Software development for diagnostics of deviation type of blast furnace from normal mode.pdf Современный процесс выплавки чугуна в доменной печи подвержен влиянию многих переменных контролируемых и неконтролируемых факторов, которые вызывают нарушения хода печи и ее теплового состояния и требуют высокой квалификации технологического персонала при управлении доменной плавкой. Одним из способов диагностики и управления ходом доменной печи в настоящее время является использование экспертных систем, включающих в себя как детерминированные знания о процессе, так и формализованный практический опыт специалистов-доменщиков. В общем случае такие системы должны иметь навыки суждений о ходе доменной плавки по различным признакам, правильно анализировать их и помогать производственному персоналу своевременно предупреждать возможные отклонения от нормального режима, применяя различные технологические приемы воздействия на ход доменной плавки. Для этих целей существует множество математических моделей, но в большинстве случаев их основной проблемой является недостоверность значений входящих в них параметров. До сих пор актуальными остаются вопросы создания информационно-логической системы распознавания вида отклонения доменной плавки от нормального режима. Логические основы распознавания вида отклонения от нормального режима доменной плавки изложены в работах [1-15]. Для анализа данных, необходимых для выявления расстройства хода печи, необходимо в комплексе рассмотреть показатели плавки и работу печи в целом. Делая вывод на основе данных о химическом составе газа, качестве материалов, тепловом состоянии печи и других сведений об условиях плавки, необходимо выявить основные факторы и увязать их с изменениями технологических параметров. Целью контроля над ходом доменной печи является своевременное принятие мер для установления причин расстройства печи и восстановления нормального хода в максимально короткие сроки. Поэтому главными задачами являются предупреждение нарушений и наиболее быстрое восстановление нормальной работы печи в случае их возникновения. 1. Постановка целей Разработанный программный продукт проводит анализ работы печи по таким параметрам, как: температура периферийных газов, температура газов по газоотводам печи, параметры дутья, колошникового газа и перепады давления, а также распределение температур по диаметру колошника и состав продуктов доменной плавки. На основе значений этих параметров проводится расчет, результатом которого является вывод о состоянии хода печи и в случае отклонения - о возможной причине нарушения хода. Программа предназначена для оперативного предоставления производственному персоналу полного объема информации о ходе процесса плавки. Ее использование позволит упростить управление технологическим процессом, повысить эффективность производства, уменьшить вероятность простоев оборудования и аварий. 2. Функциональное моделирование Первым этапом в разработке программного продукта было создание функциональной модели. Ее разработка была выполнена в программе AllFusion Process Modeler (BPwin) по стандарту IDEF0 (Integrated computer aided manufacturing DEFinition) [16]. Использование методики IDEF0 позволило создать функциональную структуру программного комплекса, выявить производимые им действия и связи между этими действиями, управляющие воздействия и механизмы выполнения каждой функции, что в конечном итоге позволило на ранней стадии проектирования предотвратить возможные ошибки. Общее количество декомпозированных блоков функциональной модели составляет 90. Фрагмент диаграммы 1-го уровня функциональной модели подсистемы прогнозирования возникновения отклонений в ходе доменной плавки, представленный на рис. 1, включает следующие функции: - Сбор и первичная обработка данных (А1) - обеспечивает автоматическое наполнение системы данными из АСУ ТП и корпоративной информационной системы (КИС). Сбор первичных данных производится в строго регламентированные моменты времени, которые установлены согласно требованиям инженерно-технологического персонала доменного цеха. Выходная информация служит источником для всех других подсистем. - Определить признаки нормальной работы доменной печи (А2) - обеспечивает пересчёт и анализ признаков отклонения параметров: отклонение расхода дутья; отклонение давления дутья; отклонение температуры дутья; отклонение общего перепада давления; отклонение нижнего перепада давления; отклонение верхнего перепада давления; окружную неравномерность температуры газа; распределение температуры колошникового газа; отклонение усредненной температуры колошникового газа; отклонение содержания Si в чугуне; отклонение содержания CO2 колошникового газа; отклонение температуры чугуна; отклонение основности шлака. - Определить признаки отклонения от нормального режима доменной плавки (А3) - обеспечивает пересчёт и анализ таких отклонений, как: периферийный газовый поток; центральный газовый поток; горячий ход плавки; холодный ход плавки; тугой ход плавки; верхние подвисания шихты; нижние под-висания шихты; количество срабатываемых подач. - Формирование рекомендаций по технологии ведения доменной плавки (А4) выполняется на основании выявленных отклонений и происходит формирование рекомендации по корректировке ведения плавки. Рис. 1. Первый уровень функциональной модели информационной системы по распознаванию видов отклонений доменной плавки Результаты функционального моделирования позволили в дальнейшем перейти к следующим этапам разработки системы - созданию архитектуры и реализации программного обеспечения системы. 3. Создание программного обеспечения Следующим этапом в создании программного продукта является определение его архитектуры. На рис. 2 продемонстрирована архитектура программного обеспечения информационной системы, в которой выделены основные компоненты ее программной реализации. Рис. 2. Архитектура программного обеспечения Архитектуру программного продукта условно можно разделить на несколько частей, первая представляет собой математическую библиотеку на основе проведенных и формализованных расчётов. Используя предварительно обработанный набор данных, расчётный модуль выполняет начальную стадию вычислений, суть которой заключается в том, чтобы проанализировать максимум возможных параметров, влияющих на возможность того или иного нарушения процесса плавки, а затем выполняет финальный расчет, на основании которого можно будет сделать вывод о наметившейся тенденции к определенному типу отклонения хода плавки. Вторая часть - это модуль, ответственный за работу с базой данных; он решает такие задачи, как обеспечение приложения данными в режиме реального времени, фильтрация данных, их усреднение и предоставление в том виде, в котором их можно было бы использовать в алгоритме. Другая часть представляет пользовательский интерфейс, который заключает в себе основные функции для слежения за состоянием хода доменной печи. На текущий момент эта часть реализована в виде настольного приложения, однако благодаря такому архитектурному подходу в любой момент презентационная логика может быть легко реализована, например, в виде web-приложения или службы, уведомляющей о состоянии печи посредством мобильных устройств. Программное обеспечение «Распознавание вида отклонений доменной плавки» разработано в соответствии с современными принципами построения прикладных программ (функциональность, расширяемость, интеграция с базами данных, интуитивно-понятный пользовательский интерфейс, безопасность, оценивание информации). Программный модуль является частью системы оптимизации технологического процесса доменной плавки, входит в состав автоматизированной информационной системы анализа и прогнозирования производственных ситуаций доменного цеха ОАО «ММК» и предназначен для инженерно-технологического персонала. В основе программной реализации лежит технология .NET, что дает дополнительную свободу при выборе платформы, а также языка программирования. Программный продукт написан на языке C# с использованием среды разработки Microsoft Visual Studio 2012 [17]. 4. Описание программного продукта Программный продукт производит следующие действия. Сначала программа загружает из базы данных значения параметров, используемых в расчёте, в частности температуру газов по газоотводам печи, температуру периферийных газов, параметры дутья, параметры колошникового газа и перепады давления, распределение температур по диаметру колошника, состав жидких продуктов доменной плавки. Далее используется созданная математическая библиотека, с помощью которой пересчитыва-ются и анализируются значения признаков и весовых функций. Для удобства использования рассматриваемые признаки объединены в следующие группы: - признаки, характеризующие дутьевые параметры; - колошниковый газ; жидкие продукты плавки; режим загрузки материалов. Программа производит расчёт весовых функций для распознавания вероятности: - нормального режима работы доменной печи; - нарушения устойчивости газового потока (наличие периферийного или центрального газового потока); - нарушение теплового режима доменной плавки (горячий или холодный ход); - нарушение ровного схода шихты в доменной печи (тугой ход, верхнее или нижнее подвисание шихты). Результат вычисления весовых функций, свидетельствующий о вероятности наличия или отсутствия соответствующих отклонений в ходе доменной плавки, предоставляется пользователю в численном и графическом виде. В качестве примера на рис. 3 представлено главное окно программы, в котором отражено состояние работы доменной печи. При анализе учитываются три типа нарушений: нарушения теплового режима, нарушения газового хода и нарушения режима схода шихты. Для каждого из отклонений указано его состояние, а также есть возможность предоставления подробной информации по отклонению. На форме, изображенной на рис. 3, в виде графиков показана информация о параметрах, влияющих на вероятность возникновения определенного отклонения. Рис. 3. Фрагмент окна программного обеспечения для распознавания вида отклонений доменной плавки от нормального режима Заключение Разработанный программный продукт позволяет пользователю оперативно выявлять наличие отклонения от нормального хода плавки и определять его тип по фактическим данным работающей печи, предоставляет ему возможность в любой момент просмотреть графическую информацию по каждому из параметров, используемых при расчете отклонений. Использование информационно-логической системы помогает производственному персоналу осуществлять диагностику хода печи в режиме реального времени, а также решать оперативные задачи управления технологией доменной плавки.

Скачать электронную версию публикации