SU1312074A2 - Способ управлени процессом графитации - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  управлени  процессом графитации преимущественно в электрических печах пр мого нагрева . Цель изобретени  - повьшение качества графитируемой продукции. Существо изобретени  заключаетс  в том, что непрерывно сравнивают ток или напр жение печи, сравнивают их с пре- дельно допустимыми значени ми тока или напр жени . При достижении одним из параметров своего заданного эна- чени  ограничивают тактовое приращение напр жени  на следующий интервал времени. При дальнейшей работе печи в случае снижени  тока или напр жени  печи ниже предельного значени  в конце такта осуществл ют тактовое увеличение подводимой мощности на заданную по программе величину. 4 ил. со ND О 4 N)

Description

1 .

Изобретение относитс  к способа управлени  тепловым объектами, может быть применено дл  управлени  электрическим режимом в электричес

производстве при управлении процессом графитации в электрических печах сопротивлени  пр мого нагрева и  вл етс  усовершенствованием способа по авт.св. № 806600.

Цель изобретени  - повьшение качестве графитируемой продукции.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - графики измерени  напр жени , мощности,количества электроэнергии во времени; на фиг. 3 - заданный и-реальный графики подъема мощности; на фиг. 4 - заданный и реальный графики изменени  расхода электроэнергии.

Устройство дл  реализации предлагаемого способа состоит из датчика 1 подводимого напр жени , датчика 2 количества электроэнергии с начала процесса и датчика 3 количества электроэнергии за интервал, задатчи- ка 4 количества электроэнергии за интервал, задатчика 5 приращений за

ГО

f5

Если напр жение не превышает пре дельно допустимую величину, измер ю периодически через интервалы времен количество израсходованной за интер вал электроэнергии и сравнивают его с заданным соответственн графику мощности количеством электр энергии за интервал. Причем заданное соответственно графику .мощ ности количество израсходованной электроэнергии за каждьй i-й времен ной интервал наход т по формуле

зал, Q:

Т,

(1)

20

25

где Т - продолжительность временног

интервала;

- значение заданной мощности соответственно графику мощности в начале i-ro интерва

ла;

РК;значение заданной мощности соответственно графику мощности в конце i-Toro времен ного интервала.

Исход  из разности величин корре

интервал, устройства 6 сравнени  вы- тируют заданное количество электрочислительного устройства 7, устройст- энергии дл  последующего интер в а. ва 8 управлени  задатчиком количества энергии за интервал, переключател  9

ЗС1Д с

Скорректированную величину Q-,

дл

последующего (i+1)-ro временного ин тервала наход т как разность между

заданного приращени  расхода за интервал , устройства 10 управлени  ис- 35 заданным значением количества электроэнергии дл  последующего ()-ro интервала соответственно графику мощности Qi4i и разностью между фак (и по ) у Тсоторого две уставки вели- тическим значением количества электчин - предельно допустимого U

предельно опасного U

полнительным механизмом 11 и устройства 12 сравнени  подводимого напр жени  (Upoi.) с предельно допустимым

пр

и

40

пр

Юл )( t

роэнергин Q Т и скорректированным заданным значением количества электроэнергии в измер емый момент времени

Способ осуществл ют следующим образом .

Устанавливают экспериментально временной график мощности, подводимой к печи, в основе которого лежит получение изделий высокого качества,большой выход годной продукции и относительно невысокие удельные расходы электроэнергии. Непрерывно измер ют качество израсходованной электроэнергии с начала процесса и за каждый интервал и подводимое к печи напр жение .

Напр жение сравнивают с предельно допустимей величиной, а количество электроэнергии - с заданными знача

ни ми соответственно графику, вводимой мощности.

Если напр жение не превышает предельно допустимую величину, измер ют периодически через интервалы времени количество израсходованной за интервал электроэнергии и сравнивают его с заданным соответственно графику мощности количеством электроэнергии за интервал. Причем заданное соответственно графику .мощности количество израсходованной электроэнергии за каждьй i-й временной интервал наход т по формуле

зал, Q:

Т,

(1)

где Т - продолжительность временного

интервала;

- значение заданной мощности соответственно графику мощности в начале i-ro интервала;

РК;значение заданной мощности соответственно графику мощности в конце i-Toro временного интервала.

Исход  из разности величин коррекуют заданное количество электроргии дл  последующего интер в а.

тируют заданное количество электроэнергии дл  последующего интер в а.

ЗС1Д с

Скорректированную величину Q-,

дл 

последующего (i+1)-ro временного интервала наход т как разность между

ическим значением количества элект

Юл )( t

роэнергин Q Т и скорректированным заданным значением количества электроэнергии в измер емый момент времени

э.д«

,.cK I -30 /„ТСРКГ ад.ск

Q:. 1 + 1

(

50

Затем дл  обеспечени  подводимого к печи в течение последующего временного интервала количества электроэнергии , равного скорректированному значению Q f., измен ют величину напр жени , подводимого к печи, по формуле

55

&U

пол

У1РАдТ .ТГ--1

4,с,Л,с. iJjiii.

.C1 fl4ClA ;( 1

+ 0.

3

гдейи од - величина, на которую нео

QT ч VI

ходимо изменить подводимое к печи напр жение U

заданное значение расход

за i-й интервал; заданное значение расход за (1+1)-й интервал.

Таким образом, временный график подъема мощности соблюдаетс  в предлах зоны нечувствительности.

Перечисленные операции выпoлн юt до тех пор, пока подводимое к печи напр жение не превышает предельно допустимое, после чего измер ют и сравнивают с заданным () приращени  количества электроэнергии з i-й интервал (ДО ) . При условии bQ U Q , уменьшают напр жение , подводимое к печи, по формуле

-УцоА. 2

(1

. Qr.i.)

i

(4)

.где uU величина, на которую необходимо снизить подводимое к печи напр жение; U - разность между фактическим и заданным приращени ми за интервал.

Если при превьшении предельно допустимого напр жени  измеренное фактическое приращение расхода электроэнергии отстает от заданного графиком программы (uQ & Q ), корректируют заданный график программы на оставшийс  период технологического процесса в сторону снижени  расхода электроэнергии на посто нную величину d, равную измеренному отставанию расхода электроэнергии за текущий инf QV

тервал QP с заданным по программе приращени  , который стано

витс  заданием на (1+1)-й интервал

(Qr.: Qr -Qr )

Таким образом, в конце каждого последующего интервала корректируют заданный график программы в сторону снижени  расхода за интервал на величину d; пока существует ограничение по напр жению, а фактическое приращение расхода электроэнергии за интервал отстает от заданного. Эти кор- ректировки заданного графика программы привод т к параллельному смещению его вниз. Величина (итогова  этого смещени ) определ етс  как сумма эле

каждом интерва

O

5

0

5

ле тервалов

и„„. и и

.

nof, тервала

ПР

где п - число ин- в которых , при

в конце очередного инзаданное скорректированное количество расхода электроэнергии на последующие интервалы определ етс  по формуле (2), а подводимое к печи напр жение - по формуле (3),

Вывод формул (1) и (2) по сн етс  фиг. 2, где представлены крива  а заданного подъема мощности в i-м и (i+1)-M интервалах и крива  5 заданных расходов электроэнергии в этих же интервалах. Ступеньки на границах интервалов соответствуют приращени м расхода электроэнергии на очередной интервал. Ордината точек А, А (крива  S ) соответствует числовой величине заданного расхода электроэнергии на i-й интервал (Q. ) и равна

Г

площади, ограниченной участком Р„, и Р,.; кривой а и осью времени, т.е.

Q ° определ етс  по формуле (1).

Ордината точки В (крива  S ) соответствует фактическому расходу электроэнергии за i-й интервал, точки С, с - заданному расходу на (i+1)-й ин0 тервал (Q . ), точка D - скорректированному заданному расходу на (i+ . + 1)-й интервал () , ордината которой определ етс  по формуле (2). Формулы (3) и (4) вывод тс  следую5 Щим образом.

В силу инерционности печи графита- ции и малой длительности интервала относительно длительности всей ком-

пании Т

100

можно считать.

что сопротивление керна печи в двух соседних интервалах не отличаютс  друг от друга. В этом случае расходы электроэнергии за текутций и последу- ющий интервалы можно вьфазить формулами

Отсюда

QT« Уле..С; Й °- - АУлгА.)

iР

(5) , (6)

активное сопротивление керна печи, в котором вьздел етс  теплова  энерги .

UU

(и

под

.

- UU

под

(7;

), -2U

пo

под

ьи

(U„o)

под (8)

можно исключить из этого выражени  значение () как незначительную величину, на три пор дка меньшую величину , посколько на практике 0,05 и„оА.

Подставл   выражени  (8) и (7)

2d.

, iOA.CK

.

под 2 ли под

из которых можно вычислить

.СК

(1- SJ

2 такт

J

-).

или дл  удобства решени  в вычислительном устройстве, выразив величину

Факт

через

Q 1+)

Q:

ioA

получают математическое выражение дл  определени  величины изменени  напр жени , необходимого дл  обеспечени  подвода к печи в течение последующего (i+1)-ro временного интервала количества электроэнергии, равного скорректированному значению

.СК .

Ui

WA.CK

UnpA- ..

&U

под

(1 ,од .ад.«

X 14-1 и-1

QT

(4) выводитс  из условий ,зад

Т Q

(9)

()i . X Q ; -+ U , (10)

гдеШпод приращение напр жени , обусловившего по вление превышени  фактического приращени  расхода за интервал относительно заданногоЬ Разделив вьфажени  и преобразовав (9) и (10), получают формулу (4).

На реальном объекте способ осуществл етс  следующим образом.,

Б печь графитации загружают заготовки электродов диаметром 300 мм.

3120746

Заготовки пересыпают по всему объему печи электропровод щим материалом. Обща  загрузка около 70 т.

Согласно графика дл  заданной заг- «; рузки начальна  мощность устанавливаетс  1500 кВт, приращени  мощности в первой, второй и третьей температурных зонах задаютс  соответственно по 300, 500 и 2000 . 10 Общий расход электроэнергии на кампанию задаетс  300000 кВт-ч, по трем зонам (нарастающим итогом) 23000, 107000, и 300000 кВт.ч. Планова  продолжительность графитации 48 ч. 5 Предельно допустимое напр жение в короткой сети трансформатор - печь 300 В.

Длительность интервала 15 мин. При такой длительности интервала прираще- 20 ни  расходов электроэнергии за интервал , соответствующие заданным часовым

приращени м мощности, составл ют соответственно дл  первой, второй и третьей зон соответственно 1-85, 312,5

25 и 300 кВт-ч.

С начала кампании в течение 8,35ч (длительность первой зоны) процесс проходит с нарастанием мощности до АООО кВт по алгоритму без ограничи30 вающего параметра. Измер ют и сравнивают расходы электроэнергии за интервалы заданные с началом процесса.

Измеренное напр жение сравнивают с предельно допустимым. Исход  из разности сравниваемых величин расхода электроэнергии за интервал корректируют задание на очередной интервал и в зависимости от него измен ют подводимое к печи напр жение.

Через 4 ч с начала второй зоны (12,35 ч с начала кампании) в результате непрерывного подъема подводимого к печи напр жени  (увеличени  факти- чески вводимой мощности) напр жение, измеренное в конце интервала, превышает 300 В, в результате чего дальнейший подъем мощности увеличением напр жени  не реализуетс , так как в противном случае бьш бы пробой изол ции . Управление процессом осуществл ют путем определени  фактического приращени  и сравнени  его с заданным за интервал. Величина измеренного приращени  устанавливаетс  меньше заданной . Так как фактическое приращение расхода электроэнергии за интервал равно 100-кВт-ч вместо заданного 125 кВт Ч, на величину отставани  при

71

ращени  от заданного (25 кВт ч) смещают график программы вниз. Операци- онно это осуществл етс  следующим образом . Задание расхода на следующий интервал определ етс  как сумма измеренного фактического расхода в текущем интервале плюс заданное прог раммо й приращение за интервал. Поскольку фактические приращени  расходов за интервал в течение 24-х интервалов (6 ч) меньше заданного на 25-55 кВт.ч, фактический расход электроэнергии за интервал отстает от заданного на 800 , т.е. составл ет 3700 кВт-ч вместо заданного 4500 кВт.ч начальным графиком программы . По мощности это составл ет отставание на 5200 кВт-ч.

Через 6 ч после по влени  ограничивающего параметра сопротивление печи снижаетс  настолько, что при .этом предельно допустимом значении напр жени  приращение за интервал оказываетс  больше заданного программой дл  второй зоны. Напр жение в печи уменьшаетс . После снижени  его до 295 В последующий интервал (задание скорректированного расхода за интервал ) определ ют по формуле (2). Количество электричества, израсходованного на данньм момент времени, с начала кампании 90000 кВт-ч, что соответствует второй температурной зоне, в которой приращение & Q,,, 31,25 кВт«ч. Изменение величины заданного приращени  за интервал осуществл ют после того, как израсходуют (с начала кампании) 107000 , что означает переход в очередную (третью) температурную зону. Так как в дальнейшем сопротивление керна печи продолжает интенсивно снижатьс , дальнейшее управление сводитс  к подражанию заданных расходов электроэнергии за интервалы по алгоритму, предшествовавшему по вление ограничивающего параметра.

Фактическое врем  графитации составл ет 50 ч, что на 2 ч больше заданного . Реальный график процесса после 18,.35 ч с начала кампании сдвинут , паралледьно заданному, с соблюдением заданных температурых градиентов . Этот процесс графически представлен на фиг. 3, где показаны заданный (крива  ) технологом и реальный (крива  I) графики подъема мощностей в печи графитации.

120748

На фиг. 4 представлен график (крива  q ) изменени  расхода электроэнергии , заданный технологом, в соответствии с графиком подъема мощное5 ти и реальный график (крива  е ) на участке с ограничением по напр жению. В этих интервалах посто нные сдвиги программы d,, d определ ют как разницу между заданным приращением за

О интервал и фактическим

d, -AQT- ;

f5

d, AQ - .Qr. .

в конце (i+3)-ro интервала измеренТб tt

ное значение UО .,, оказываетс  боль

.зол ч-з

ше uQ , поэтому подводимое напр жение дл  последующего (i+4)-ro интервала снижают в соответствии с формулой (4) в случае наличи  ограничени  по напр жению.

Если к этому моменту по каким-то причинам напр жение равно или меньше предельно допустимого, дл  последующего интервала изменение напр жени  осуществл ют по формулам (2) и (3). Вид скорректированных в интервалах (i+1)-ro и (i+2)-ro графиков программы показан пунктиром в виде ломанных смещенных ступенек (крива  о ) и сплошных..

Скорректированный график програм- мы (крива  ж )  вл етс  в дальнейшем на весь оставшийс  период процесса новым программным заданием, сдвинутым относительно первоначального (крива  а ) на общую посто нную величину отставани  процесса потреблени  электроэнергии , равную сумме измеренных отставаний расходов за интервалы (i+1) и (1+2)-й, т.е. dog d,+ d. Устройство работает следующим образом .

Перед началом работы в вычислительное устройство 7 и 2 общего расхода электроэнергии с начала процесса вводитс  программа, содержаща  заданный график мощности (расход электроэнергии за интервал) и алгоритм необходимых вычислений. Подвод заданной мощности в печь (расхода за интервал) осуществл етс  поддержанием при помощи исполнительного механизма 11 соответствующего значени  напр жени  U(p), начина  с на- чальной точки А заданного графика подъема мощности (фиг. 4).- Датчик 1

измер ет подводимое к печи напр жение , датчики 2 и 3 регистрир тат коли чество израсходованной энергии с начала процесса и за интервал соответственно „ Сигнал с датчика 2 в соответствии с введенным программой значени ми расходов на зону и кампанию электроэнергии с начала процесса пос тупает в вычислительное устройство 7 определ   тем самым границы температурных зон процесса графитации и заданные значени  приращений расходов за интервал по участкам. Сигнал с датчика 3, соответствукзщий фактическому значению количества электрознер гии в интервале, поступает в устройство 6 сравнени , В моменты времени, соответствующие границам временных интервалов, сигнал заданного приращени  расхода электроэнергии за интервал датчика 5 через переключатель 9 поступает на вход задатчика 4,j где суммиру сь с очередным значением задани  расхода за предьщущ й (1-1)-й интервал формирует сигнал заданного значени  расхода электроэнергии на текущий (i-mih) интервал. Сигнал с выхода задатчика 4 поступает на устройство 6 сравнени , которое выдает сигнал, пропорциональньй разности сравниваемых наклопленных за текущий интервал величин фактического расхода электроэнергии и за;данного. а также определ етс  соотношение текущего и заданного приращений расходов электроэнергии за интервалы. Эти сигналы с выхода устройства 6 сравнени  пос- тупают на вычислительное устройство 7,, на другие входы которого подаютс  сигналы с выхода датчика 1 подводимого напр жени  н устройства 12 сравнени  подводимого напр жени  с предельно допустимым,

В соответствии с заданным графиком мощности (расход за интефвалы) и алгоритмами необходимых вычислений вычислительное устройство 7 определ ет величину Q по формуле (2) и величину изменени  ЛИпод напр жени , подаваемого на печь;, по формуле (3) .

Сигнал с вычислительного устройства 7, пропорциональный величине изменени  напр жени  s поступает на устройство 10 управлени  исполнительным механизмом 11 который измен ет подводимое к печи напр жение, а следовательно5 мощность и расход за интервал.

12074 о

Вычислительным устройством 7 вырабатываетс  также сигнал пропорциональный скорректированному значению количества электроэнергии в конце 5 последующего временного интервала который поступает на устройство 8 управлени , устанавливающее задатчик 4 количества электроэнергии в соответствующее положение. После выпол- Ш нени  операций сравнени , вычислени  и выработки команды управлени , на границе начала следующего интервала 3, измер ющий текущий расход, сбрасываетс  в исходное (нулевое)

15 состо ниеJ а задание на очередной интервал вводитс  - ступенькой в виде прибавлени  заданного приращени  ( через переключатель 9 в счетчик задатчика 4, хран щий информацию о за- 20 данном расходе на предьщущий интер- : вал,

Поэтому график заданных расходов электроэнергии (фиг,. 2) представлен Б виде точек, ординаты которых выра25 жают числовые дискретные значени  заданных расходов абсциссы этих точек определ ютс  конечными границами интервалов (i-1), i и ()-и.

30 Траектори  изменени  заданных ве- пичин расходов показана (фиг. 2) в виде ступенчатой линии с быстрыми скачкообразньЕ И переходами ..(за 0,1 с) на границах интервалов в новое значе35 ние задани  дл  последующего интер- вала. На фиг. 2 изображен график те- K ST4ero значени  на величину Vnot, процессе выработки в устройстве управл ющего воздействи , В i-м интер 0 вале текущий расход . . Qiaa интервал превьппает заданный Q , по- согласно формз ле (3) вычислительное устройство 7 вырабатывает сигнал на снискание напр жени  нА ве45 личину а и.

Устройство так работает до тех пор, пока с С1эавнивающего устройства 12.не поступит сигнал о превьшении напр жени  предельно допустимо- 50 го Uqp в вычислительное устройство 7, Если это превышение достигаетс  в конце интервала к сохран етс  до конца, вычислительное устройство 7 с момента по влени  сигнала с датчи55 ка 2 мен ет алгоритм работы следующим образом.

С зычисли ельного устройства 7 скгнаот через устройство 8 управлени  устанавливает переключатешь 9 з поло1113

жение, блокирующее ввод задани  с устройства 5. С устройства 6 по пер- Йому выходу в вычислительное устрой- ;Ство 7 поступает сигнал, характеризующий соотношение текущего приращеcpaitt Бал

ни  С заданным. Если uQ . bQ ; , с вычислительного устройства на устройство управлени  10 поступает сигнал на уменьшение напр жени  по формуле (4). Если же t. с второго выхода устройства 6 сравнени  в вычислительное устройство 7 поступает сигнал, переключающий работу вычислительного устройства. Последнее из устройства 6 через устройство 8 пропускает импульсы превышени  фактического расхода за интервал относительно зафиксированного в задатчике 4 значени  заданного расхода на завершенный интервал, т.е. с момента равенства значений фактического расхода (число в датчике 3) числу в задатчике 4, дальнейшее увеличение значени  числа в датчик 3 через устройства 6-8 поступает на задатчик 4 в виде текущего приращени . Иначе говор , в датчике 3 и задатчике 4 числа синхронно увеличиваютс  на величину текущего приращени ,определ в- мого в устройстве 6.Этот процесс синхронного увеличени  значени  задани  в задатчике 4 по фактическому превьше- нию расходов за интервал продолжаетс  в каждом интервале до тех пор, .пока не возникает условие л , это значит, что в конце каждого интервала график задани - расходов на следующий интервал смещаетс  вниз относительно предыдущего (экстраполированного на все последующие интервалы) на величину р - Л Это видно на фиг. 4, из которой следует, что

- Q

- Л Pi 4-1

uQ - bQ,4,

Это условие определ етс  устройством 6 сравнени , на один вход которого поступает сигнал заданного приращени  расхода за интервал с задатчика

ФОКТ

5. С момента превышени  хот  бы на один импульс значени  синхронное увеличение задани  в задатчике 4 прекращаетс , а вычислительное устройство по команде с первого выхода устройства 6 переключает через устройство 10 управлени  исполнительный механизм 11 в направлении сниже412

ни  напр жени . Последнее снижаетс ,, после чего снимаетс  с входа вычислительного устройства 7 сигнал ограничивающего фактора, т.е. на выходе

устройства 12 сравнени  исчезает сигнал , характеризовавший равенство Unoj .

Вычислительное устройство 7 переключаетс  в режим заданного программой управлени , так как переключает устройство 8, через который снимаетс  запрет в переключателе 9. Через этот блок переключени  заданных приращений в конце текущего интервала

вводитс  в задатчик 4 расхода электроэнергии заданное приращение лQ на задатчике 5. Последний формирует задание с учетом величины общего расхода электроэнергии, измеренного в

начале кампании датчиком 2. В этом блоке программой ранее введены граничные значени  расходов электроэнергии зон.

Дальнейшее управление идет по заданной программе, как до по влени  ограничивающего параметра. Если же по какой-либо причине подводимое напр жение к печи превышает значение предельно опасного напр жени  , на

втором выходе устройства 12 сравнени  по вл етс  сигнал, воздействукнций через устройство 1CV управлени  на исполнительный механизм 11 в направлении снижени  напр жени  до соотнощени  и под 5 Unp

В дальнейшем работа устройства аналогична описанному при по влении ограничени  U „од пр

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ управлени  процессом гра- фитации по авт.св. № 806600, отличающийс  тем, что, с целью

   повышени  качества графитируемой продукции, непрерьшно измер ют ток или напр жение печи, сравнивают их с предельно допустимыми по технологии значени ми, при достижении током или

   напр жением своего предельного значени  ограничивают тактовое увеличение , напр жени  на следующий интервал времени , при последующем снижении тока или напр жени  печи ниже предельного

   значени  в конце такта осуществл ют тактовое увеличение подводимой мощности на заданную по программе величину.

   фиг. 1

   Фи9.:5

   ФмЛ