close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Повышение эффективности автоматизированного контроля и управления переработкой алюминиевых отходов

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ГАРСИЯ ПУХАДАС ЛУРДЕС МАРИЯ
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
ПЕРЕРАБОТКОЙ АЛЮМИНИЕВЫХ ОТХОДОВ
Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление
технологическими процессами и производствами (металлургия)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2016
Работа выполнена в федеральном государственном
бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
профессионального образования «Национальный минеральносырьевой университет «Горный».
Научный руководитель:
доктор технических наук
Бажин Владимир Юрьевич
Официальные оппоненты:
Шадрин Александр Борисович
доктор
технических
наук,
профессор,
ФГБОУ
ВО
«Государственный университет морского и речного флота
имени адмирала С.О. Макарова», кафедра двигателей
внутреннего сгорания и автоматики судовых энергетических
установок, профессор
Воловиков Артем Юрьевич
кандидат технических наук, ООО "Конструкторское бюро
"Союз", директор по развитию
Ведущая организация:
ФГАОУ ВО
«Санкт-Петербургский
национальный
исследовательский университет информационных технологий,
механики и оптики»
Защита состоится 15 июня 2016 г. в 12 час. 30 мин. на
заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при
Национальном минерально-сырьевом университете «Горный»
по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 1171а.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Национального минерально-сырьевого университета «Горный»
и на сайте http://www.spmi.ru.
Автореферат разослан 15 апреля 2016 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
БРИЧКИН
диссертационного совета
Вячеслав Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В передовых зарубежных странах
производство вторичного алюминия из ломов и отходов является
одним из развивающихся направлений металлургической отрасли и
позволяет заменить недостающее количество металла, а также
решить вопросы ресурсосбережения при высокой эффективности
производства. Переработкой алюминиевых отходов занимаются
сотни заводов, и главным потребителем сплавов из вторичного
алюминия является автопромышленность – 60%. Проявляется
тенденция к росту количества низкосортных отходов (шлаки,
профили, фольга, банки из-под напитков и т.д.). Важным путем
повышения экономической эффективности рециклинга алюминия
является снижение издержек, связанных с утилизацией
экологически опасных отходов при повышении эффективности
(выхода годного металла). Более низкие показатели удельного
расхода сырья и электроэнергии (на 40%) дают преимущество для
развития производства вторичных сплавов по сравнению с
электролизом алюминия.
В последнее время наблюдается тенденция роста
потребления вторичных алюминиевых сплавов и внутри стран
Карибского бассейна. Так, на Кубе отсутствует производство
первичного алюминия, но, с другой стороны, при большом
скоплении алюминиевых ломов и отходов производится их экспорт
в Канаду и Японию. В условиях возрастающего дефицита сырья для
получения алюминия актуальным является внедрение рациональных
и высокоэффективных схем подготовки и переработки отходов,
повышающих выход годного металла (ВГМ) и качество отливок.
Основной
причиной
неудовлетворительной
работы
предприятий второго передела является отсутствие координации
между оптимизационными расчетами и системой оперативного
контроля и управления. Существуют проблемы в решении
комплексной задачи мониторинга и управления производством
переработки алюминиевых отходов на основе прогноза текущей
технологической ситуации. Необходимо устранение недостатков
существующих автоматизированных систем управления на всех
переделах производственного («жизненного») цикла заготовки.
3
Развитию
процессов
автоматизации
и
управления
производства металлургических предприятий второго передела, а
также различным аспектам планирования и ресурсосбережения
посвящены исследования известных зарубежных и российских
ученых, как П. Брукер, В.Л. Максвелл, Д.С. Джонсон, С.А. Думлер,
Р. Беллман, С. Дрейфус, М. Шестопал, Г.Г. Куликов, А.В. Речкалов,
А.В. Шеер, Р. Канторович, В.С. Танаев, А.В. Курдюмов, Б.Б. Гуляев,
В.И. Москвитин, К. Шмитц, В.И. Никитин, Г.С. Макаров и др.
За последние 10-15 лет во всех странах резко возрос интерес
к проблемам построения высокоэффективных и надежных систем
диспетчерского управления и сбора данных с использованием
систем SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Это
связано с прогрессом в области компьютерной техники,
программного обеспечения и телекоммуникаций, что повышает
возможности и расширяет сферы применения автоматизированных
систем (АСУТП) в металлургии. С другой стороны, развитие
информационных технологий, повышение уровня автоматизации и
перераспределение функций между человеком и аппаратурой
обостряет проблему взаимодействия оператора с АСУТП. Для
идентификации связей между элементами производства, отражения
вариативности протекания процессов и выявления их проблем
необходимо создание режимов управления производством и
обеспечением ресурсами в виде технологических моделей. При
практической реализации разработанных моделей возникает
потребность многоуровневого программного обеспечения в среде
интегрированной системы управления предприятием.
Актуальным является разработка методологических основ
для создания рентабельного и высокотехнологичного производства
алюминиевых изделий, полученных из ломов и отходов, при
совершенных методах контроля, прогноза и автоматизации на всех
технологических операциях «жизненного цикла» продукции.
Работа выполнена в соответствии с постановлением
Правительства РФ от 8.10.2013 №891 «Об установлении квоты на
образование иностранных граждан и лиц без гражданства в
Российской
Федерации»,
и
повышению
квалификации
преподавателей из университетов Республики Куба.
4
Цель работы. Разработка модели оперативного мониторинга,
технологического прогноза и регулирования всех переделов в
производстве сплавов и лигатур из алюминиевых отходов с
рациональным обеспечением основными материалами в среде
интегрированной системы автоматизированного управления.
Основные задачи исследования:
- изучить влияние технологических параметров процесса на
качество сплавов и лигатур при переработке отходов и ломов на
всех стадиях производственного цикла;
- проанализировать технологические процессы с учетом
зарубежного опыта эксплуатации и проектирования производства
алюминиевых сплавов из отходов и ломов;
- провести научное обоснование контроля технологических
режимов переработки алюминиевых отходов с различной степенью
загрязненности для производства качественных заготовок из
алюминиевых сплавов с заданными свойствами;
- определить условия автоматизированного мониторинга
подготовительных переделов и создать формализованное описание
схемы управления плавильно-литейным комплексом для повышения
выхода годного металла при снижении количества дефектов
конечных изделий;
- разработать нейросетевую модель диагностики при
идентификации связей между элементами производства с учетом
вариативности протекания процессов переработки ломов и отходов;
- разработать
эффективную
систему
диспетчерского
управления и сбора данных с использованием систем SCADA в
производстве алюминиевых сплавов.
Научная новизна работы:
- обоснованы принципы классификации алюминиевых ломов и
отходов различной степени засоренности и определены параметры их
соответствия плавильному оборудованию;
- установлена рациональная схема процессов перехода
элементов шихты в расплав в условиях динамического равновесия, и
разработаны научные методы определения этапов мониторинга,
прогнозирования технологической ситуации, а также управляющих
5
воздействий во время процесса плавления, рафинирования и литья в
плавильных печах;
- получены зависимости влияния химического состава и
качества отходов и ломов на структуру, свойства и качество
алюминиевой
продукции для
эффективного
преобразования
информационных сигналов исходных ранжированных данных в
управляющее воздействие на процесс на каждом технологическом
переделе;
- создан комплекс нейросетевых моделей и программ для
расчета прогнозирования и управления параметрами в заданных
пределах при помощи интеллектуальных систем управления;
- разработана комплексная система диспетчеризации и контроля
технологическим процессом на всех этапах производства литых изделий
на базе программного пакета ЭВМ.
Основные защищаемые положения:
1. Структура, свойства и качество конечных изделий из
алюминиевых сплавов зависят от химического состава и степени
засоренности ломов и отходов, которые учитываются при выборе
печных агрегатов и регулировании параметров плавления,
рафинирования и литья в заданных пределах при помощи
интегрированных систем управления.
2. Повышение выхода годного металла при переработке
алюминиевых ломов и отходов и его качество обеспечивается
автоматизированным мониторингом, диагностикой и прогнозом
технологической ситуации на основе построения иерархической
системы диспетчеризации.
Практическая значимость работы:
- разработан
алгоритм
функционального
управления
плавильным и литейным комплексом в условиях вариативности
качества сырья для предприятий рециклинга алюминия;
- уточнены технические условия автоматизированного контроля
производства алюминиевых сплавов на литейно-механических заводах
EMNi и Maquimotor Республики Куба.
Личный вклад автора заключается в постановке целей,
формулировке задач и разработке методики исследований; в
проведении
анализа
научно-технической
литературы
по
6
производству алюминиевых сплавов из отходов и ломов с учетом
мирового опыта; выполнении лабораторных исследовании;
разработке информационных систем контроля качества литейной
продукции; адаптации принятых технических решений к
существующим условиям производства сплавов; научном
обобщении результатов.
Методика исследований. В работе использовались
экспериментальные и теоретические методы исследований, включая
проведение балансовых плавок тонкостенных и загрязненных ломов
в лабораторном триплекс комплексе (плавильная печь – миксер
рафинирования – ванна модифицирования и литья), в котором
выполнено физическое моделирование технологических процессов.
Для мониторинга параметров всех стадий процесса использовались
переносные рентгеновские камеры РАП-90-5 и сканирующие
камеры по поверхности брикетов, контактные термопары Fluke 51 II
и термопары ТХА. Фазовый состав образцов определен при помощи
дифрактометра Shimadzu XRD-6000, с использованием поисковой
системы рентгенофазовой идентификации материалов. Отходящие газы
анализировали с помощью масс-спектрометра Pfieffer Vacuum
Termostar GSD301T3 с интерпретацией измеренных масс-спектров.
Определение элементного состава образцов расплава проводили на
дифрактометре
ДИФРЕЙ-402.
Структурное
исследование
осуществлялось методами электронной микроскопии и рентгеновского
микроанализа на растровом микроскопе JSM-6460 LV (JEOL) с
аналитической приставкой INCA .
На отдельных этапах работы применялись отраслевые
методики, использовалась база данных для адаптации SCADA
системы в литейных производствах, а обработка результатов
исследования выполнялась с использованием стандартных
программных пакетов.
Обоснованность и достоверность научных положений,
выводов и рекомендаций обусловлена большим количеством
экспериментальных данных и количеством отобранных и
исследованных образцов различных плавок, статистической
обработки параметров действующего производства сплавов из
алюминиевых отходов по разработанным схемам логистики,
7
которые
доказываются
применением
аттестованных
и
апробированных
методик
проведения
экспериментальных
исследований
на
стендовом
оборудовании,
прошедшем
метрологическую
поверку
с
применением
современных
измерительных приборов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи в
журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и
науки Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из
введения, 4 глав и заключения, изложенных на 139 страницах.
Содержит 41 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 112
наименований.
Апробация
работы.
Результаты
теоретических
и
экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на
ХI Международной научно-практической конференции «Научный
поиск в современном мире», 2016, г. Москва; 7-ого Всероссийского
научно-технического семинара «Взаимодействие науки и литейнометаллургического производства», 2016, г. Самара.
Объем и структура работы:
Во введении обоснована актуальность темы исследований,
сформулированы цель и задачи, а также определены научная
новизна, практическая ценность работы, и основные защищаемые
научные положения.
В главе 1 представлен анализ мирового опыта и состояния
технологии переработки ломов и твердых отходов для производства
алюминиевых сплавов. Представлены современные алгоритмы и
модели управления производством алюминиевых сплавов, и
рассмотрены проблема и задачи, связанные с логистикой и
оперативными действиями в изменяющихся технологических
условиях при отклонении от заданных параметров. Проведено
аналитическое исследование способов эксплуатации и проведен
поиск
рационального
использования
оборудования
подготовительного цикла, плавильных печей и литейного
оборудования, изучены перспективные и ресурсосберегающие
схемы, предложены основные пути решения поставленных задач.
8
В главе 2 обоснован и выбран метод решения поставленных
задач, представлена схема лабораторной установки и способы
контроля технологических параметров, разработана методология
исследования процессов и обработки, полученных результатов.
В главе 3 приведены результаты исследований балансовых
плавок тонкостенного загрязненного лома и алюминиевых отходов с
целью получения качественной продукции. Определены значения
выхода годного продукта в зависимости от степени засоренности и
изменения технологических параметров плавки и литья. Получены
данные о структурной наследственности сплавов, обработанных в
различных условиях, определяющие условия выбора плавильного
оборудования и схемы переработки. Обоснованы алгоритмы
автоматизированного мониторинга и прогноза технологической
ситуации для эффективного управления процессом.
В главе 4 разработаны и обоснованы нейросетевые модели
прогнозирования и управления параметрами в заданных пределах.
Разработан алгоритм и программный пакет многофункционального
процесса для автоматизированного мониторинга, диагностики и
прогноза технологической ситуации на основе построение
иерархической системы диспетчеризации. Предложена логистическая
схема для эффективного и ресурсосберегающего управления
промышленным предприятием по рециклингу алюминия.
В заключении сформулированы основные выводы и
результаты проведенного исследования.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Структура, свойства и качество конечных изделий из
алюминиевых сплавов зависят от химического состава и
степени засоренности ломов и отходов, которые учитываются
при выборе печных агрегатов и регулировании параметров
плавления, рафинирования и литья в заданных пределах при
помощи интегрированных систем управления.
В связи с резким увеличением доли низкосортных ломов
имеется ряд предприятий, занимающихся рециклингом алюминия,
которые переплавляют алюминиевые банки, и другие виды
тонкостенных
ломов
с
лакокрасочными
покрытиями
в
9
отражательных пламенных печах (ОП), не принимая во внимание
специфику переплава данной шихты, без учета современных
экономических и экологических особенностей производства. Плавка
в ОП имеет ряд недостатков, к которым можно отнести
невозможность полной автоматизации процесса, отсутствие
управления атмосферой печи и контроля температуры, что
необходимо при переплаве ломов с лакокрасочными и
органическими покрытиями, которые опасны уже на стадии нагрева.
До начала процесса плавления отходов большое влияние на
конечный результат оказывает предварительная сортировка отходов
с последующей классификацией. Международным стандартом
ISO 9000 предусматривается 12 классов отходов алюминия. В
работе предлагается в подготовительном цикле при формировании
шихты для плавления на стадии подготовки шихты произвести
разделение (сортировку ломов) с последующей классификацией
после проведения рентгеновского контроля степени загрязненности.
В зависимости от суммарного эффекта влияния собранных входных
данных (степень засора, влага, химический состав, размеры)
выбирается логистика распределения шихты, которая учитывает
технические
возможности
при
выборе
соответствующего
плавильного оборудования для максимального ВГМ.
Рисунок – 1. Схема подготовки и плавления алюминиевых ломов и отходов
различных классов
10
Схема подготовительного и плавильного передела показана
на рисунке 1. Видно, что для низкосортных, мелких алюминиевых
отходов и шлаков с большим содержанием влаги, масел,
неметаллических включений и т.д., необходимо кроме сушки при
температурах 50-450оС перед прессованием проводить операцию
отжига алюминиевых отходов. Дальнейшая логистика производства
предусматривает операцию переливки металла из одной печи в
другую, для «промывки» печей, корректировки химического
состава, и для создания необходимого слоя металла.
Для обоснования выбранной схемы и технологии переплавки
алюминиевых отходов с большой степенью засора в лабораторных
условиях проводили балансовые плавки. Анализ состава
выделяющихся газов в виде химических соединений из
загрязненного алюминиевого лома выполняли после выдержки
подготовленных навесок алюминиевого скрапа при температуре
200оС и 450оС. Определение фазового состава образцов проводили с
помощью автоматизированного дифрактометра с системой
рентгенофазовой идентификации. Отходящие газы анализировали с
помощью масс-спектрометра. Выявлено, что при температурах от
200-350оС с поверхности алюминия выделяется значительное
количество опасных химических соединений (более 10).
Рисунок – 2. Масс-спектры выделившихся соединений при 300°C
Термогравиметрические
результаты
исследования
и
взвешивание указывают на то, что потери летучих соединений
11
составляют 3-4% от общих потерь алюминия, и по выходу наиболее
значимого компонента летучего компонента, например хлорбутана,
можно контролировать процесс нагрева (рисунок 2) уже на стадии
процесса подготовки шихтовых материалов.
Далее плавили отходы по традиционной схеме в
лабораторном триплекс комплексе. В качестве плавильного агрегата
выбрана индукционная печь ИАТ-12М. Изменяли слой металла в
тигле печи при плавлении дробленных алюминиевых банок, и
оценивали выход годного металла после каждой плавки (рисунок 3).
Рисунок – 3. Влияние слоя металла на выход годного
Выход годного металла изменялся от 75 до 92%.
Установлено, что плавить непрессованные мелкие загрязненные
отходы, а также стружку целесообразно в индукционных печах
(ИАТ) с заданным слоем металла. Влияние факторов
наследственности (количество неметаллических и газовых
включений, ликвация интерметаллидов, исходный химический
состав, температура плавления и литья, скорость литья) доказано
при помощи структурного исследования шлифов отливок, которое
осуществлялось методами растровой электронной микроскопии.
а
б
в
Рисунок – 4 . Микроструктура: а – отливка №1 (банки), б – отливка №2 (стружка),
в – отливка №3 (стружка после обжига)
12
Видно, что микроструктура отливки №1 принципиально
отличается от двух других отливок, т.к. содержит повышенное
количество железа, которое проявляется наличием большого
количества грубых игольчатых интерметаллических фаз типа
FeSiAl5 с размером 30-70 мкм (рисунок 4,а). Микроструктура
отливки №2 (рисунок 4,б), также как и отливки №3 (рисунок 4,в),
имеет разветвленные интерметаллические фазы типа AlFe(Si)Mn –
«китайский шрифт» размером 80-200 мкм. В отливке №3
проявляется дендритная структура более очевидно, это объясняется
тем, что литье проводили в жидко-твердом состоянии при высокой
скорости кристаллизации металла в изложнице.
Опытные плавки отходов позволили определить ранги и
факторы влияния (частоту, т.е. количество измерений за время
производства заготовки, шт/сутки) для создания информационной
системы 1 уровня – базы данных в библиотек - ЭБ (рисунок 5).
Рисунок – 5. Ранжирование показателей и параметров в зависимости от частоты
замеров: 1 – масса; 2 – температура на всех этапах цикла; 3 – химический состав;
4 – количество шлака; 5 – параметры системы водооборота; 6 – скорость литья
Ранжирование
параметров мониторинга производства
«жизненного цикла» литой заготовки с учетом их частоты
измерений и корректировки (количество измерений в сутки)
позволило
разработать
алгоритм
и
построить
модель
интеллектуальной системы управления процессом с учетом
диагностики технологической ситуации с обучающей выборкой для
обеспечения работы в заданных пределах (рисунок 6).
13
Рисунок – 6. Блок-схема алгоритма функционирования интеллектуальной системы
диагностики
Алгоритм адаптации модели в диагностической системе
заключается в обновлении выходных данных, содержащихся в
обучающей выборке с входными данными, поступающими в
результате наблюдения за ходом технологического процесса, и
повторном обучении сети в случае, если ошибка диагностики
технологической ситуации недопустимо велика. Благодаря такому
сочетанию система получает способность на начальном этапе
функционирования производить диагностику технологии.
Таким образом, степень засоренности ломов, первичный
химический состав, предварительный режим нагрева перед
плавлением, температурные режимы и условия литья (выбор
печного оборудования) в которых он проводится, определяют
уровень наследственных структурных признаков готовых отливок и
14
их качество. Результаты экспериментов являются основанием для
перевода переплавки вторичного сырья с лакокрасочными
покрытиями с подовых отражательных печей на более
технологичные плавильные мощности, т.е. барабанные роторные
наклонные печи (РНП) и индукционные печи (ИАТ).
2. Повышение выхода годного металла при переработке
алюминиевых ломов и отходов и его качество обеспечивается
автоматизированным мониторингом, диагностикой и прогнозом
технологической ситуации на основе построения иерархической
системы диспетчеризации.
Ключевыми задачами повышения качества плавильного и
литейного производства являются контроль и управления процессом
в заданных пределах с учетом показателей и параметров исходных
материалов,
а
также
текущий
мониторинг
режимов,
прогнозирование неисправностей работы оборудования и
оперативное выявление некачественных материалов. Эти задачи
решаются
с
помощью
применения
многоуровневой
интегрированной компьютерной сети системы контроля и
диспетчеризации процесса производства переработки ломов и
отходов (SCADA системы).
В работе для многоуровневой диспетчеризации в SCADA
системе предложено запатентованное решение (SITDF) информационная система поддержки принятия решений для
технико–экономического
регулирования
на
всех
уровнях
«жизненного цикла» литой заготовки (рисунок 7).
Разработанная методика позволяет оперативно осуществлять
обработку информации и формировать рациональные варианты
управляющего воздействия на систему после обработки базы
данных электронных библиотек. Все операции проводятся при
развертывании SCADA системы.
15
Рисунок 7 – Диаграмма программного обеспечения (SITDF) - SCADA
Система функционирует следующим образом. SITDF
принимает данные о шихтовых материалах со склада (вес,
химический состав, категория ломов), преобразует их в программе
ConCal; и далее выдает выходной сигнал (управляющее
воздействие) с корректировками в план производства и программное
обеспечение плавильного и литейного производства. Из системы
(электронных библиотек - ЭБ) периодически выходят техотчеты и
экономические результаты (оцененный текущий материальный
баланс) всего производства в отдел поставок.
В разработанных модулях системы SITDEF используется
комбинированный
метод
структурного
и
объектноориентированного
проектирования
с
прототипированием
функциональных задач управления. Развитие современных
16
компьютерных
систем
управления
и
телекоммуникации,
построенных на базе сетевых ПЛК - программируемых логических
контроллеров (фиксирование температурного режима печей), ПИДрегуляторов (управление давлением и нагрузкой в системах
электрообеспечения) и персональных компьютеров (передача и
преобразование данных). При этом телекоммуникационная система
мониторинга, обладая мощными вычислительными ресурсами,
применяется для решения следующих задач: визуализация
состояния элементов технологической системы, документирование
параметров процесса в ЭБ и программирования (соответствие базы с
управляющими воздействиями). Для разработки приложения было
использовано приложение Borland Delphi 5.7., которое имеет
мощную визуальную среду разработки приложений, и является
одним из таких инструментов, как RAD, то есть быстрой разработки
приложений и программирования с использованием компилятора.
Система состоит из 4-х основных модулей. Первый
позволяет
осуществлять
сбор
фиксированной
первичной
информации 1 уровня (осмотр, взвешивание, классификация, сушка,
отжиг). Другой служит для сбора переменной информации, которая
используется для технико-экономического управления. При помощи
третьего модуля выполняется обработка информации с
использованием SQL (Structured Query Language) и формируются
отчеты для анализа и поддержки принятия решений. Модуль 4
предназначен для визуального отображения результатов расчетов и
поддержки принятия решений.
Для работы с указанными модулями в системе предусмотрен
вывод следующих окон: диалоговое окно для ввода пароля; главное
меню; формы для ввода «фиксированных» и «переменных»
первичных данных и другие формы (рисунок 8).
17
Рисунок – 8. Окна переменных и вывод графической информации HMI
Разработанная система позволяет осуществлять сбор
информации через 15 стандартных таблиц (электронных библиотек),
7 из которых отвечают за сбор первичных фиксированных
(входных) данных в стадии подготовки шихты, и переменных
параметров при плавлении и литье, которые меняются в течение
временных периодов, таких как дни, недели и месяцы. Так
электронной библиотеке №1 (ЭБ-1-1) первого уровня сохраняются
общие характеристики всех шихтовых и вспомогательных
материалов, используемые в процессе переработки отходов. Во
второй (ЭБ-2-1) собираются и архивируются данные для
материалов, участвующих исключительно в процессе плавки и
литья, так как другие используемые материалы не обладают этими
характеристиками. В третьей и четвертой (ЭБ-3-4-1) собраны
данные текущем химическом составе сплавов. Таблицы 5-6 (ЭБ-5-72) на втором уровне используются для хранения норм и стандартов
материалов плавки, которые контролируются по каждому сплаву. В
них хранится номенклатура, вес и химический состав, в которой
формируется информация, получаемая посредством контроля
потребления материалов, не участвующих в плавке. В сводных
таблицах третьего уровня (ЭБ-1-3) через систему телекоммуникации
поступает основная сводная информация по используемым печам
18
(выход годного металла; идентификатор плавки; наименование
печи; емкость печи; расход энергии и материалов печи).
Информационный поток, собранный по уровням является основой
для получения отчетов, которые проверяются на адекватность
заданных значений для поддержки принятия решений. Вторичная
информация включает в себя «фиксированные» данные и
переменные, которые могут варьироваться для оптимизации.
Согласно данным опытно-промышленных испытаний метод
управления технологическим процессом с обучающей выборкой при
автоматической обработке результатов технологических процессов,
их анализе и формировании вероятностных моделей на различных
этапах иерархической АСУ позволяет повысить эффективность
процесса. При снижении расходных материалов на 10-15% выход
годного металла составляет 92,5%. Предполагаемый экономический
эффект для предприятия с учетом использования оборудования
систем SCADA, производительностью 12 тыс. тонн в год составляет
1,5 млн. $ США. Срок окупаемости – 16 месяцев.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе приведены теоретические и
экспериментальные исследования, на основании которых были
получены и научно обоснованы следующие научно-технические
результаты и выводы:
1. Обоснованы принципы и параметры для классификации
алюминиевых ломов и отходов различной степени засоренности и
их соответствие плавильному оборудованию при плавлении.
2. Установлена рациональная схема процессов перехода
элементов шихты в расплав и разработаны научные методы
определения
этапов
мониторинга,
прогнозирования
технологической ситуации и управляющих воздействий процесса
плавления в печах в условиях динамического равновесия.
3. Получены зависимости влияния химического состава и
качества отходов и ломов на структуру, свойства и качество
алюминиевой продукции для эффективного преобразования
информационных сигналов в управляющее воздействие на каждом
технологическом переделе.
4. Установлено, что степень засоренности ломов, первичный
химический состав, предварительный режим нагрева перед
19
плавлением, температурные режимы и условия плавки (выбор
печного оборудования), определяют уровень наследственных
структурных признаков отливок, а также их механические свойства.
5. Разработан алгоритм и правила функционального
управления температурными режимами плавильных печей при
помощи ПИД-регуляторов в условиях вариативности качества
сырья.
6. Определены условия автоматизированного мониторинга
технологических переделов (сортировка ломов, подготовка шихты,
плавление, рафинирование, литье) для повышения выхода годного
металла при снижении количества дефектов литейных изделий, при
ранжировании показателей (масса, температура, химический состав,
скорость литья и т.д.).
7. Созданы нейросетевые модели диагностики при
идентификации связей между элементами производства при
отражении вариативности протекания процессов переработки
алюминиевых отходов и выявления их проблемных мест.
8. Определены условия автоматизированного мониторинга
переделов для повышения выхода годного продукта при снижении
количества дефектов литейных изделий, ранжирования показателей
(масса, температура, химический состав, скорость литья и т.д.).
9. Построена система диспетчерского управления и сбора
данных с использованием систем SCADA для действующего
производства алюминиевых сплавов и лигатур, позволяющая
повысить выход годной продукции.
Содержание работы отражено в следующих основных
публикациях:
1. Гарсия Л.М. Автоматизация процессов управления
литейным производством на промышленном предприятии
Республики Куба / Л.М. Гарсия, А.К. Николаев // ЗАО «АЛКОР»
ПИ, -М.: Журнал «Научное обозрение». 2015. № 22, С. 399-403.
2. Ибрагимов В.Э. Плавка тонкостенного лома с
лакокрасочными покрытиями для получения алюминиевого сплава /
В.Э. Ибрагимов, Л.М. Гарсия, В.Ю. Бажин// Международный
научно-исследовательский журнал. №1 (18), Ч.2, Екатеринбург:
2016. С.62-65.
20
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
895 Кб
Теги
эффективность, отходов, контроля, автоматизированной, переработки, управления, повышения, алюминиевые
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа