCO) at the enterprises of the metallurgical industry.

Известна система управления процессом дозирования и смешивания сухих компонентов и связующего в ОАО "УКРГРАФИТ", которая функционально представлена двумя уровнями автоматизации. Уровень визуализации содержит логические функциональные блоки: блок заданий, блок технологического интерфейса и блок хранения данных процесса. Уровень управляющей подсистемы содержит логические функциональные блоки: блок входных сигналов, блок диагностики, блок контроля и сигнализации, блок межуровневого обмена, блок управления шнековым питателем бункера, блок управления питателем дозатора, блок управления смесителем, блок выходных сигналов (Автоматизированная система управления процессом дозирования и смешивания сухих компонентов и связующего в ОАО "УКРГРАФИТ" под редакцией В.В.Синячкова, А.И.Курочка, Металлург №2, 2002 г, с.32-33).A well-known control system for the dosing and mixing of dry components and a binder in JSC "UKRGRAFIT", which is functionally represented by two levels of automation. The visualization level contains logical functional blocks: a task block, a technological interface unit, and a process data storage unit. The level of the control subsystem contains logical functional blocks: input signal block, diagnostic block, control and signaling block, inter-level exchange block, hopper screw feeder control block, batcher feeder control block, mixer control block, output signal block (Automated dosing and mixing process control system dry components and a binder in OJSC "UKRGRAFIT" edited by V.V. Sinyachkov, A.I. Kurochka, Metallurgist No. 2, 2002, p. 32-33).

Недостатком данной системы является то, что в процессе дозирования компонентов смеси не учитывается химический состав каждого исходного компонента и химический состав готовой порции смеси после разгрузки сдозированных компонентов, в результате чего полученная смесь может не соответствовать заданному химическому составу. Важно также и то, что в случае непопадания в заданные интервалы процентного содержания составляющих смеси, коррекция готовой порции не представляется возможным. Все перечисленное снижает точность и надежность в процессе приготовления смеси.The disadvantage of this system is that during the dosing of the components of the mixture the chemical composition of each initial component and the chemical composition of the finished portion of the mixture after unloading the dosage components are not taken into account, as a result of which the resulting mixture may not correspond to the given chemical composition. It is also important that if the percentage of the mixture components does not fall within the specified intervals, the correction of the finished portion is not possible. All of the above reduces the accuracy and reliability during the preparation of the mixture.

Описанный выше аналог является наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче и выбран заявителем за прототип.The analogue described above is the closest in technical essence and the problem to be solved and is chosen by the applicant for the prototype.

Применение подобной системы для приготовления ШОС с достаточно узкими пределами колебаний химического состава по определяющим составляющим смеси ограничивает функциональные возможности при управлении приготовлением ШОС и повышает риск получения продукта с отклонениями от заданного качества.The use of such a system for the preparation of SCO with rather narrow limits of chemical composition fluctuations in terms of the constituent components of the mixture limits the functionality in controlling the preparation of the SCO and increases the risk of obtaining a product with deviations from the specified quality.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности управления процессом приготовления ШОС заданного химического состава путем повышения точности дозирования исходных компонентов смеси за счет автоматического управления основными операциями технологического процесса (загрузка весового дозатора по рецептам основного дозирования и коррекций, генерируемых в результате расчетов по оптимизационным алгоритмам, разгрузка весового дозатора и последующее смешивание сдозированных компонентов в смесителе), а также за счет обеспечения оперативного персонала информацией о параметрах технологического процесса, сбора, хранения информации и контроля за состоянием технологического оборудования.The objective of the invention is to increase the efficiency of controlling the SCO preparation process of a given chemical composition by increasing the accuracy of dosing of the initial components of the mixture by automatically controlling the main operations of the technological process (loading the weight batcher according to the basic dosing recipes and corrections generated as a result of calculations by optimization algorithms, unloading the weight batcher and subsequent mixing of the dosage components in the mixer), as well as due to providing operational personnel with information about the parameters of the process, collecting, storing information and monitoring the state of technological equipment.

Поставленная задача достигается тем, что в автоматизированной системе управления процессом приготовления шлакообразующих смесей, содержащей уровень визуализации, включающий последовательно соединенные блок заданий, блок технологического интерфейса, предназначенный для передачи информации и отображения состояния технологического процесса в режиме реального времени, блок хранения данных процесса и уровень управляющей подсистемы, включающий блок входных сигналов, блок диагностики, предназначенный для определения правильности и достоверности входных сигналов, блок контроля и сигнализации, предназначенный для контроля и формирования данных о предаварийных и аварийных состояниях механизмов и блок межуровневого обмена данными, блок управления шнековым питателем бункера, блок управления питателем дозатора, блок управления смесителем и блок выходных сигналов, согласно изобретению в уровень управляющей подсистемы введен блок координатора технологического процесса, предназначенный для формирования задания на управление текущим состоянием механизмов, а в уровень визуализации введен блок хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов, блок расчета основного рецепта дозирования, предназначенный для расчета и сравнения полученного и заданного состава смеси, и блок расчета рецепта дозирования коррекций, причем второй выход блока заданий соединен с первым входом блока расчета основного рецепта дозирования, при этом блок заданий обеспечивает подачу настроечных параметров и задания для управления технологическим процессом в блок технологического интерфейса, ввод перед началом цикла приготовления партии шлакообразующей смеси ее веса и типа, ввод веса загруженных в исходные бункера материалов через блок технологического интерфейса и блок межуровневого обмена в блок координатора технологического процесса, ввод заданного химического состава для каждого типа шлакообразующей смеси в блок хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов, а второй вход блока расчета основного рецепта дозирования соединен с первым выходом блока хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов, второй выход которого соединен с блоком расчета рецепта дозирования коррекций, а второй выход блока технологического интерфейса, выход блока расчета основного рецепта дозирования и выход блока расчета рецепта дозирования коррекций соединены через блок межуровневого обмена с первым входом блока координатора технологического процесса, при этом данные об итоговом весе партии смеси, из которого через блок межуровневого обмена поступают в блок расчета рецепта дозирования коррекций, а первый выход блока координатора технологического процесса в свою очередь соединен через блок межуровневого обмена со вторым входом блока технологического интерфейса, а второй выход блока координатора технологического процесса последовательно соединен с блоком управления шнековым питателем бункера и блоком выходных сигналов, третий выход координатора технологического процесса последовательно соединен с блоком управления питателем дозатора и блоком выходных сигналов, четвертый выход координатора технологического процесса последовательно соединен с блоком управления смесителя и блоком выходных сигналов, пятый выход координатора технологического процесса последовательно соединен через блок контроля и сигнализации с блоком выходных сигналов, а второй выход блока контроля и сигнализации соединен со вторым входом координатора технологического процесса, при этом блок входных сигналов соединен через блок диагностики с третьим входом координатора технологического процесса.The problem is achieved in that in an automated control system for the preparation of slag-forming mixtures containing a visualization level, including a series-connected task unit, a technological interface unit designed to transmit information and display the process status in real time, a process data storage unit and a control level subsystems, including an input signal block, a diagnostic block, designed to determine the correctness and up to the characteristics of the input signals, the control and signaling unit, designed to control and generate data on the pre-emergency and emergency conditions of the mechanisms and the inter-level data exchange unit, the control unit for the screw hopper feeder, the control unit for the dispenser feeder, the mixer control unit and the output signal unit according to the invention of the control subsystem, a block of the coordinator of the technological process is introduced, designed to formulate a task to control the current state of mechanisms, and at the level of of analysis, a storage and reception unit for chemical analysis of samples of the mixture and the starting components, a unit for calculating the main dosing recipe for calculating and comparing the obtained and predetermined composition of the mixture, and a unit for calculating the dosing corrections are introduced, the second output of the task unit being connected to the first input of the main unit for calculating dosing recipe, while the task block provides the supply of tuning parameters and tasks for controlling the technological process to the technological interface block, input before scrap of the preparation cycle of a batch of slag-forming mixture of its weight and type, input of the weight of materials loaded into the initial hopper through the technological interface unit and inter-level exchange unit to the process coordinator unit, input of a given chemical composition for each type of slag-forming mixture into the storage and reception unit for chemical analysis of mixture samples and initial components, and the second input of the calculation unit for the main dosing recipe is connected to the first output of the storage and reception unit for chemical analysis of sample samples and the initial components, the second output of which is connected to the calculation dosing prescription calculation unit, and the second output of the technological interface unit, the output of the main dosing recipe calculation unit and the output of the correction dosing recipe calculation unit are connected through the inter-level exchange unit to the first input of the process coordinator unit, while the final weight of the batch of the mixture, from which, through the block of inter-level exchange, they enter the block for calculating the prescription for the dosage of corrections, and the first output of the coordinator block is technolo the technological process, in turn, is connected through the inter-level exchange unit to the second input of the technological interface unit, and the second output of the technological coordinator unit is connected in series with the control unit of the hopper screw feeder and the output signals block, the third output of the technological coordinator is connected in series with the dispenser feeder control unit and block of output signals, the fourth output of the coordinator of the process is connected in series with the control unit with the mixer and the output signal block, the fifth output of the process coordinator is connected in series through the control and signaling unit to the output signal block, and the second output of the control and signal block is connected to the second input of the process coordinator, while the input signal block is connected through the diagnostic block to the third input process coordinator.

Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, заключается в том, что введение в уровень управляющей подсистемы блока координатора технологического процесса, предназначенного для формирования задания на управление текущим состоянием механизмов, позволило объединить сбор информации, повысить точность дозирования исходных компонентов, обеспечить контроль и осуществить скоординированное автоматическое управляющее воздействие на расходный бункер, дозатор и смеситель. Все это обеспечивает полное соблюдение требований технологии приготовления и дозирования ШОС, сокращает время технологического цикла и значительно снижает риск получения смеси с отклонениями от заданного химического состава. Введение в уровень визуализации блоков хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов, блока расчета основного рецепта дозирования, предназначенного для расчета и сравнения полученного и заданного состава смеси, и блока расчета рецепта дозирования коррекций позволяет получать стабильный состав готовой ШОС.The technical result that can be obtained from the use of the invention is that the introduction to the level of the control subsystem of the block of the coordinator of the technological process, designed to form a task to control the current state of the mechanisms, made it possible to combine the collection of information, increase the accuracy of dosing of the initial components, provide control and implement a coordinated automatic control action on the feed hopper, dispenser and mixer. All this ensures full compliance with the requirements of the SCO preparation and dosing technology, reduces the time of the technological cycle and significantly reduces the risk of obtaining a mixture with deviations from a given chemical composition. Introduction to the visualization level of storage and reception units for chemical analysis of mixture samples and starting components, a unit for calculating the main dosing recipe, intended for calculating and comparing the obtained and given composition of the mixture, and a unit for calculating the dosing corrections allows you to get a stable composition of the finished SCO.

Разработанные оптимизационные алгоритмы, заложенные в основу функционирования блока расчета основного рецепта дозирования и блока расчета рецепта дозирования коррекций, позволяют рассчитать, в зависимости от заданных пределов химического состава ШОС, рецепт основного дозирования и прогнозируемый химический состав смеси, а в случае отклонения химического состава полученной смеси от заданного рассчитать и рецепт коррекции.The developed optimization algorithms, which are the basis for the functioning of the unit for calculating the main dosing recipe and the unit for calculating the dosing corrections, allow you to calculate, depending on the specified limits of the chemical composition of the SCO, the basic dosing recipe and the predicted chemical composition of the mixture, and if the chemical composition of the mixture deviates from preset calculate and recipe correction.

На фиг.1 представлена функциональная блок-схема автоматизированной системы управления процессом приготовления шлакообразующих смесей.Figure 1 presents a functional block diagram of an automated control system for the preparation of slag-forming mixtures.

На фиг.2 изображена техническая структура автоматизированной системы управления процессом приготовления шлакообразующих смесей.Figure 2 shows the technical structure of an automated control system for the preparation of slag-forming mixtures.

По функциональной структуре (фиг.1) система представляет собой двухуровневую систему: первый уровень - управляющая подсистема, второй уровень - уровень визуализации технологического процесса.According to the functional structure (Fig. 1), the system is a two-level system: the first level is the control subsystem, the second level is the level of visualization of the technological process.

Управляющая подсистема содержит логические функциональные блоки: блок входных сигналов 1, блок координатора технологического процесса 2, предназначенный для формирования задания на управление текущим состоянием механизмов, блок управления шнековым питателем бункера 3, блок управления питателем дозатора 4, блок управления смесителем 5, блок диагностики 6, предназначенный для определения правильности и достоверности входных сигналов, блок контроля и сигнализации 7, предназначенный для контроля и формирования данных о предаварийных и аварийных состояниях механизмов, блок выходных сигналов 8, блок межуровневого обмена данными 9.The control subsystem contains logical functional blocks: input signal block 1, coordinator of the technological process 2, designed to generate tasks for controlling the current state of mechanisms, control unit for screw feeder hopper 3, control unit for feeder feeder 4, mixer control unit 5, diagnostic unit 6, designed to determine the correctness and reliability of the input signals, the control and alarm unit 7, designed to control and generate data on pre-emergency and emergency iynyh states mechanisms 8 block output signals, the data exchange unit interlevel 9.

Уровень визуализации содержит логические функциональные блоки: блок заданий 10, блок технологического интерфейса 11, предназначенный для передачи информации и отображения состояния технологического процесса в режиме реального времени, блок хранения данных процесса 12, блок хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов 13, блок расчета основного рецепта дозирования 14, предназначенный для расчета и сравнения полученного и заданного состава смеси, и блок расчета рецепта дозирования коррекций 15.The visualization level contains logical functional blocks: task block 10, technological interface block 11, designed to transmit information and display the state of the technological process in real time, a process data storage unit 12, a storage and reception unit for chemical analysis of mixture samples and initial components 13, block calculation of the main dosing recipe 14, intended for calculating and comparing the obtained and predetermined composition of the mixture, and the block for calculating the dosage dosing corrections 15.

При этом блок заданий 10, блок технологического интерфейса 11, блок хранения данных процесса 12 последовательно соединены между собой, причем второй выход блока заданий 10 соединен с первым входом блока расчета основного рецепта дозирования 14, второй вход блока расчета основного рецепта дозирования 14 соединен с первым выходом блока хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов 13, второй выход которого соединен с блоком расчета рецепта дозирования коррекций 15, второй выход блока технологического интерфейса 11, выход блока расчета основного рецепта дозирования 14 и выход блока расчета рецепта дозирования коррекций 15 соединены через блок межуровневого обмена 9 с первым входом блока координатора технологического процесса 2, первый выход которого в свою очередь соединен через блок межуровневого обмена 9 со вторым входом блока технологического интерфейса 11, а второй выход координатора технологического процесса 2 последовательно соединен с блоком управления шнековым питателем бункера 3 и блоком выходных сигналов 8, третий выход координатора технологического процесса 2 последовательно соединен с блоком управления питателем дозатора 4 и блоком выходных сигналов 8, четвертый выход координатора технологического процесса 2 последовательно соединен с блоком управления смесителя 5 и блоком выходных сигналов 8, пятый выход координатора технологического процесса 2 последовательно соединен с входом блока контроля и сигнализации 7 и блоком выходных сигналов 8, второй выход блока контроля и сигнализации 7 соединен со вторым входом координатора технологического процесса 2, а блок входных сигналов 1 соединен последовательно с блоком диагностики 6 и третьим входом координатора технологического процесса 2.The task unit 10, the technological interface unit 11, the process data storage unit 12 are connected in series, the second output of the task unit 10 being connected to the first input of the calculation unit for the main dosing recipe 14, the second input of the calculation unit for the main dosing recipe 14 connected to the first output block storage and reception of chemical analysis of samples of the mixture and the starting components 13, the second output of which is connected to the calculation unit for the dosing corrections 15, the second output of the technological interface unit 11, output block for calculating the main dosing recipe 14 and the output of the block for calculating the dosing recipe for corrections 15 are connected through the inter-level exchange unit 9 to the first input of the block of the coordinator of technological process 2, the first output of which in turn is connected through the inter-level exchange unit 9 to the second input of the block of the technological interface 11, and the second output of the coordinator of the technological process 2 is connected in series with the control unit of the screw feeder of the hopper 3 and the block of output signals 8, the third output of the coordinator of the technological process 2 is connected in series with the control unit of the dispenser feeder 4 and the output signal unit 8, the fourth output of the process coordinator 2 is connected in series with the control unit of the mixer 5 and the output signal unit 8, the fifth output of the process coordinator 2 is connected in series with the input of the control and signaling unit 7 and the block of output signals 8, the second output of the control and signaling unit 7 is connected to the second input of the coordinator of technological process 2, and the block of input signals 1 oedinen series with the diagnostic unit 6 and the third input of the coordinator process 2.

Система функционирует следующим образом.The system operates as follows.

Исходные компоненты ШОС поступают в саморазгружающихся контейнерах, мешках и загружаются в расходные бункера. Из каждого расходного бункера берется проба на химический анализ. Полученные из экспресс-лаборатории данные о химическом составе исходных компонентов поступают в блок хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов 13. Перед началом цикла приготовления партии ШОС в блок заданий 10 вводят вес партии и тип ШОС, также заранее вводится заданный химический состав для каждого типа ШОС, который хранится в блоке хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов 13. Затем в блок заданий 10 вводят вес загруженных материалов в расходные бункера, который через блоки 11 и 9, поступает в блок координатора технологического процесса 2. При этом блок заданий 10 обеспечивает подачу настроечных параметров и задания для управления технологическим процессом в блок технологического интерфейса 11, ввод веса загруженных материалов в исходные бункера через блок технологического интерфейса 11 и блок межуровневого обмена 9. Данные об итоговом весе партии смеси из блока координатора технологического процесса 2 через блок межуровневого обмена 9 поступают в блок расчета рецепта дозирования коррекций 15. Далее в блоке расчета основного рецепта дозирования 14 по специальному алгоритму (симплекс - метод с последующим сужением интервалов) рассчитывается основной рецепт дозирования, содержащий весовые и процентные доли каждого компонента от общего веса партии, точное дозирование которых необходимо для попадания в заданные пределы химического состава смеси. По окончании расчета основного рецепта дозирования формируется массив информации с заказанными компонентами и сигнал готовности, который через блок 9 поступает в блок координатора технологического процесса 2. Одновременно информация с весового прибора весового дозатора (масштабированное значение), исполнительных механизмов (входные дискретные сигналы) поступает в блок входных сигналов 1. Полученные сигналы с выхода блока входных сигналов 1 поступают на вход блока диагностики 6 системы, где проверяются аппаратно-программным способом на достоверность, правильность. Обработанная информация с выхода блока диагностики 6 передается в блок координатора технологического процесса 2 по ходу всего процесса приготовления ШОС. Координатор технологического процесса 2 на основе информации блока диагностики 6 и блока межуровневого обмена данными 9 определяет готовность механизмов к началу технологического цикла приготовления ШОС и выполняет проверку полученного рецепта основного дозирования на его реализуемость (наличие заказанных компонентов в расходных бункерах и соответствие по весу компонентов в рецепте с имеющимся в расходных бункерах). В случае соблюдения всех исходных технологических условий и положительной проверке рецепта координатор технологического процесса 2 выдает согласно порядку загрузки исходных компонентов в рецепте основного дозирования заказ включения питателя ("грубого" дозирования) соответствующего бункера в блок управления шнековым питателем бункера 3. Блок 3 с учетом технологических блокировок формирует управляющее воздействие и передает его в блок выходных сигналов 8. Дозирование компонента из расходного бункера в весовой дозатор ведется в двух режимах: грубом и точном. Координатор технологического процесса 2 рассчитывает вес "грубой" дозы для загрузки компонента и вес "точной" дозы:The initial components of the SCO arrive in self-unloading containers, bags and are loaded into consumables. A sample for chemical analysis is taken from each feed hopper. Obtained from the express laboratory, data on the chemical composition of the starting components are sent to the storage and reception unit for chemical analysis of samples of the mixture and the starting components 13. Before starting the SCO batch preparation cycle, the batch weight and the SCO type are entered into task block 10, and a predetermined chemical composition is introduced for of each type of SCO, which is stored in the storage and reception unit for chemical analysis of samples of the mixture and the starting components 13. Then, in the task block 10, the weight of the loaded materials is introduced into the consumables, which through blocks 11 and 9, p it flows into the block of the coordinator of technological process 2. In this case, task block 10 provides the supply of tuning parameters and tasks for controlling the technological process to the block of technological interface 11, inputting the weight of the loaded materials into the initial bunkers through the block of technological interface 11 and inter-level exchange block 9. Data on the final the weight of the batch of the mixture from the block of the coordinator of the technological process 2 through the block of inter-level exchange 9 enter the block for calculating the recipe for dosing corrections 15. Next, in the block for calculating 14 novnogo dosing recipe for a special algorithm (simplex - method with subsequent narrowing of intervals) is calculated basic recipe dosing, weight and containing percentages of each component of the total weight of the lot, the exact dosage which is necessary to get into the predetermined chemical composition limits mixture. At the end of the calculation of the main dosing recipe, an array of information is generated with the ordered components and a ready signal, which through block 9 enters the coordinator unit of process 2. At the same time, information from the weighing device of the weighing batcher (scaled value), actuators (input discrete signals) enters the block input signals 1. The received signals from the output of the input signal unit 1 are fed to the input of the diagnostic unit 6 of the system, where they are checked by hardware-software method on reliability, correctness. The processed information from the output of the diagnostic unit 6 is transmitted to the coordinator unit of technological process 2 during the entire SCO preparation process. The coordinator of technological process 2, based on the information of the diagnostics unit 6 and the inter-level data exchange unit 9, determines the readiness of the mechanisms for the beginning of the SCO cooking cycle and checks the received recipe for the main dosage for its feasibility (the presence of ordered components in consumables and the correspondence by weight of components in the recipe with available in feed bins). If all the initial technological conditions are observed and the recipe is checked positively, the process coordinator 2 issues, according to the order of loading the initial components in the main dosing recipe, an order for including the feeder ("coarse" dosing) of the corresponding hopper in the control unit for the hopper screw feeder 3. Block 3 taking into account technological locks generates a control action and transfers it to the block of output signals 8. Dosing of the component from the feed hopper to the weighing batcher is carried out in two p scanning modes: coarse and fine. Process Coordinator 2 calculates the weight of the "coarse" dose to load the component and the weight of the "exact" dose:

Vd₀=(Vt+Vz)-Vpred₀,Vd ₀ = (Vt + Vz) -Vpred ₀ ,

где - Vd₀ - вес "грубой" дозы материала;where - Vd ₀ - the weight of the "rough" dose of material;

- Vt - вес текущий дозатора в момент принятия задания на загрузку;- Vt - weight of the current dispenser at the time of accepting the load task;

- Vz - вес задания материала на отдачу из расходного бункера;- Vz - weight of the task of the material to return from the feed hopper;

- Vpred₀ - вес предварения для перевода питателя расходного бункера в режим точного дозирования (на пониженную скорость);- Vpred ₀ - pre-weight for transferring the feed hopper feeder to the precise dosing mode (at a reduced speed);

Vd₁=(Vt+Vz)-Vpred₁,Vd ₁ = (Vt + Vz) -Vpred ₁ ,

где - Vd₁ - вес "точной" дозы материала;where - Vd ₁ - weight of the "exact" dose of material;

- Vpred₁ - вес предварения для заблаговременного выключения питателя расходного бункера для учета самодосыпки материала в дозатор;- Vpred ₁ - pre-weight for early shutdown of the feed hopper feeder to account for self-filling of the material in the dispenser;

По достижении текущего веса материала в дозаторе значения Vd₀ координатор технологического процесса 2 выдает заказ включения питателя ("точного" дозирования) для соответствующего бункера в блок управления шнековым питателем бункера 3. Блок 3 с учетом технологических блокировок формирует управляющее воздействие и передает его в блок выходных сигналов 8. Дозирование компонента из расходного бункера в весовой дозатор прекращается по достижении текущего веса материала в дозаторе значения Vd₁. По окончании дозирования всех компонентов, указанных в рецепте основного дозирования согласно очередности, координатор технологического процесса 2 выдает заказ включения питателя весового дозатора в блок управления питателем дозатора 4 и заказ включения смесителя в блок управления смесителем 5. Блок 4 и блок 5 с учетом технологических блокировок формируют управляющие воздействия и передают их в блок выходных сигналов 8. По достижении "0" веса в весовом дозаторе, координатор технологического процесса 2 снимает заказ включения питателя весового дозатора и выдает в блок управления смесителем 5 время смешивания для заданного типа ШОС. По окончании времени смешивания координатор технологического процесса 2 снимает заказ включения смесителя и основное дозирование считается законченным. Далее из смесителя берется проба на химический анализ. Полученные из экспресс-лаборатории данные о химическом составе смеси поступают в блок хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов 13. Далее в блоке расчета основного рецепта дозирования 14 выполняется сравнение полученного химического состава смеси и заданного. В случае попадания в заданные пределы химического состава смеси формируется признак готовности разгрузки смесителя, который через блок межуровневого обмена 9 поступает в блок координатора технологического процесса 2. В случае непопадания данные из блока хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов 13 о полученном химическом составе смеси и итоговый вес партии смеси из блока координатора технологического процесса 2 через блок межуровневого обмена 9 поступают в блок расчета рецепта дозирования коррекций 15. Далее в блоке расчета рецепта дозирования коррекций 15 по специальному алгоритму (симплекс - метод с последующим сужением интервалов) рассчитывается рецепт дозирования коррекции, содержащий весовые и процентные доли довесок каждого компонента от общего веса партии, точное дозирование которых необходимо для попадания в заданные пределы химического состава смеси. После этого описанные выше операции дозирования и смешивания материалов в смесителе повторяются, по окончании которых из смесителя снова берется проба на химический анализ. Полученные из экспресс-лаборатории данные о химическом составе смеси поступают в блок хранения и приема химического анализа проб смеси и исходных компонентов 13. В случае непопадания в заданные пределы химического состава смеси возможно проведение повторной процедуры расчета и дозирования коррекции.Upon reaching the current material weight in the dispenser of Vd ₀ , the process coordinator 2 issues an order to turn on the feeder (“accurate” dosing) for the corresponding hopper to the control unit of the hopper screw feeder 3. Block 3, taking into account the technological interlocks, generates a control action and transfers it to the output block signals 8. Dosing of the component from the feed hopper to the weighing batcher stops when the current weight of the material in the batcher reaches Vd ₁ . At the end of the dosing of all the components indicated in the main dosing recipe according to the order, the coordinator of technological process 2 issues an order to turn on the feeder of the weighing batcher in the control unit of the batcher feeder 4 and an order to turn on the mixer in the control unit of the mixer 5. Block 4 and block 5, taking into account technological locks, are formed control actions and transmit them to the output signal block 8. Upon reaching the "0" weight in the weighing batcher, the coordinator of technological process 2 removes the order to turn on the feeder weight Vågå dispenser and outputs mixer in the mixing control unit 5 for the predetermined type SCO. At the end of the mixing time, the process coordinator 2 removes the order to turn on the mixer and the main dosing is considered complete. Next, a sample for chemical analysis is taken from the mixer. The data on the chemical composition of the mixture obtained from the express laboratory are sent to the storage and reception unit for chemical analysis of the samples of the mixture and the starting components 13. Next, in the calculation unit of the main dosing recipe 14, the obtained chemical composition of the mixture is compared with the set one. If the chemical composition of the mixture falls within the specified limits, a sign of the mixer’s readiness is formed, which, through the inter-level exchange unit 9, enters the coordinator unit of technological process 2. In case of non-availability, data from the storage and reception unit for chemical analysis of mixture samples and initial components 13 about the obtained chemical composition mixtures and the total weight of the batch of the mixture from the block of the coordinator of the technological process 2 through the block of inter-level exchange 9 go to the block for calculating the dosing corrections 15. e in the block for calculating the correction dosing prescription 15 according to a special algorithm (simplex method with subsequent narrowing of the intervals), the correction dosing recipe is calculated that contains the weight and percentage fractions of the weightings of each component of the total batch weight, the exact dosage of which is necessary to fall within the specified limits of the chemical composition of the mixture . After that, the above operations of dosing and mixing materials in the mixer are repeated, after which the chemical analysis is again taken from the mixer. The data on the chemical composition of the mixture obtained from the express laboratory are sent to the storage and reception unit for chemical analysis of the samples of the mixture and the starting components 13. If the chemical composition of the mixture does not fall within the specified limits, it is possible to repeat the calculation and dosage adjustment procedures.

Перед началом цикла приготовления партии ШОС и во время его проведения обработанная информация с выхода блока диагностики 6 передается в блок координатора технологического процесса 2. Координатор технологического процесса 2 на основе информации блока диагностики 6 и блока межуровневого обмена данными 9 определяет текущее состояние механизмов. Обработанная и проанализированная информация координатором технологического процесса 2, поступает на вход блока контроля и сигнализации 7 для контроля и формирования данных предаварийных и аварийных состояниях механизмов. Сформированный массив сообщений с выхода блока контроля и сигнализации 7 поступает в координатор технологического процесса 2, который в свою очередь через блок межуровневого обмена данными 9 передает массив сообщений в систему визуализации в блок технологического интерфейса 11, а через второй выход блока контроля и сигнализации 7 поступает на четвертый вход блока выходных сигналов 8, где полученные данные об аварийных и предаварийных состояниях механизмов выводятся на пост управления в виде звуковой сигнализации. В случае возникновения предаварийной ситуации информация от блока контроля и сигнализации 7 поступает в координатор технологического процесса 2 и согласно алгоритму его работы формирует запрет работы того или иного механизма. Также технологические блокировки обрабатываются в блоке управления шнековым питателем бункера 3, в блоке управления питателем дозатора 4 и блоке управления смесителем 5.Before the start of the preparation cycle of the SCO batch and during its implementation, the processed information from the output of the diagnostic unit 6 is transmitted to the coordinator unit of the technological process 2. The coordinator of the technological process 2, based on the information of the diagnostic unit 6 and the inter-level data exchange unit 9, determines the current state of the mechanisms. Processed and analyzed information by the coordinator of technological process 2, is fed to the input of the control and alarm unit 7 for monitoring and generating data on the emergency and emergency conditions of mechanisms. The generated message array from the output of the control and signaling unit 7 enters the coordinator of technological process 2, which in turn sends an array of messages to the visualization system in the technological interface unit 11 through the inter-level data exchange unit 9, and through the second output of the control and signaling unit 7 the fourth input of the block of output signals 8, where the data on the emergency and pre-emergency conditions of the mechanisms are output to the control station in the form of an audio alarm. In the event of a pre-emergency situation, information from the control and signaling unit 7 enters the coordinator of technological process 2 and, according to the algorithm of its operation, forms a ban on the operation of one or another mechanism. Technological locks are also processed in the control unit of the screw feeder of the hopper 3, in the control unit of the feeder of the dispenser 4 and the control unit of the mixer 5.

Блок межуровневого обмена данными 9 организует двухсторонний обмен данными между управляющей подсистемой и уровнем визуализации процесса, что дает возможность обеспечивать оперативными данными блок технологического интерфейса 11, который в свою очередь получает настроечные параметры и задания для управления технологическим процессом от блока заданий 10, на основе которых блок технологического интерфейса 11 формирует динамические экраны для обеспечения отображения состояния процесса на технологических серверах в режиме реального времени.The inter-level data exchange unit 9 organizes a two-way data exchange between the control subsystem and the process visualization level, which makes it possible to provide operational data to the technological interface unit 11, which in turn receives the settings and tasks for controlling the technological process from task unit 10, based on which the unit the technological interface 11 forms dynamic screens to ensure that the process status is displayed on the technological servers in real time change me.

Через блок технологического интерфейса 11 информация, необходимая технологическому персоналу для дальнейшего анализа, поступает в блок хранения данных процесса 12, где организованы долгосрочные архивы данных процесса.Through the block of the technological interface 11, the information necessary for the technological personnel for further analysis enters the block of data storage of the process 12, where long-term archives of process data are organized.

Техническая структура (фиг.2) автоматизированной системы представлена следующим образом: функции управляющей подсистемы осуществляются с использованием программируемого устройства управления 1, состоящего из центрального модуля с управляющим процессором и программной памятью, через модули ввода/вывода 2 и весовой прибор 3, подключенного к исполнительным механизмам установки ШОС 5, ключам местного управления 4 и тензодатчикам дозатора 6 (Siemens AG 1989 г. Системный курс SIMATIC S5, Комплексная автоматизация производства. Каталог ST70 2003 г.). Посредством программируемого устройства управления 1 обеспечивается сбор, контроль и обработка данных с тензодатчиков дозатора 6, исполнительных механизмов установки ШОС 5 и ключей местного управления 4, а также обеспечивается физический обмен данными с уровнем визуализации.The technical structure (figure 2) of the automated system is presented as follows: the functions of the control subsystem are carried out using a programmable control device 1, consisting of a central module with a control processor and program memory, through input / output modules 2 and a weighing device 3 connected to actuators SCO 5 installations, local control keys 4 and load cells 6 (Siemens AG 1989 System course SIMATIC S5, Integrated production automation. 2003 ST70 catalog). By means of a programmable control device 1, data is collected, controlled and processed from load cells of dispenser 6, actuators of SCO 5 installation and local control keys 4, and physical data exchange with visualization level is also provided.

Разработанное программное обеспечение управляющей подсистемы позволяет реализовать управляющие и информационные функции.The developed control subsystem software allows implementing control and information functions.

Управляющие функции, решаемые управляющей подсистемой:Control functions solved by the control subsystem:

- прием сигналов с тензодатчиков дозатора (обработка, калибровка весового прибора);- receiving signals from the load cells of the dispenser (processing, calibration of the weighing device);

- скоординированное управление работой механизмов установки ШОС (шнековых питателей и вибраторов расходных бункеров, питателя весового бункера, смесителя).- coordinated management of the SCO installation mechanisms (screw feeders and vibrators of feed hoppers, feeder of a weight hopper, mixer).

Информационные функции, решаемые управляющей подсистемой:Information functions solved by the control subsystem:

- определение вида и измерение массы материалов для приготовления ШОС, нагруженных в дозатор;- determination of the type and measurement of the mass of materials for the preparation of the SCO, loaded into the dispenser;

- определение момента разгрузки материалов из дозатора в смеситель с целью формирования массива информации по подготовленным к смешиванию материалам для составления производственных отчетов;- determination of the moment of unloading of materials from the dispenser to the mixer in order to generate an array of information on materials prepared for mixing for the preparation of production reports;

- формирование диагностических данных о работе технологического оборудования и технического оборудования программируемого устройства управления для предоставления их в уровень визуализации с целью дальнейшего архивирования.- formation of diagnostic data on the operation of technological equipment and technical equipment of a programmable control device for providing them to the visualization level for the purpose of further archiving.

Функции уровня визуализации технологического процесса реализованы на персональном компьютере 7 (технологический сервер), подключенного к информационно-технологической сети цеха. Разработанное программное обеспечение решает следующие задачи:The functions of the visualization level of the technological process are implemented on a personal computer 7 (technological server) connected to the information-technological network of the workshop. The developed software solves the following tasks:

- прием заданий и настроек от технологического персонала;- receiving tasks and settings from the technological staff;

- индикация параметров технологического процесса в удобном для технологического персонала виде (текущее состояние основных механизмов в виде мнемосхем, цифровые значения, графики и др.);- indication of the process parameters in a form convenient for the process personnel (the current state of the main mechanisms in the form of mnemonic diagrams, digital values, graphs, etc.);

- расчет рецептов дозирования материалов (основного и коррекций) по алгоритмам;- calculation of materials dosing recipes (basic and corrections) according to algorithms;

- архивирование результатов измерений, сообщений, регистрация технологических данных и параметров настройки конфигурации системы;- archiving of measurement results, messages, registration of technological data and system configuration settings;

- передача в информационно-технологическую сеть цеха массива информации о процессе приготовления вида ШОС (выгруженных в смеситель видов и весов исходных компонентов, замеры химических анализов и др.) для составления производственного отчета и сертификата качества ШОС.- transferring an array of information about the process of preparing the SCO type (the types and weights of the initial components unloaded into the mixer, measurements of chemical analyzes, etc.) to the information and technological network of the workshop workshop for the preparation of a production report and SCO quality certificate.

Связь логического свободно программируемого устройства управления 1 с технологическими серверами (уровень визуализации) осуществляется по сети PROFIBUS-FDL, а обмен между уровнем визуализации и информационно-технологической сети цеха по Ethernet.The communication of the freely programmable logic control device 1 with the technological servers (visualization level) is carried out via the PROFIBUS-FDL network, and the exchange between the visualization level and the workshop information technology network via Ethernet.

Функционирование предлагаемой системы производится круглосуточно, в режиме реального времени.The functioning of the proposed system is carried out around the clock, in real time.

Предлагаемая автоматизированная система управления процессом приготовления шлакообразующих смесей промышленно применима и может быть использована для эффективного управления дозировочно-смесильными процессами с оперативным предоставлением информации технологическому персоналу. Внедрение предлагаемой системы позволяет использовать для приготовления ШОС отходы различных производств, не требующих предварительной обработки, при этом обеспечивая необходимую точность и надежность в процессе приготовления смеси заданного качества. Кроме того, в случае изменения сортамента литья возможна быстрая оперативная корректировка заданных химических составов ШОС и дифференциация их для различных сечений заготовок и марок стали. Алгоритмы, заложенные в основу расчетов рецептов основного дозирования и коррекций, легко настраиваемы, и предлагаемая автоматизированная система может быть быстро адаптирована для производства любых смесей из неограниченного количества исходных компонентов при условии, что имеется возможность измерения химического состава компонентов и готовой смеси.The proposed automated process control system for the preparation of slag-forming mixtures is industrially applicable and can be used to effectively control dosing and mixing processes with the prompt provision of information to technological personnel. The implementation of the proposed system allows the use of waste from various industries that do not require pre-treatment for the preparation of the SCO, while ensuring the necessary accuracy and reliability in the preparation of a mixture of a given quality. In addition, in the event of a change in the casting range, quick operational adjustment of the specified SCO chemical compositions and their differentiation for different sections of billets and steel grades is possible. The algorithms underlying the calculation of the basic dosing recipes and corrections are easily customizable, and the proposed automated system can be quickly adapted for the production of any mixtures from an unlimited number of initial components, provided that it is possible to measure the chemical composition of the components and the finished mixture.

Claims

An automated process control system for the preparation of slag-forming mixtures, containing a visualization level, including a series-connected task unit, a technological interface unit for transmitting information and displaying the process status in real time, a process data storage unit and a control subsystem level, including an input signal block, a diagnostic unit for determining the correctness and reliability of input signals, a control unit and alarms, designed to control and generate data on the emergency and emergency conditions of mechanisms, an inter-level data exchange unit, a hopper feeder control unit, a dispenser feeder control unit, a mixer control unit and an output signal unit, characterized in that a unit is introduced into the level of the control subsystem process coordinator, designed to formulate a task to control the current state of mechanisms, and a storage and reception unit x has been introduced into the visualization level analysis of mixture samples and initial components, a unit for calculating the main dosing recipe, intended for calculating and comparing the obtained and predetermined composition of the mixture, and a unit for calculating the dosing corrections, the second output of the task unit being connected to the first input of the unit for calculating the main dosing recipe, while of tasks provides the supply of tuning parameters and tasks for controlling the technological process to the technological interface unit, entering a slag image before the start of the batch preparation cycle a mixture of its weight and type, entering the weight of the materials loaded into the initial hopper through the technological interface unit and the inter-level exchange unit into the process coordinator unit, entering the specified chemical composition for each type of slag-forming mixture into the storage and receiving unit for chemical analysis of mixture samples and initial components, and the second input of the calculation unit for the main dosing recipe is connected to the first output of the storage and reception unit for chemical analysis of the mixture samples and initial components, the second output of which is connected n with the block for calculating the correction dosing recipe, and the second output of the technological interface block, the output of the main batch recipe calculation block and the output of the correction dosing calculation block are connected via the inter-level data exchange block to the first input of the process coordinator block, while the data on the total weight of the batch of the mixture from which, through the block of inter-level data exchange, they enter the block for calculating the recipe for dosing corrections, and the first output of the block of the coordinator of the technological process, to its the queue is connected through the block of inter-level data exchange with the second input of the technological interface unit, and the second output of the process coordinator block is connected in series with the control unit of the hopper screw feeder and the output signal block, the third output of the process coordinator block is connected in series with the dispenser feeder control unit and the block output signals, the fourth output of the block of the coordinator of the process is connected in series with the control unit mixes by the element and the block of output signals, the fifth output of the block of the coordinator of the process is connected in series through the control and signaling unit to the block of output signals, and the second output of the block of control and alarm is connected to the second input of the block of the coordinator of the process, while the block of input signals is connected through the diagnostic block to the third input of the block coordinator of the process.