Консалтинговые услуги. Консультации, анализ рынка, предпроектные работы, ТЭО.

К нам обращаются и мы готовы выполнить работы:
  • разработка технических решений с максимальным использованием оборудования и сооружений в рамках технологии;
  • исследование существующего положения на производстве с выдачей рекомендаций по оптимизации;
  • экспертиза и рекомендации по принятым технологическим решениям;
  • разработка технических заданий;
  • разработка предварительного ТЭО;
  • проведение обучения и семинаров с участием ведущих специалистов;
  • консультации по применению современных технологий с использованием оборудования непрерывного действия ведущих компаний мира.
Home Статьи Повышение качества процесса усреднения с использованием программного комплекса «Система мониторинга процесса усреднения шихтового сырья»
formats

Повышение качества процесса усреднения с использованием программного комплекса «Система мониторинга процесса усреднения шихтового сырья»

Published on 27.12.2013, by in Статьи.

ООО «Интеллект» (г. Екатеринбург)

В производстве, связанном с использованием сырьевых материалов неоднородного химического состава, для получения однородной смеси обычно используют склады, которые наряду с хранением обеспечивают также усреднение их химического и гранулометрического состава. Усреднение химического состава поступающих на склад материалов происходит вследствие того, что усредняемый материал при загрузке укладывается в штабель послойно, а при разгрузке отбирается из штабеля в разрез слоями.

Раздельная предварительная гомогенизация компонентов сырьевой смеси – основной метод усреднения сырья в цементной, угольной, металлургической и других видах промышленности. Отдельные компоненты после предварительной гомогенизации дозируются в соответствии с проектным химическим составом сырьевой смеси и подаются через питающие бункера и весовые ленточные дозаторы. Химический анализ сырьевой смеси, выходящей из усредненного штабеля, позволяет судить о необходимости корректирования ее состава.

На сегодняшний день на большинстве предприятий, включающих цикл усреднения шихтового сырья, не существует адекватной оценки фактического состояния процесса. Мониторинг хода процесса усреднения сводится к поддержанию контролируемых параметров в заданных диапазонах путем изменения входных характеристик материальных потоков. Чаще всего формируемый штабель характеризуется рядом показателей, рассчитываемых на протяжении всего цикла усреднения, поэтому возмущающие воздействия, влияющие в широком диапазоне частот на процесс, оказываются неучтенными.

Поскольку контролируемые параметры процесса усреднения характеризуются вектором большой размерности, что в свою очередь затрудняет обработку данных и как следствие повышает время на принятие решений оператором о корректировке процесса, задача поддержания однородности химического состава усредняемой смеси является перспективной и требует комплексного подхода для ее решения. Особой сложностью при этом является обработка информационных потоков в режиме реального времени и предоставление оператору данных в доступном для принятия решения виде.

Для решения указанной задачи специалистами компании ООО «Интеллект» (г. Екатеринбург) разработана система мониторинга и поддержания стабильного качества выходной продукции, обеспечивающая постоянный контроль процесса формирования штабеля шихтового сырья, трехмерное объемное отображение контуров штабеля, слежение за соответствием контролируемых параметров заданным, оперативное отслеживание изменения технологических ситуаций.

Для внедрения разработанной система мониторинга предполагается выполнение ряда мероприятий:

  1. Установка датчика слежения за положением сбрасывающей тележки;
  2. Установка сервера приложений, на который будет поступать вся информация, характеризующая процесс усреднения сырья;
  3. Установка системы мониторинга на сервер приложений;
  4. Оптимизация и адаптация работы системы мониторинга для конкретного предприятия.

Разработанная система мониторинга позволяет представить формируемый штабель в виде объемной трехмерной модели. Формирование объемной модели штабеля шихты связано со значительными трудностями. Так в зависимости от степени детализации процесса существенно повышаются требования к аппаратному обеспечению ПК конечного пользователя системы. «Укрупнение» детализации в свою очередь приводит к снижению информационного обеспечения персонала и потери информации, которая в принципе доступна, однако не может быть использована в виду упомянутых выше ограничений.

Учитывая сказанное, а также специфику движения сбрасывающей тележки, при разработке системы мониторинга использовались следующие утверждения.

  1. Детализация штабеля шихты в поперечном сечении (имеется ввиду одно сечение из множества сечений штабеля) определяется количеством слоев и их параметрами;
  2. Продольное сечение штабеля полностью определяется двухмерной моделью «подошвы» штабеля;
  3. Количество поперечных сечений штабеля зависит от заданной степени детализации объемной модели;
  4. Распределение материала по ширине усреднительного склада считаем равномерным ввиду отсутствия другой информации (полагаем, что известна лишь позиция сбрасывающей тележки).

К особенностям построения модели штабеля шихты стоит отнести следующее:

  1. Необходимость учета распределения материала в формируемом слое в виду получения информации в дискретные моменты времени;
  2. Необходимость прогнозирования объемных и качественных характеристик формируемого штабеля в реальном масштабе времени ввиду дискретности контроля химического состава поступающих компонентов, а так же дискретностью контроля положения сбрасывающей тележки;
  3. Необходимостью учета смены слоя формируемого штабеля по результатам дискретных измерений положения сбрасывающей тележки;
  4. Необходимостью решения задачи переноса «реальных» координат в координаты трехмерного «мира» объемной модели, путем решения задачи обнаружения пересечения непрерывных множеств и разбиения конечного множества на ряд дискретных множеств и последующего решения задачи их объединения в единые структурные элементы, формирующие объемную модель штабеля;
  5. Необходимость решения задачи синхронизации данных, поступающих из разных источников. Для решения поставленной задачи был использован принцип декомпозиции, позволяющий снизить размерность задачи дискретной оптимизации.

Отмеченные трудности были успешно преодолены инженерами компании ООО «Интеллект». Реализация информационной системы визуализации и оптимизации процесса формирования штабеля построена на основе веб-архитектуры (см. рис. 1).

Выбор веб-архитектуры основывался на следующих преимуществах:

  • отсутствие необходимости использовать дополнительное программное обеспечение на стороне клиента – это позволяет автоматически реализовать клиентскую часть на всех платформах;
  • возможность подключения практически неограниченного количества клиентов;
  • благодаря единственному месту хранения данных и наличия системы управления базами данных обеспечиваются минимальные требования для поддержания целостности данных;
  • изолированность уровней друг от друга позволяет (при правильном развертывании архитектуры) быстро и простыми средствами переконфигурировать систему при возникновении сбоев или при плановом обслуживании на одном из уровней;
  • низкие требования к скорости канала (сети) между терминалами и сервером приложений;
  • низкие требования к производительности и техническим характеристикам терминалов, как следствие снижение их стоимости. Терминалом может выступать не только компьютер, но и, например, мобильный телефон.

Использование в качестве ядра системы многоагентной платформы JADE позволило разбить решение задач получения данных и их синхронизацию между взаимодействующими сущностями, действующими в асинхронном режиме, разбить основные функции, связанные с прогнозированием, оптимизацией и моделированием процесса формирование штабеля.

Веб-архитектура программного комплекса «Система мониторинга процесса усреднения шихтового сырья»

Рис. 1. Веб-архитектура программного комплекса «Система мониторинга процесса усреднения шихтового сырья»

 Разработанная система мониторинга выполняет следующие функции:

  •  прием и обработка информации о расходах материальных компонентов, поступающих на усреднение и положении загрузочной тележки, результатов опробования партий привозного сырья (рис. 2);
Пример обработки информации о расходах материальных потоков и работе штабелеукладчика

Рис. 2. Пример обработки информации о расходах материальных потоков и работе штабелеукладчика

  • анализ информации о концентратах, поступающих из различных источников по различным сырьевым трактам на содержание железа, извести, массы извести (по степени опорожнения бункеров), анализ проб железорудного сырья на приёмных бункерах усреднительного склада и конвейерах (см. рис. 3);
Анализ информации о концентратах поступающих на усреднение

Рис. 3. Анализ информации о концентратах поступающих на усреднение

  • обработка данных о запасах сырья, поступающего на склад, запасах концентрата на промежуточных складах;
  • контроль отклонения расходов материальных потоков поступающих на усреднение, а также расходы на сборном конвейере (см. рис. 4);
  • контроль работы штабелеукладчика;
Мониторинг работы штабелеукладчика

Рис. 4. Мониторинг работы штабелеукладчика

  • формирование отчетной информации о работе усреднительного склада за месяц, неделю, день, смену, с начала смены, с начала месяца, с начала года, формирование паспорта штабеля по результатам процесса усреднения (в том числе в режиме реального времени) (см. рис. 5);
Пример представления отчетной информации

Рис. 5. Пример представления отчетной информации

  • выдача рекомендаций оператору об оптимальных расходах материальных потоков;
  • 3D визуализация процесса формирования штабеля, с отображением текущего состояния (формируемый слой штабеля, химический состав слоя, расходы материальных потоков, отклонение по расходам и хим. составу от заданных, отображение контура формируемого штабеля) за произвольный период (см. рис. 6);
  • Для оптимизации разработанной системы мониторинга для конкретного типа производства, в ее состав включен блок визуальной фильтрации, позволяющий настраивать значения контролируемых параметров, с возможностью задания граничных значений, а также регулировать объемы предоставляемой информации по результатам работы системы.
Визуальная фильтрация

Рис. 6. Визуальная фильтрация

Разработанная система мониторинга процесса усреднения шихтового сырья позволяет вывести металлургическое производство на совершенно новый уровень, способствуя тем самым объединению нескольких переделов, созданная трехмерная модель штабеля существенно упрощает контроль качества усредняемого материала.

Благодаря объектно-ориентированной структуре, все подсистемы, такие, как разгрузка железнодорожного транспорта, сборный конвейер, штабелеукладчик для загрузки штабеля, конвейеры различных складов, могут быть легко интегрированы в систему, позволяя отображать образы материальных потоков в графическом или в табличном виде.

3D визуализация штабеля

Рис. 7. 3D визуализация штабеля

 Для корректной работы Web-приложения необходимо использование ОС Microsoft Windows XP и выше, Web-браузера не ниже Internet Explorer 7.

В главном окне приложения расположена панель управления, позволяющая активировать один из следующих блоков системы:

  • мониторинга процесса, который отображает информацию о текущих расходах компонентов, поступающих на усреднение, содержание средневзвешенного железа, оксида кальция, диоксида кремния, балансовой основности в потоке;
  • мониторинга работы штабелеукладчика представляет доступ к данным о текущем положении и скорости движения штабелеукладчика. Позиция штабелеукладчика (и его скорость) отображаются графически в виде соответствующей трехмерной модели, а процесс формирования представлен трехмерной анимированной моделью падающего материала. При этом изменения суммарного текущего расхода компонентов соответствующим образом отражается на трехмерной анимации;
  • управления текущим выделением части объемной модели штабеля позволяет путем наведения курсора мыши на трехмерную модель штабеля получить информацию о содержании химических компонентов, массе отдозированного материала в выделенном участке. При наведении курсора мыши цвет выделенного участка меняется;
  • настроек фильтрации объемной модели штабеля в режиме реального времени позволяет в режиме реального времени производить визуальную фильтрацию объемной модели штабеля по массе и компонентам характеризующим химический состав. При этом пользователю предоставляется возможность задания верхних и нижних границ фильтрации для каждого показателя. При применении фильтрации визуальное отображение объемной модели штабеля меняется таким образом, что значения, попавшие в заданный диапазон, окрашиваются в выбранный пользователем цвет, а для значений, не попавших в диапазон, применяется другая цветовая дифференциация (учитываются случаи превышения границ по верхнему и нижнему пределам);
  • графической визуализации текущих показателей процесса формирования штабеля позволяет отображать в виде графиков изменения выбранного показателя за заданный промежуток времени, что делает возможным технологу контролировать процесс усреднения сырья;
  • графической визуализации показателей, рассчитываемых на всем интервале усреднения, позволяет отображать динамику изменения основных показателей на всем интервале усреднения, что дает возможность обнаружить момент времени и потенциальное положение участка, на котором произошло нарушение технологии усреднения, и в дальнейшем учесть это в ходе разгрузки штабеля.
  • расчета паспорта штабеля реализует on-line расчет основных показателей штабеля на всем интервале усреднения и выводит на экран текущие значения качественных характеристик, способствуя оперативному контролю технологом процесса усреднения и достижения требуемых показателей качества.
  • графической визуализации эмпирических распределений показателей отображает в отдельном окне для выбранного показателя его распределение на заданных интервалах, тем самым представляя вариацию контролируемого показателя на различных интервалах;
  • визуализации выбранного поперечного разреза штабеля позволяет пользователю визуализировать выбранное поперечное сечение сформированного участка штабеля. Для этого пользователю достаточно навести курсор на нужное сечение и двойным щелчком мыши выбрать его. В дополнительном окне визуализации появится трехмерная модель поперечного сечения (см. рис. 8).
Визуализация поперечного сечения штабеля

Рис. 8. Визуализация поперечного сечения штабеля

Окно визуализации позволяет вывести следующие таблицы:

  • таблица «выделение» включает информацию о выбранном поперечном сечении штабеля, о химическом составе и массе отдозированного материала; информация о поперченном сечении рассчитывается как среднее по всем слоям, формирующим данное сечение, позволяет оценить отклонение средних значений показателей в выбранном поперечном сечении от заданных величин;
  • таблица «средние» (при выборе данного пункта меню появляется окно, отображающее расчетные значения химического состава и массы отдозированного материала для всех доступных поперечных сечений штабеля), позволяет оценить отклонение средних значений показателей во всех доступных поперечных сечениях штабеля, от заданных величин;
  • таблица «вариация» включает для всех доступных поперечных сечений штабеля расчетные значения коэффициентов вариации по химическому составу и отдозированной массе, позволяет обнаружить участки штабеля с наибольшим колебанием основных показателей, при этом чем выше уровень колеблемость показателей участка, тем ярче выделяется данное поперечное сечение в графическом интерфейсе;
  • таблица «слои» отображает распределение химического состава и отдозированной массы по слоям выбранного поперечного сечения, позволяет увидеть полную картину распределения основных показателей в поперечном сечении штабеля и является отличным дополнением к таблицам «средние» и «вариация», для достоверной оценки хода процесса усреднения.

Для всех указанных таблиц используются установки фильтрации настроенные пользователем, блоке фильтрации, в соответствии с заданными критериями ячейки рассмотренных таблиц окрашиваются в соответствующий цвет, в зависимости от принадлежности к диапазону.

При нарушении технологического режима процесса усреднения шихтового сырья приводит к изменению степени соответствия содержания компонентов сырья в штабеле, влияя тем самым на образование так называемых «аномальных зон», то есть образование участков штабеля с неравномерным химическим составом.

Разработанная система мониторинга позволяет обнаруживать «аномальные зоны» в штабеле, и визуализировать в 2D и 3D пространстве, давая тем самым с учетом неоднородностей корректировать задание на отгрузку штабеля.

Отображение аномальных зон штабеля

Рис. 9. Отображение аномальных зон штабеля

Отображение аномальных зон штабеля

Рис. 10. Отображение аномальных зон штабеля

Представленное ПО сконфигурировано для работы на усреднительных складах агломерационных предприятий, система позиционируется как универсальный комплекс, использование которого возможно в любых отраслях промышленности, где необходимо контролировать процесс усреднения сыпучих материалов, при этом необходима лишь дополнительная настройка разработанного ПО. На сегодняшний день ООО «Интеллект» ведется работа по привлечению потенциальных заказчиков по внедрению разработанной системы мониторинга.

 

 
© Склады сыпучих материалов 2011-2015