📄Работа №215586

Тема: АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ

📝
Тип работы Дипломные работы, ВКР
📚
Предмет автоматика и управление
📄
Объем: 119 листов
📅
Год: 2023
👁️
Просмотров: 8
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
ℹ️ Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.

📋 Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1 Математическое моделирование доменного производства 10
1.2 Качество железорудного сырья 11
1.3 Системы поддержки принятия решений в доменном производстве 13
Выводы по разделу 1 16
2 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ 18
2.1 Общее описание доменного процесса 18
2.2 Описание шихтовых материалов 21
2.2.1 Кокс 22
2.2.2 Железосодержащая часть шихты 23
2.2.3 Флюсы и отходы производства 24
2.3 Основность шлака 25
2.4 Схема управления качеством железорудного сырья 26
Выводы по разделу 2 28
3 ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ 29
3.1 Построение математической модели оценки основности шлака 29
3.2 Постановка задачи оптимизации структуры ЖРС 31
3.3 Пример расчёта оптимальной структуры 35
Выводы по разделу 3 43
4 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ 44
4.1 Описание алгоритма работы автоматизированной системы 44
4.1.1 Выбор периода расчёта 46
4.1.2 Сбор, агрегирование и обработка данных из БД 47
4.1.3 Расчет основности на статистике и вычисление поправочного коэффициента 48
4.1.4 Оптимизационный расчёт 49
4.1.5 Обработка и запись результатов в БД 50
4.2 Описание схемы базы данных 52
4.3 Программная реализация системы 64
4.3.1 Блок выгрузки данных из БД 65
4.3.2 Блок оптимизации 71
4.3.3 Блок интерпретации результатов 74
4.4 Результаты работы системы 75
4.4.1 Расчёт оптимальной структуры ЖРС по последнему выпуску чугуна 76
4.4.2 Ретроспективный режим работы 79
Выводы по разделу 4 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 87
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 93
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 94

📖 Введение

Доменное производство — это процесс производства чугуна и стали, который использовался на протяжении веков. Он включает плавку железной руды и кокса в высокотемпературной печи для получения расплавленного железа, которое затем можно использовать для производства широкого спектра стальных изделий. Традиционно доменные печи эксплуатировались вручную, что было не только трудоемко, но и чревато ошибками и несчастными случаями.
За прошедшие годы этот процесс претерпел значительные изменения и улучшения. Автоматизация доменных печей произвела революцию в сталелитейной промышленности, повысив эффективность, снизив затраты и повысив безопасность. В свою очередь, развитие компьютерных и информационных технологий и внедрение их в доменное производство обеспечило возможность мониторинга, анализа и принятия решений в режиме реального времени. Использование новейших технологий в области программирования, анализа данных и искусственного интеллекта позволяет выявить новые закономерности в протекании доменного процесса на основе статистических данных, производить оптимизацию каждого этапа доменной плавки и строить прогнозные модели.
Также высокую актуальность в последнее время приобрели системы поддержки принятия решений на производстве, которые на основе математического моделирования и анализа данных в необходимые моменты времени дают рекомендации человеку, отвечающему за течение и результат процесса (мастеру доменного цеха).
В настоящее время в промышленно развитых странах все доменные печи в той или иной мере оборудованы современными автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП). На текущий момент задачи создания локальных систем автоматического управления, а также систем сбора и обработки информации в доменном производстве в значительной степени решены.
Тем не менее, существуют направления, в которых все еще остается потенциал повышения эффективности производства посредством использования математического моделирования и программирования.
Одно из таких направлений – повышение качества продуктов доменной плавки за счёт изменения структуры подаваемого в печь железорудного сырья. Одним из основных показателей качества выступает основность шлака, определяющая степень десульфурации (удаления серы из чугуна). Основность шлака рассчитывается на основе химического анализа сырья (содержания основных (CaO) и кислотных (SiO2) оксидов в составе сырья), а также массы его загрузки.
Целью данной работы является разработка автоматизированной системы, осуществляющей оптимизацию структуры железорудного сырья и выдачу своевременных рекомендаций мастеру для поддержания требуемых показателей качества продуктов доменной плавки.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи.
1. Построение математической модели оценки основности шлака.
2. Формулировка задачи оптимизации структуры железорудного сырья.
3. Описание алгоритма работы автоматизированной системы управления качеством железорудного сырья.
4. Реализация программы на языке R с элементами языка SQL для автоматизированного сбора данных о ходе доменного процесса, решения задачи оптимизации и записи полученных результатов в БД.
Критерием оптимизации структуры железорудного сырья является минимизация массы добавок, загружаемых в шихту для изменения химического состава шлака. В качестве основных добавок выступает известняк, в составе которого преобладает оксид кальция CaO, и кварцит, состоящий, в основном, из оксида кремния SiO2.
Разработанная система будет обеспечивать:
1) сбор данных о химическом анализе и загрузке сырья;
2) вычисление фактического показателя основности шлака;
3) расчёт оптимальных значений масс загружаемых компонентов железорудного сырья и добавок;
4) интерпретацию результатов работы системы и выдачу рекомендаций мастеру доменного цеха;
5) возможность расчёта оптимальной структуры железорудного сырья в ретроспективном режиме за выбранный временной период.
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений.
В первой главе приведен обзор литературы по данной тематике. Обозреваемая литература разбита на 3 части. В первой части рассмотрены существующие математические модели доменного процесса, проанализированы их преимущества и недостатки. Во второй части главы приведен обзор статей, посвященных повышению качества шихтовых материалов и способов их улучшения. В последнем разделе представлен обзор систем поддержки принятия решений на доменном производстве.
Во второй главе описан процесс доменного производства, виды загружаемых материалов и продуктов доменной плавки. Приведено обоснование выбора основности шлака как одного из важнейших показателей качества доменного процесса и выходную величину для системы управления качеством железорудного сырья, схема которого представлена также в этой главе.
В третьей главе построена математическая модель оценки основности шлака на основе загрузки шихтовых материалов и их химическом анализе, сформулирована задача оптимизации и представлен пример решения задачи с помощью программы Excel.
В четвертой главе описан алгоритм автоматизированной системы управления качеством железорудного сырья, определена схема базы данных, содержащая необходимый набор данных для решения задачи. Представлен код программы на языках R и SQL, представлены результаты работы системы в двух режимах (основном и ретроспективном) с представлением в виде графиков для ретроспективного режима работы.


Возникли сложности?

Нужна качественная помощь преподавателя?

👨‍🎓 Помощь в написании

✅ Заключение

В результате выполнения выпускной квалификационной работы была разработана автоматизированная система управления качеством железорудного сырья. Система предназначена для помощи мастеру доменного цеха в принятии решений на производстве, а именно, для определения оптимальных значений состава шихты и выдачи советов для достижения требуемых показателей качества продуктов доменной плавки.
В ходе работы были выполнены следующие задачи.
1. Описана схема управления качеством железорудного сырья.
2. Составлена математическая модель оценки основности шлака на основе загружаемых материалов как важнейшего показателя качества продуктов доменной плавки.
3. Сформулирована задача оптимизации структуры железорудного сырья в соответствии с требованиями и техническими условиями на производстве.
4. Реализована программа на языке R с элементами языка SQL для автоматизированного сбора информации и оптимизации структуры ЖРС в двух режимах: по последнему выпуску чугуна и ретроспективном режиме.

Нужна своя уникальная работа?
Срочная разработка под ваши требования
Рассчитать стоимость
ИЛИ

📕 Список литературы

1 Спирин, Н.А. Информационные системы в металлургии: Конспект лекций (отдельные главы из учебника для вузов) / Н.А. Спирин, В.В. Лавров. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет – УПИ, 2004. – 495 с.
2 Истомин, А.С. Разработка программного обеспечения для диагностики вида отклонения доменной плавки от нормального режима / А. С. Истомин, Н. А. Спирин, В. В. Лавров, М. А. Бякова // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. – 2016. – №3(36). – С. 97-102.
3 Товаровский, И.Г. Доменная плавка. Монография, 2-е издан / И.Г. Товаровский. – Днепропетровск: Пороги. – 2009. – 768 с.
4 Товаровский, И.Г. Применение математических методов и ЭВМ для анализа и управления доменным процессом / И.Г. Товаровский, Е.И. Райх, К.К. Шкодин и др. М.: Металлургия. – 1978. – 204 с.
5 Авдеев, В.П. Идентификация промышленных объектов с учетом нестационарностей и обратных связей / В.П. Авдеев, Т.М. Даниелян, П.Г. Белоусов. Новокузнецк: СибМИ. – 1984. – 88с.
6 Липатников, А.В. Оптимизация потребления угольного сырья в ПАО "ММК" на основе математического моделирования / А.В. Липатников, А.Е. Шмелева, Е.Н. Степанов, Д.А. Шнайдер // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2018. – Т. 16. – № 4. – С. 30-38.
7 Товаровский, И.Г. Совершенствование и оптимизация параметров до¬менных процессов / И.Г. Товаровский. М.: Металлургия. – 1987. – 192 с.
8 Рамм, А.Н. О влиянии интенсивности плавки на производительность доменных печей и относительный расход кокса. Исследование доменного процесса: Сб. научн. тр. АН СССР. – М.: Изд. АН СССР. – 1957. – С. 85-87.
9 Рамм, А.Н. Современный доменный процесс / А.Н. Рамм. М.: Металлургия. – 1980. – 304 с.
10 Дмитриев, А.Н. Основы теории и технологии доменной плавки / А.Н. Дмитриев, Н.С. Шумаков, Л.И. Леонтьев, О.П. Онорин. – Екатеринбург: УрО РАН. – 2005. – 545 с.
11 Готлиб, А.Д. О «принципе М.А. Павлова». Исследование доменного процесса: Сборник трудов. – М.: Изд. АН СССР. – 1957. – С. 24-32.
12 Готлиб, А.Д., Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А. Основы автоматического регулирования доменного процесса. Доменный процесс по новейшим исследованиям. – М.: Металлургиздат. – 1963. – С. 285-295.
13 Паршаков, В.М. Двумерная модель теплообмена в доменной печи.
Теплотехническое обеспечение основных технологических процессов чёрной металлургии. Сборник трудов. / В.М. Паршаков, Т.Ю. Каширская, В.А. Заболотских. – М.: Металлургия. – 1988. – C. 22-25.
14 Паршаков, В.М. Повышение эффективности использования пылеугольного топлива в доменной печи. – М.:«Сталь». – 2005. – № 8. – C. 32 – 37.
15 Паршаков, В.М. АСУ ТП доменной плавки и её технологическое
насыщение. Доменное производство – ХХI век. Труды Международного конгресса доменщиков. / В.М. Паршаков, А.А. Третяк, А.П. Уланов. – М.: Издательский дом «Кодекс». – 2010. – С. 391-413.
16 Паршаков, В.М. Внедрение системы оперативного автоматического определения зоны плавления в доменной печи в составе АСУ ТП ДП -2». Заключительный отчет. ООО «АКОММ». Руководитель В.М. Паршаков. Москва, 2015 г.
17 Спирин, Н.А. Информационные системы в металлургии. / Н.А. Спирин, Ю.В. Ипатов, В.И. Лобанов. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ. – 2001. – 617 с.
18 Алексеев, Д.И. Обоснование линейной зависимости между показателями прочности кокса М10 и М25 / Д. И. Алексеев, А. Н. Смирнов, Е. Н. Степанов// Кокс и химия. – 2021. – № 12. – С. 10-19.
19 Томаш, А.А. Влияние реакционной способности и «горячей» прочности кокса на технико-экономические показатели доменной плавки в условиях ОАО «МК «Азовсталь» / А.А. Томаш, В.П. Тарасов, Р.В. Ковальчик // Вісник Приазовського державного технічного університету. – 2007. – № 17. – С. 9-13.
20 Кабаков, Р. R в действии / Р. Кабаков. – М: ДМК-Пресс. – 2014. — 588 с.
21 Большаков, В.И. Анализ комплексных показателей теплового режима и особенности их использования при регулировании теплового состояния доменной печи / В.И. Большаков, Н.А. Гладков, И.Г. Муравьева, Ю.С. Семенов, Е.И. Шумельчик, Е.А. Белошапка // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. – 2012. – №26. – С. 62-78.
22 Казаринов Л.С. Анализ влияния параметров теплового состояния доменной печи на ее эффективность / Л.С. Казаринов, Х.М. Мохсен, Т.А. Барбасова // Известия высших учебных заведений северо-кавказский регион. – 2018. – №2. – С. 23-27.
23 Казаринов Л.С. Метод эффективного управления доменным процессом на основе кластерного анализа / Л.С. Казаринов, Т.А. Барбасова, Х.М. Мохсен // Вестник. – 2016. – №2. – С. 164-169.
24 Полтавец, В.В. Доменное производство / В.В. Полтавец. – М. – 1981. – 349 с.
25 Улахович, В.А. Выплавка чугуна в мощных доменных печах / В.А. Улахович. – М.: Металлургия. – 1991. – 172 с.
26 Гитис, Л.Х. Кластерный анализ в задачах классификации, оптимизации и прогнозирования / Л.Х. Гитис. – М.: Изд-во МГГУ. – 2004. – 104 с.
27 Дюран, Б. Кластерный анализ / Б. Дюран, П. Оделл. – М.: Книга по требованию. – 2012. – 128 с.
28 Каштаева, С.В. Методы оптимизации: учебное пособие / С.В. Каштаева. – Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова». – Пермь: ИПЦ «Прокростъ». – 2020. – 84 с.
29 Аксёнов, Е.П. Методы оптимальных решений: учебное пособие / Е.П. Аксёнов. – Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова». – Пермь: ИПЦ «Прокростъ». – 2016. – 90 с.
30 Аттетков, А.В. Методы оптимизации: учебное пособие / А.В. Аттетков, В.С. Зарубин, А.Н. Канатников. – Москва: РИОР: ИНФРА-М. – 2013. – 269 с.
31 Есипов, Б.А. Методы исследования операций: учебное пособие / Б. А. Есипов. – Санкт-Петербург: Лань. – 2013. – 365 с.
32 Кочегурова, Е.А. Теория и методы оптимизации: учебное пособие для академического бакалавриата / Е. А. Кочегурова. – Москва: Юрайт. – 2016. – 192 с.
33 Черняк, А.А. Методы оптимизации: теория и алгоритмы: учебное пособие для академического бакалавриата / А. А. Черняк, Ж. А. Черняк, Ю. М. Метельский, С.А. Богданович. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва: Юрайт. – 2018. – 205 с.
34 Щетинин, Е.Ю. Математические методы оптимизации и оптимальных процессов: учебное пособие / Е.Ю. Щетинин. – Москва: СТАНКИН. – 2015. – 231 с.
35 Юрьева, А.А. Математическое программирование: учебное пособие / А.А. Юрьева. – Санкт-Петербург: Лань. – 2014. – 167 с.
36 Банди, М. Методы оптимизации: вводный курс / М. Банди. – М.: Мир. –1988. – 128 с.
37 Мунасыпов, Н.А. Линейное программирование: учебное пособие /
Н.А. Мунасыпов. – Оренбург: ООО «Агентство «Пресса». – 2015. – 122 с.
38 Павлов, М.А. Металлургия чугуна. Часть первая. / М.А. Павло в. – Москва: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. – 1995. – 212 с.
39 Чистов, В.П. Разработка экспертной системы на основе логического интеллекта для управления доменной печью / В.П. Чистов, В.Г. Лисиенко, Л.И. Леонтьев [и др.]. Наука и инженерное творчество – XXI веку: Первая Научно-техническая конференция РУО АИН РФ. Екатеринбург: РУО АИН РФ. – 1995. С. 89 – 92.
40 Ченцов, А.В. Балансовая логико-статистическая модель доменного процесса / А.В. Ченцов, Ю.А. Чесноков, С.В. Шаврин - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. – 164с. 41 Дмитриев, А.Н. Основы теории и технологии доменной плавки / А.Н. Дмитриев, Н.С. Шумаков, Л.И. Леонтьев, О.П. Онорин - Екатеринбург: УрО РАН. – 2005, – 548с.
42 Matsuzaki, Shinroku. Development of mathematical model of blast furnace / Shinroku Matsuzaki, Akihiko Shinotake, Tsunehisa Nishimura. Nippon steel technical report No 94 yuly 2006.
43 Рид, Р. Основы теории передачи информации / Р. Рид. Изд-во «Вильямс». – 2004 г. – 304 с.
44 Сыртланов, P.P. Использование логико-статистической модели для оптимизации параметров системы загрузки / Р.Р. Сыртланов, Г.Г. Гаврилюк, С.В. Шаврин и др. //Металлург. – №8. – 2000. – С. 39-41.
45 Пашков, Н.Ф. Влияние извести на физико-химические процессы, протекающие при обжиге окатышей / Н.Ф. Пашков, Ю.С. Юсфин, Г.В. Щеблыкин. Сталь. – 1987. –№4. С.15-18.
46 Еремеева, К.Н. Повышение эффективности использования окатышей в доменной плавке / К.Н. Еремеева, Р.М. Жак, С.М. Кутнер. Обзорная информация ин-та "Чермет-информация". – 1979. – Сер. 4. Вып. 1.
47 Жак, P.M. Влияние качества сырья на работу доменных печей / Р.М. Жак, Н.Ф. Пашков, Ю.С. Юсфин. Обзорная информация ин-та "Черметииформация". Сер. "Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна". – Вып. 4. М. – 1985.
48 Ходоровская, И.Ю. Экспертная оценка показателей качества железорудных окатышей / И.Ю. Ходоровская, Л.А. Коновалов, Г.М. Майзель. Изв. Вузов. Черная металлургия. – 1983. – №4. – С. 150-153.
49 Чернышев, A.M. Подготовка синтезированных шихтовых материалов для доменного процесса / А.М. Чернышев, Н.К. Корнилова. В кн. Бардин И.П. и отечественная металлургия. М.: Наука. – 1983. – С. 211-227.
50 Некрасов, З.И. Требования к металлургическим свойствам окатышей / З.И. Некрасов, Н.А. Гладков, Г.М. Дроздов и др. В кн.: Окускование железных руд и концентратов. Свердловск. – 1977. – вып. 3.
51 Meyer, K. Pelletiring of iron ores / K. Meyer. Annex. 1. – 1989. – 168 p.
52 Майзель, Г.М. Формирование оптимальной структуры окатышей / Г.М. Майзель, В.М. Абзалов, В.И. Клейн и др Изв. АН СССР. Металлы. – 1981. – С. 23-28.
53 Панычев, А.А. Параметры агломерации михайловских и лебединских концентратов / А.А. Панычев, А.П. Никонова // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2009. – № 4. – С. 18-22.
54 Шаповалов, А.Н. Повышение эффективности десульфурации чугуна / А.Н. Шаповалов, В.Г. Дружков. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. – 2011. – 148 с.
55 Куликов, И.С. Десульфурация чугуна / И.С. Куликов. М.: Металлургиздат. – 1962. – 306 с.
56 Овчинникова, Е.В. Оценка шлакового режима доменной плавки в условиях ОАО «Уральская Сталь» / Е.В. Овчинникова, В.Б. Горбунов, А.Н. Шаповалов // Наука и производство Урала. – 2015. – № 11. – С. 35-39.
57 Шаповалов, А.Н. Разработка сквозной технологии производства стали заданного качества в условиях ОАО «Уральская Сталь» / А.Н. Шаповалов // Металлург. – 2012. – № 2. – С. 41-43.
58 Заматаев, Н.Г., Статистический анализ химического состава плавок износостойкого чугуна в условиях баймакского машиностроительного завода / Н.Г. Заматаев, Г.М. Потапов, М.Г. Потапов, Б.В. Воронков, Ю.Г. Ахметов. Литейные процессы. – 2000. – 44 c.

🛒 Оформить заказ

Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.

©2026 Cервис помощи студентам в выполнении работ