blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-8-644-648blackmet-1415Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYК ОПТИМИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ РАБОТОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ КАМЕРНОГО ТИПАOPTIMIZATION OF HEATING OPERATION CONTROL IN CHAMBER-TYPE THERMAL FURNACEРевунМ. П.RevunM. P.

д.т.н., профессор кафедры автоматического управления технологическими процессами

69006, Украина, Запорожье, пр. Соборный, 226

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Automatic Control of Technological Processes

Zaporizhia, Ukraine

revun.mp@gmail.comЗинченкоВ. Ю.ZinchenkoV. Yu.

к.т.н., доцент кафедры автоматического управления технологическими процессами

69006, Украина, Запорожье, пр. Соборный, 226

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Automatic Control of Technological Processes

Zaporizhia, Ukraine

elelna.zinchenko@mail.ruИвановВ. И.IvanovV. I.

старший научный сотрудник

69006, Украина, Запорожье, пр. Соборный, 226

Senior Researcher

Zaporizhia, Ukraine

vitas.1947@mail.ruЧепрасовА. И.CheprasovA. I.

к.т.н., профессор кафедры теплоэнергетики

69006, Украина, Запорожье, пр. Соборный, 226

Cand. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Heat Power Engineering”

Zaporizhia, Ukraine

alex.i.cheprasov@gmail.comЗапорожская государственная инженерная академияУкраинаZaporizhia State Engineering AcademyUkraine201823102018618644648Copyright © Ревун М.П., Зинченко В.Ю., Иванов В.И., Чепрасов А.И., 20182018Ревун М.П., Зинченко В.Ю., Иванов В.И., Чепрасов А.И.Revun M.P., Zinchenko V.Y., Ivanov V.I., Cheprasov A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1415

При использовании локальных систем автоматического регулирования температуры и избыточного давления греющей среды в рабочем объеме пламенной термической печи камерного типа настройки, как правило, выбирают независимо друг от друга без учета их взаимосвязи. В то же время при управлении расходом топлива и воздуха изменяется не только температура, но и давление в рабочей камере печи, что, в свою очередь, сопровождается изменением газообмена с окружающей средой и оказывает значительное влияние на температуру в рабочей камере. Все это сопровождается существенным перерасходом газообразного топлива, и, как следствие, повышением стоимости термической обработки металла. При использовании схемы отопления с постоянным объемом продуктов горения в печах такого типа управление ее тепловой мощностью сводится к комбинированию различных компонентов газообразного топлива при условии обеспечения заданной температуры в рабочем объеме. По принципу динамического программирования Беллмана оптимизацию управления за цикл термической обработки металла обеспечивали путем выбора для каждого периода квантования оптимального по стоимости состава применяемого топлива. Текущая стоимость топлива служит линейной функцией средних расходов его отдельных компонентов в периоды квантования и нахождение его минимального значения для каждого дискретного момента времени представляли как решение задачи линейного программирования. Разработан алгоритм определения оптимальных значений расходов отдельных компонентов газообразного топлива, а также расхода избыточного воздуха, используемых в качестве управляющих воздействий для автоматических систем регулирования температуры и избыточного давления греющей среды в рабочем объеме печей. Предложена функциональная схема автоматической системы управления, реализация которой позволяет не только оптимизировать технологию отопления по стоимости отдельных компонентов топлива, но и путем самонастраивания обеспечить автономность управления температурой и избыточным давлением греющей среды в рабочей камере печей камерного типа. В процессе управления в режиме реального времени с оптимизацией по стоимости отдельных компонентов топлива выполняется самонастраивание системы.

Using local systems of automatic control of temperature and surplus pressure of heating in the working volume of flaming thermal furnace of chamber type, settings, as a rule, are selected separately without the account of their interconnection. At the same time in control of expense of fuel and air not only temperature but also pressure changes in the working chamber of furnace, that, in turn, is accompanied by change of gaseous exchange with a medium and renders substantial influence temperature in a working chamber. All this is accompanied by substantial excessive consumption of gaseous fuel, and, as a result, by the rise of costs of metal heat treatment. Using heating chart with the constant volume of products of burning in the furnaces of such type, the control of its heat power is in combining charges of different components of gaseous fuel at condition of providing of the given temperature in the working volume. According to the principle of Bellman dynamic programming, optimization of control for the cycle of metal heat treatment was provided by choice of the applied fuel which is optimal on a cost composition for every period of quantum. The present cost of fuel serves as the linear function of middle charges of its separate components in periods of quantum and finding of its minimum value for every discrete moment of time, presented as a decision of task of the linear programming. The determination algorithm for optimal values of charges of gaseous fuel separate components was worked out, as well as for the expense of surplus air, used as controlling influences for the automatic systems of adjusting of temperature and surplus pressure of heating medium in the working volume of furnaces. The functional cart of automatic control system is provided, which implementation allows not only optimization of heating technology by cost of separate fuel components, but also provision of the control autonomy of temperature and surplus pressure of heating medium in the working chamber of furnaces of chamber type by means of self-adjustment. In real-time control process is executed with optimization of cost of separate components of fuel self-adjustment of the system.

термическая печь камерного типарабочий объемгреющая средатемператураизбыточное давлениекомпоненты топливаизбыточный воздухалгоритм управлениясистема оптимизации управленияфункциональная схемаthermal furnace of chamber typeworking volumeheating mediumtemperaturesurplus pressurecomponents of fuelsurplus aircontrol algorithmsystem of control optimizationfunctional cart.ReferencesРевун М.П., Зинченко В.Ю., Лютый А.П. Оптимизация низкотемпературного нагрева в пламенных печах // Теория и практика металлургии. 2005. № 1-2 (44-45). C. 60 – 63.Revun M.P., Zinchenko V.Yu., Lyutyi A.P. Optimization of lowtemperature heating in flame furnaces. Teoriya i praktika metallurgii.2005, no. 1-2 (44-45), pp. 60–63.Деклараційний патент України № 1614. Спосіб опалення камерних газових печей / М.П. Ревун, В.Ю. Зінченко, О.П. Лютий; Заявл. 27.02.2006; опубл. 17.07.2006. Бюл. № 7.Revun M.P., Zіnchenko V.Yu., Lyutii O.P. Sposіb opalennya kamernikh gazovikh pechei [A method for chamber gas furnaces heating]. Patent Ukraїni no. 1614. Byulleten’ izobretenii. 2006, no. 7. (In Ukr.).Ложкин С.А. Лекции по основам кибернетики. – М.: МГУ, 2004. – 147 с.Lozhkin S.A. Lektsii po osnovam kibernetiki [Lectures on the basics of cybernetics]. Moscow: MGU, 2004, 147 p. (In Russ.).Умнов А.Е. Аналитическая геометрия и линейная алгебра. 3 изд. – М.: МФТИ, 2011. – 544 с.Umnov A.E. Analiticheskaya geometriya i lineinaya algebra [Analytical geometry and linear algebra]. Moscow: MFTI, 2011, 544 p. (In Russ.).Ревун М.П., Гранковский В.И. Автоматическое управление нагревом металла. – Киев: Техника, 1973. – 138 с.Revun M.P., Grankovskii V.I. Avtomaticheskoe upravlenie nagrevom metalla [Automatic control of metal heating]. Kiev: Tekhnika, 1973, 138 p. (In Russ.).Bellman R. Dynamic Programming. – Princeton University Press. – Princeton. NY. USA. 2010. – 350 p.Bellman R. Dynamic Programming. NY., Princeton, USA: Princeton University Press, 2010, 350 p.Hadley G. Nonlinear and Dynamic Programming. – Addison-Wesley. Publishing Company. Reading Massachusetts, 1969. – 486 p.Hadley G. Nonlinear and Dynamic Programming. Addison-Wesley Publishing Company, Reading Massachusetts, 1969, 486 p.Betts J.T. Practical Methods for Optimal Control Using Nonlinear Programming Ser. Advances in Design and Control. – Philadelphia: SIAM, 2001. – 190 p.Betts J.T. Practical Methods for Optimal Control Using Nonlinear Programming Ser. Advances in Design and Control. Philadelphia: SIAM, 2001, 190 p.Таха Х.А. Введение в исследование операций. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. – 912 с.Taha Hamdy A. Operations research: an introduction. New Jersey: Paerson Education, 1997. (Russ.ed.: Taha Hamdy A. Vvedenie v issledovanie operatsii. Moscow: Vil’yams, 2001, 912 p.).Cornuejols G., Tutuncu R. Optimization Methods in Finance. Pittsburg. – Carnegie Mellon University, 2006. – 349 p.Cornuejols G., Tutuncu R. Optimization Methods in Finance. Pittsburg: Carnegie Mellon University, 2006, 349 p.Банди Б. Основы линейного программирования. – М.: Радио и связь, 1989. – 176 с.Bunday Brian D. Basic Linear Programming. London, Baltimore, Md., USA: Edward Arnold, 1987. (Russ.ed.: Bunday B. Osnovy lineinogo programmirovaniya. Moscow: Radio i svyaz’, 1989, 176 p.).Бородакий Ю.В., Загребаев А.М., Крицына Н.А., Кулябичев Ю.П., Шумилов Ю.Ю. Линейное программирование в современных задачах оптимизации. – М.: МИФИ, 2008. – 188 с.Borodakii Yu.V., Zagrebaev A.M., Kritsyna N.A., Kulyabichev Yu.P., Shumilov Yu.Yu. Lineinoe programmirovanie v sovremennykh zadachakh optimizatsii [Linear programming in modern optimization tasks]. Moscow: MIFI, 2008, 188 p. (In Russ.).Ильин В.А., Ким Г.Д. Линейная алгебра и аналитическая геометрия. – М.: Изд-во Проспект, 2007. – 400 с.Il’in V.A., Kim G.D. Lineinaya algebra i analiticheskaya geometriya [Linear algebra and analytical geometry]. Moscow: Prospekt, 2007, 400 p. (In Russ.).Прасолов В.В. Задачи и теоремы линейной алгебры. – М.: Наука, 1996. – 304 с.Prasolov V.V. Zadachi i teoremy lineinoi algebry [Tasks and theorems of linear algebra]. Moscow: Nauka, 1996, 304 p. (In Russ.).Раскин Л.Г., Кириченко И.О. Континуальное линейное программирование. – Харьков, 2005. – 178 с.Raskin L.G., Kirichenko I.O. Kontinual’noe lineinoe programmirovanie [Continual linear programming]. Kharkiv, 2005, 178 p. (In Russ.).Полак Э. Численные методы оптимизации. – М.: Мир, 1974. – 376 с.Polak E. Computational methods in optimization. Academic Press, 1971, 329 p. (Russ.ed.: Polak E. Chislennye metody optimizatsii.Moscow: Mir, 1984, 315 p.).Шевченко В.Н., Золотых Н.Ю. Линейное и целочисленное линейное программирование. – Нижний Новгород: изд. НГУ им. Н.И. Лобачевского, 2004. – 154 с.Shevchenko V.N., Zolotykh N.Yu. Lineinoe i tselochislennoe lineinoe programmirovanie [Linear and integral linear programming]. Nizhny Novgorod: NGU im. N.I. Lobachevskogo, 2004, 154 p. (In Russ.).Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки в металлургии / М.П. Ревун, Б.Б. Потапов, В.М. Ольшанский, А.В. Бородулин. – Запорожье: ЗГИА, 2002. – 443 с.Revun M.P., Potapov B.B., Ol’shanskii V.M., Borodulin A.V. VysokotemperaturnyeРевун М.П., Зинченко В.Ю., Иванов В.И., Чепрасов А.И. Управление температурой и давлением в термической печи камерного типа. – В кн.: Математические методы в технике и технологиях: сборник трудов научно-практ. конф. (ММТТ-27). Т. 2. – Тамбов:teplotekhnologicheskie protsessy i ustanovki v metallurgii [High-temperature heat engineering processes and installations in metallurgy]. Zaporizhia: ZGIA, 2002, 443 p. (In Russ.).изд. ТПУ, 2014. С. 91 – 95.Revun M.P., Zinchenko V.Yu., Ivanov V.I., Cheprasov A.I. Control of temperature and pressure in a chamber-type thermal furnace. In: Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyakh: sbornik trudov nauchno-prakt. konf. (MMTT-27). T. 2. [Mathematical methods in engineering and technology: Proc. of Sci.-Pract. Conf. (MMET-27). Vol. 2]. Tambov: TPU, 2014, pp. 91–95. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.