- Научную новизну работы составляют: - результаты обобщения анализа теоретических и практических принципов построения САУ и оптимизации технологическими процессами в сквозной схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», которое заключается в выявлении наличия общих для всех процессов автоматизации свойств, а именно -- статические характеристики всех технологических процессов рассматриваемой в работе схемы производства стали имеют унимодальную экстремальную зависимость между управляющими и управляемыми параметрами, экстремум которых непрерывно дрейфует под воздействием неконтролируемых возмущений, что является основанием для признания перспективности создания корпоративных адаптивных САУ, обладающих свойствами динамического поиска и поддержания экстремальных и оптимальных режимов функционирования процессов в сквозной технологической схеме производства стали;
- методология научного обоснования и доказательств несовершенства применяемых ГОСТов и инструкций по отбору проб и контролю химического состава и количества каждого вида ЖРС с усреднением в мощном его потоке (до 500 тонн/час), заключающаяся в определении частоты отбора, суммарной массы отобранных проб из условия удовлетворения критериям достоверности результатов контроля с учетом инерционности процесса металлургической переработки мощного потока шихты;
- на уровне изобретения России (патент № 2373527 Бюлл. изобретений № 32 от 20.11.2009 г.), разработан новый промышленный автоматический комплекс (ПАК) для непрерывного контроля химического состава и количества каждого вида ЖРС в мощном потоке на движущейся транспортерной ленте, обеспечивающий повышение точности контроля не менее чем в 2,5 раза, быстродействия в 5 раз и достоверности 98 % (установлено, что действующие аналоги имеют достоверность до 70 - 80 %);
- алгоритмы функционирования созданных ПАК, корпоративных САУ энергетическими и температурными режимами, САОУ и алгоритм подпрограммы формирования сигналов информации о химическом и количественном составе каждого вида сырья ЖРС в бункере, а также алгоритм формирования аварийных сигналов, автоматически вынуждающих разгрузку расходного бункера;
- результаты разработки и проведения промышленных испытаний предложенной автором корпоративной АСУТП-АФ4, главную обратную отрицательную связь, включающую созданный ПАК с алгоритмами его функционирования и с подтверждением высокой точности (±2 %) автоматического поддержания основности готовой шихты, что обеспечивает снижение расхода кокса на 1,0 %;
- результаты теоретических исследований, доказывающие, что для автоматической оптимизации электрического режима АПК с 3-х фазной ДСП переменного тока, целесообразно реализовать корпоративную САУ по двухконтурной схеме с использованием стабилизирующего и оптимизирующего контуров САУ, а в качестве целевой функции - максимальную производительность АПК. При этом установлено, что с использованием разработанной комплексной математической модели электрической дуги и исполнительного гидравлического механизма привода электрода ДСП в качестве стабилизируемого электрического параметра предпочтительно использовать напряжение дуги или величину полного сопротивления короткой цепи, т.к. только в этих случаях исключается нежелательное взаимовлияние падений напряжений на дугах фаз;
- обоснование перспективности предложенного программно реализованного варианта корпоративной динамической поисковой системы автоматической оптимизации управления (САОУ) шагового типа, обеспечивающего удовлетворительные показатели качества в условиях действия стохастических и трудно прогнозируемых возмущений; - результаты исследования процессов оптимизации управления энергетическим режимом АПК на разработанных математических и физических моделях с подтверждением эффективности работы универсального программно реализованного варианта САОУ, а именно - доказано сокращение времени изучения работоспособности и эффективности САОУ не менее чем в 4 раза по сравнению с испытаниями на реальном объекте и возможность использования его в качестве тренинговой установки для операторов и наладчиков; - результаты научного обоснования выбора эффективных параметров оптимизации циркуляционного рафинирования стали, а именно - в режиме вакуумно-кислородном рафинировании (ВКР) в качестве оптимизируемого параметра эффективно принять величину давления в вакуум-камере при постоянной пониженной производительности вакуумных насосов, а в режиме основного вакуумирования «ВАК» в качестве оптимизируемого параметра целесообразно принять величину расхода отходящих из вакуум-камеры газов, удаляемых из металла при максимальной производительности пароэжекторных насосов;
- доказана высокая эффективность использования синтезированной универсальной двухкон-турной системы управления процессом циркуляционного вакуумирования, оптимизирующий контур которой функционирует с разработанными поисковыми алгоритмами экстремального регулирования, а при синтезе оптимизирующего алгоритма экстремального регулирования в качестве информационного входного сигнала использована скорость изменения оптимизируемого параметра и предложенный принцип подачи управляющего воздействия на остановку ИМ в момент достижения экстремума изменения скорости оптимизируемого параметра. Установлено, что такой принцип компенсирует негативные влияние инерционности и запаздывания оптимизируемого процесса на эффективность функционирования и исключает периодический режим работы поисковой динамической САОУ технологическим процессом; - принцип построения корпоративной САУ - ДСП, заключающийся в том, что при синтезе оптимизирующего алгоритма управления перспективно использовать статистической метод экстремального регулирования на основе нечетких функций, обеспечивающий формирование управляющего значения коэффициента корреляции между случайными величинами: входным поисковым управляющим воздействием и откликом на это воздействие оптимизируемого параметра технологического процесса;
- результаты, полученные математическими и физическими исследованиями программной реализуемости и работоспособности корпоративной (универсальной по структуре) САОУ при использовании реальных технических средств компьютерной автоматики, подтвердившие прогрессивность предложенных методов поисковой динамической оптимизации управления инерционным с запаздыванием процессов циркуляционного вакуумирования на различных режимах внепечной доводки стали;
- разработанные, теоретически и экспериментально обоснованные два новых метода построения САУ температурным режимом жидкой стали в мощных электродуговых АПК, причем:
- первый из них адаптирован к условиям доводки стали в мощных АПК, ориентированный на программную реализацию с использованием микропроцессорного управляющего контроллера и расчетный способ контроля текущего температурного состояния жидкой стали с использованием многозонной термопары, установленной внутри футеровки ДСП;
- второй метод основан на самонастройке жестко заданных программных параметров процесса внепечной доводки стали, при одновременной адаптации экстремальных характе ристик печного трансформатора по критериям минимизации времени пребывания жидкой стали под током дуги электродов, поиска и поддержания на них максимальной мощности в условиях неконтролируемых возмущений. Предложенный подход реализован на САУ мощ ной электродуговой АПК, для которой теоретически получены функционалы критериев управления и оценки эффективности, а также функции переключения ступеней печно го трансформатора по прямым непрерывным тепловизорным измерениям температу ры жидкой стали и остаточной толщины огнеупорной футеровки ДСП в зоне электро- дуг фаз (патенты России: № 2366936 - опубл. в Бюлл. № 25 от 10.09.2009 г.; № 2368853 - Бюлл. № 27 от 27.09.2009 г., а также патенты по заявкам: №2009125355 от 03.07.2009 г. и №2010112817 от 05.04.2010 г.);
- результаты испытаний и реализации обоих методов подтвердившие: первый метод обеспечивает точность измерения и управления температуры жидкой стали ±13 °С (типовая термопара разового пользования гр. ТПП имеет точность ±22,5 °С), но имеет достаточно низкое быстродействие; второй метод обеспечивает: безопасность и высокое быстродействие; непрерывное измерение и управление температуры жидкой стали с точностью ±8,5 °С; снижение тепловых потерь на 5...8%, удельных затрат электроэнергии на 3...496, увеличение производительности АПК на 1,5.. .2% за одну загрузку АПК, а также многократно упрощает непрерывный автоматический контроль огнеупорной футеровки АПК одним тепловизором.
- В диссертации с единых позиций ТАУ нестационарными процессами одновременно разработаны новые автоматические средства прямого автоматического контроля параметров технологических процессов в схеме «шихтоподготовка - электросталеплавильные переделы - внепечная доводка стали», и на их основе созданы научно обоснованные прогрессивные системы автоматической оптимизации и управления с учетом экстремальных и дрейфующих характеристик управляемых процессов, внедрение которых решает важную актуальную научно-техническую проблему обеспечения безопасности обслуживающего персонала, снижения электроэнергии, кокса, повышения производительности агрегатов и оптимизации режимных параметров технологических переделов в сквозной схеме производства стали.
1.Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г. Инженерные основы расчета быстродействия обмена ин-формацией в управляющей системе при различной конфигурации сети связи // Известия ВУЗов «Цветная металлургия», № 6, 2006 г. – С. 65 – 69.
2.Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Усачев М.В., Ишметьев Е.Н. Выбор параметра для опти-мизации электрического режима дуговых печей переменного тока // Математика. Прило-жение математики в экономических, технических и педагогических исследования: Сб. н. тр. Выпуск 4 Магнитогорск: МГТУ, 2006 г. – С. 188 – 191.
3.Мамонтов Д.В., Алкацев М.И., Ишметьев Е.Н. Автоматизированное моделирование ме-таллургических процессов с использованием методов теории подобия (П-теоремы) // Изв. ВУЗов «Цветная металлургия», М., № 4, 2006 г., с. 36 – 38.
4.Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Ишметьев Е.Н. Динамическая оптимизация циркуляци¬онного вакуумирования стали // Электротехнические системы и комплексы: Межвузов¬ский сб. научных трудов. Вып. 14. – Магнитогорск: МГТУ, 2007. – С. 210 – 215.
5.Ишметьев Е.Н., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г. Исследование оптимального управления процессом циркуляционного вакуумирования // Изв. ВУЗов «Черная метал-лургия», № 3, 2007. С. 52 – 55.
6.Парсункин Б.Н., Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г., Усачев М.В. Система автоматической оп-тимизации управления энергетическим режимом при доводке стали в печь-ковш // Элек-тротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. трудов. Выпуск 14 – Магнито¬горск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. – С. 220 – 228.
7.Ishmet’ev E.N., Andreev S.M., Parsunkin B.N., Salikhov Z.G. Optimal Control of Circulatory Vacuum Treatment // Известия ВУЗов «Черная металлургия», № 3, 2007 г. P. 238 – 242.
8.Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н., Рутковский А.Л., Алехин В.И., Салихов М.З. Асимптотиче¬ские методы регуляризации сингулярно-возмущенных стахостических задач оптимально¬го управления // Известия ВУЗов «Черная металлургия», М., № 1, 2008 г. С. 60 – 63.
9.Ishmet’ev E.N., Alox N., Volkov A., Sokolov A. On-line X-Ray Fluorescence analysis of Jron-ore mixture ona conveyor Belt // Book of Abstracts, EXRS – 2008 European Conference on X-Ray Spectrometry, 16-20 June 2008, Cavtat, Dubrovnik, Croatia. Zagreb, 2008. – P. 50.
10.Salikhov Z.G., Ishmet’ev E.N., Rutkovskii A.L., Alekhin V.I., Salikhov M. Z. Asymptotic Re-gularization Methods in Singularly Perturbed Stochastic Optimal-Control Problems // Известия ВУЗов «Черная металлургия», № 1, 2008 г. –P. 17 – 20.
11.Ишметьев Е.Н., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г., Усачев М.В. Оптимизация энергетического режима работы электродуговой печи // Изв. ВУЗов «Черная металлур¬гия», № 5, 2007. – С. 23 – 27.
12.Ishmet’ev E.N., Andreev S.M., Parsunkin B.N., Salikhov Z.G. Optimal Control of Circulatory Vacuum Treatment. // Изв. ВУЗов «Черная металлургия», М.: № 3, 2007, p. 238 – 242.
13.Ишметьев Е.Н., Зыков И.Е. Разработка модели нечетной логики и регулятора для управ-ления процессом плавки медного сульфидного концентрата в печи Ванюкова // Известия ВУЗов «Цветная металлургия», М: 2009, №1. – С. 56 – 58.
14.Ишметьев Е.Н., Ушеров А.И., Алов Н.В. и др. Основной источник погрешностей при рен-генофлуоресцентном анализе железорудных смесей // Заводская лаборатория. 2009. № 3. – С. 25 – 26.
15.Ишметьев Е.Н., Парсункин Б.Н., Андреев С.М., Салихов З.Г., Ахметов У.Б., Михальченко Е.С. Интенсификация нагрева расплава при оперативном управлении энергетическим ре¬жимом ДСП по оценке температуры жидкого металла // Изв. ВУЗов «Черная металлур¬гия», № 7, 2009. – С. 59 – 63.
16.Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г., Щетинин А.П., Будадин О.Н. Автоматическая диагностика эксплуатационного состояния опасных зон пирометаллургического агрегата // Изв. ВУ¬Зов «Черная металлургия», № 1, 2010 г. – С. 58 – 61.
17.Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н. АСУ температурным режимом доводки стали в электроду¬говом агрегате «печь-ковш» // Автоматизация в промышленности М.: Изд. «ИнфАвтома-тизация» при ИПУ РАН, № 4, 2010. С. 10 – 14.
18.Ишметьев Е.Н., Алов Н.В., Волков А.И., Ушеров А.И. Непрерывный ренгенофлуорес-центный анализ железорудных смесей в производстве агломерата // Журнал аналитиче¬ской химии. 2010. том 65, № 2. – С. 173 – 177.
Монографии
19.Ишметьев Е.Н., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г. Автоматизация и оптимиза¬ция управления технологическими процессами внепечной доводки стали // Монография. Изд. МГГУ, г. Магнитогорск, 2008 г. – С. 311.
20.Салихов З.Г., Будадин О.Н., Ишметьев Е.Н., Щетинин А.П., Троицкий-Марков Т.Е., Аб¬рамова Е.В. Инженерные основы теплового контроля. Опыт промышленного применения // М. Издательский дом «Учеба» МИСиС. 2008, 476 с.
Патенты
21.Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г., Соколов А.Д., Ушеров А.И., Ушерова Е.В., Хажеев Д.Д. Автоматический комплекс для непрерывного контроля химического состава и количества движущихся металлосодержащих смесей // Патент № 2373527. Бюллетень открытий и изобретений № 32 от 20.11.2009 г.
22.Салихов З.Г., Будадин О.Н., Щетинин А.П., Ишметьев Е.Н. Способ диагностики эксплуа-тационного состояния фурменной или опасной зоны пирометаллургического агрегата // Патент РФ № 2366936. Бюллетень открытий и изобретений № 25 от 10.09.2009 г.
23.Салихов З.Г., Афанасьев А.Г., Ишметьев Е.Н., Салихов К.З., Орешкин С.А. Способ авто-матического контроля верхнего уровня шлаковой фазы и границы раздела шлаковой и металлической фазы в ванне металлургической печи // Патент № 2368853. Бюллетень от-крытий и изобретений № 27 от 27.09.2009 г.
24.Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г., Щетинин А.П., Салихов К.З. Устройство контроля темпе¬ратуры в электродуговой печи // Патент России по заявке № 2009125355 от 03.07.2009 г. Интернет «ФИПС».
25.Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н., Топоров В.И., Салихов К.З. Устройство автоматического контроля температуры жидкого металла в реакционной емкости и изменения толщины огнеупорной футеровки электродуговой печи // Патент по заявке № 2010112817 от 05.04.2010 г.
Публикации в других изданиях
26.Ишметьев Е.Н. Алгоритм математического моделирования оптимальной величины функ-ционала эффективности АСУ // Доклад на международной конференции «Моделирова¬ние, идентификация, синтез систем управления». 16-23 сентября 2006 г., по. Канака, АР Крым.
27.Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н., Ушеров А.И., Ушерова Е.В., Волков А.И. Промышленный автоматический комплекс для непрерывного контроля химического состава железоруд¬ных смесей на движущейся ленте // Труды IV международной научно-практической конференции «Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машино¬строении», ГТУ «МИСиС», М., 3-4 апреля 2008 г. – С. 317.
28.Ишметьев Е.Н., Щетинин А.П., Павлов В.В. Тепловой контроль эксплуатационного со¬стояния фурменной или опасной зоны пирометаллургического агрегата // «Моделирова¬ние, идентификация, синтез систем управления». Сб. тезисов XI Международной научно-технич. Конференции 14-21 сентября 2008 г. Москва-Донецк.С. 129 – 132.
29.Ишметьев Е.Н., Баранов С.В., Будадин О.Н. Тепловой контроль и диагностика техниче¬ского состояния плоских нагревательных элементов в реальных условиях эксплуатации с оценкой их остаточного ресурса // «Моделирование, идентификация, синтез систем управления». Сб.тезисов XI Международной научно-технич. Конференции 14-21 сентяб¬ря 2008 г. Москва-Донецк. – С. 136 – 137.
30.Ишметьев Е.Н., Будадин О.Н., Топоров В.И. Тепловой контроль безопасности эксплуата¬ции силовых электрических кабелей и электропроводки // «Моделирование, идентифика¬ция, синтез систем управления». Сб.тезисов XI Международной научно-технич. Конфе¬ренции 14-21 сентября 2008 г. Москва-Донецк. С. 137 – 140.
31.Салихов З.Г., Ишметьев Е.Н., Рутковский А.Л., Алехин В.И. Математическое моделиро¬вание сингулярно-возмущенных многокритериальных задач оптимального управления технологическими объектами // «Моделирование, идентификация, синтез систем управ¬ления». Сб. тезисов XI Международной научно-технич. Конференции 14-21 сентября 2008 г. Москва-Донецк. – С. 152 – 163.
32.Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г., Щетинин А.П. Дуплекспечь для ферросплавов // Междуна-родный патент по заявке на изобретение № PTC/RU 2009/000621 от 27.05.2008 г. Опубл. 3.12.2009 г. за № WO/2009/145672. Женева.
33.Ушеров А.И., Ушерова Е.В., Вдовин К.Н., Алов Н.В., Волков А.И., Ишметьев Е.Н. При¬чины невоспроизводимости определения железа в железорудных смесях (ЖРС) // Мате¬риалы 66-ой научно-технической конференции: Сб. докл. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008, – Т.1, с. 114 – 117.
34.Ишметьев Е.Н., Алов Н.В., Волков А.И., Соколов А.Д. Применение РФА для непрерыв¬ного контроля состава железорудных смесей в производстве // VI Всероссийская конфе¬ренция по рентгеноспектральному анализу с международным участием. 5 – 10 октября 2008 г. Краснодар. Материалы конференции. С. 25 – 26.
35.Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г., Газимов Р.Т., Салихов К.З. Принцип оперативного управле¬ния охлаждением заготовки на МНЛЗ радиального типа // Моделирование, идентифика¬ция, синтез систем управления: Сборник тезисов двенадцатой международной научно-технической конференции. Украина (Крым), 2009. С. 152 – 153.
36.Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г. Метод измерения температуры жидкой стали и высоты шла¬ка в дуговых сталеплавильных печах // Моделирование, идентификация, синтез систем управления: Сборник тезисов 13-ой международной научно-технической конференции, Украина (Крым), 2010. С. 148 – 150.
37.Ишметьев Е.Н., Салихов З.Г. Новый принцип оперативного контроля и управления про¬цессов плавки стали с применением электродуговых сталеплавильных печей (ДСП) // Труды V-ой международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии в промышленности», М.: НИТУ «МИСиС», 2010. С. 234 – 238.
38.Ишметьев Е.Н. Принципы создания корпоративных автоматических систем управления технологическими процессами в многопередельных схемах производства стали // Моде-лирование, идентификация, синтез систем управления: Сборник тезисов 13-ой междуна-родной научно-технической конференции, Украина (Крым), 2010. С. 161 – 162.
39. E.N. Ichmet’ev, Z.G. Salikhov, A.P. Shchetinin and O.N. Budadin. Automatic Diagnostics of the State of Hazardous Zones in Pyrometallurgical Systems // ISSN 0967-0912. Steel in Trans-lation. 2010. Vol. 1. pp. 27 – 30.