asyan.org
добавить свой файл
1


Имитационная модель-тренажёр для дистанционного обучения технологии приготовления

цементно-сырьевых смесей в потоке.

А.Н. Рассоха, А.А. Сендеров, И.В. Дмитренко, Д.В. Сендеров.

НТУ «ХПИ», УкрНИИЦемент, Харьков
Аннотация. В работе рассматриваются вопросы разработки компьютерного тренажёра на базе имитационной модели технологического процесса приготовления цементно-сырьевых смесей. При этом, компьютерный тренажёр позволяет с помощью подпрограмм датчиков случайных чисел имитировать случайные помехи в работе реального производства или возможные аварийные ситуации. Это позволяет отрабатывать моторно-рефлекторные навыки реакции обучаемых на возможные аварийные ситуации, тем самым, повышать квалификацию этих специалистов.
The Abstract. Questions of the development computer simulator are considered In work on the base of the simulation model of the technological process of the preparation cement-raw materials mixtures. Herewith, computer simulator allows by means of subroutines sensor casual numbers to imitate the casual hindrances in work real production or possible emergencies. This allows to perfect motor-reflex skills to reactions trained on possible emergencies, hereunder, raise the qualification these specialist.
В задачу каждого современного производства входит своевременная и качественная подготовка своих трудовых кадров, рабочего и инженерно-технического персонала (на уровне рабочих старших разрядов, бригадиров и мастеров) [1]. А для цементных заводов накладываются ещё и местные проблемы. Из-за загрязнения окружающей среды, основная масса цементных заводов располагается вдали от крупных городов, в посёлках с несовершенными (или нерешёнными) бытовыми условиями, где всегда будут существовать проблемы с текучкой молодых кадров.

Поэтому, дистанционное обучение (ДО) и повышение квалификации в таких условиях особенно актуально: как традиционное заочное, так и современное, с применением IT-технологии, которая позволяет качественно и быстро повышать квалификацию работников, без отрыва от производства, т.е. с минимальными затратами времени и денег, при максимальной концентрации и эффективности учебного процесса.

В поточной технологической цепочке приготовления цемента задача получения смеси заданного химического состава встречается дважды или трижды, в зависимости от технологической схемы карьера и сырьевого передела. При двухшламовой поточной технологии, уже на промплощадке карьера путём грубого дозирования добываемых сырьевых компонентов готовят или низко-титровый, или высоко-титро-вый шлам ─ это первая стадия приготовления сырьевых смесей [2]. На второй стадии, т.е. ещё до обжига, путём точного дозирования получают сырьевую смесь заданного химического состава, которую и подают в клинкерную печь [3]. И, наконец, третья стадия, когда после обжига необходимо смешивать клинкер с различными добавками: шлак, гипс и др., для приготовления цемента заданной марки.

При этом качество готовой смеси оценивается целым набором показателей: – это химический состав из нескольких окислов (порядка 10 штук), а также физические параметры: тонкость помола, влажность, растекаемость и др.

При этом сами сырьевые компоненты могут подаваться на смешивающий агрегат по шламопроводам (или пневмотранспортом), или подвозиться ЖД-транспортом, автотранспортом, со специальных складов и т.д., в зависимости от технологической схемы конкретного завода.

Всё это накладывает дополнительные сложности в расчеты дозировок, и в сам процесс непосредственного дозирования каждого компонента, опять же в зависимости от технологической схемы завода.

Эту задачу не возможно решить вручную, учитывая большую размерность и необходимость решить быстро, в течении 2-3-х минут. Поэтому её решают по специальным компьютерным программам, которые рассчитывают не только дозировки компонентов на первом этапе смешивания, но и далее, когда надо менять эти дозировки по ходу процесса, т.е. по мере заполнения усреднительных ёмкостей [2,3].

В этом и состоит смысл и цель внедрения разработанной программы «Корректировка химического состава смеси» на цементных заводах. Кроме того, компьютерная программа должна учитывать возможные кризисные (т.е. аварийные ситуации), когда уже приготовили смесь с бракованным химическим составом, и необходимо просчитать варианты исправления этой ситуации.

Наличие такой компьютерной программы позволяет на заводе стабилизировать качество приготавливаемой смеси, уменьшить время приготовления и, значит, соответственно сократить расходы электроэнергии на работу насосов, расходы сжатого воздуха на перемешивание, расходы транспорта на подачу дополнительных корректирующих добавок, а также оптимально планировать работу карьеров по добыче сырья, не допуская перепроизводства или, наоборот, недостачи сырья и т.д.

Однако, для работы с такой компьютерной программой от человека-оператора (или химика-технолога) требуется достаточно высокий уровень квалификации, и не общей, а конкретной, применительно к конкретному технологическому процессу получения цементно-сырьевой смеси. А с другой стороны, этот человек должен обладать соответствующим уровнем компьютерной подготовки (хотя бы на уровне офисного секретаря), а также обладать достаточно быстрыми моторно-рефлекторными реакциями на изменения конкретной производственной ситуации.

А поэтому вопрос подготовки специалистов химиков-технологов с высоким уровнем компьютерных знаний и с хорошими моторно-рефлекторными навыками является актуальным и стоит на повестке дня для любых сложных химико-технологических комплексов. Для этого нам необходимо разработать компьютерный тренажёр, позволяющий дистанционно (в режиме онлайн-симулятора с любым заводом по Интернет), с учётом безопасных и комфортных условий для обучения, выполнять тренаж начинающих операторов-технологов цементного производства, не боясь возможных аварий, сбойных ситуация и т.д. Все эти сбойные и аварийные ситуации моделируются на тренажёре, а не в реальных производственных условиях.

Математическая модель процесса смешивания строится на базе уравнений баланса [4,5]. При этом, в основу моделей положены уравнения баланса массы, воды, содержания отдельных химических оксидов, заданные значения технологических модулей (коэффициент насыщения ─ КН, силикатный и глинозёмный модули).

В таблице 1 представлены основные уравнения для химического состава цементно-сырьевой смеси для статического состояния (статика процесса) или в состоянии изменения (т.е. движения, динамики процесса).

Таблица 1: Математические модели процесса получения цементно-сырьевых смесей заданного химического состава.


Статика

Динамика








^ Условные обозначения: - среднее значение j-го химического оксида в i-м сырьевом компоненте; n – количество сырьевых компонент; - средняя дозировка i-го сырьевого компонента; - среднее значение j-го химического оксида в i-м сырьевом компоненте; ΔRJ - отклонение от среднего значения колебаний химического оксида RJ; λ0 усреднительная способность конечного гомогенизатора; λlj ─ усреднительная способность промежуточного гомогенизатора на l-й стадии для RJ оксида i-го сырьевого компонента; lj среднее значение оксида RJ на l-й стадии переработки i-го сырьевого компонента; R lj [P1(t)] ─ текущее значение j-го оксида R lj на l-й стадии переработки i-го сырьевого компонента, подчинённое P1(t) закону распределения вероятностей; U – функционал управления, оказывающий влияние на изменения корректирующих дозировок di i-го сырьевого компонента, δ [ P2(di ) ] ─ ошибка дозирования, подчинённая P2 закону распределения вероятностей для i-го сырьевого компонента.



Имитационная модель процесса смешивания (т.е. компьютерная программа) строится на теоретической базе работы [6], а применительно к цементному производству, дополнительно учитывая случайные колебания параметров процесса смешивания, в работе [7].

Сама по себе имитационная модель-тренажёр представляет собой комплекс взаимосвязанных программ для автоматизированного рабочего места сменного химика-технолога в сырьевом цеху, цеху помола клинкера или центральной заводской лаборатории. Наш тренажер содержит:

1) Динамическую имитационную модель технологических процессов смешивания и усреднения цементно-сырьевых смесей, позволяющую проводить машинные эксперименты работы оборудования, с учётом случайных возмущений и помех. При этом, имитационный эксперимент даёт возможность проводить многовариантный анализ поведения, как самого технологического процесса, так и поведение оператора-технолога, управляющего этим процессом.

2) Многооконный интерфейс, позволяющий сменному химику-технологу или стажёру-практиканту на мониторе наглядно видеть состояние процесса (общий вид интерфейса см. на рис. 1).

3) Тренажёр позволяет имитировать ряд сценариев аварийных ситуаций и проводить тренировки стажёров, предусматривающих демонстрацию аварии, комментарии и показ правильных действий (режим "демонстрация").


.

Рис, 1 Компьютерная реализация интерфейса имитационной модели.






А чтобы сузить это число вариантов до разумных, мыслимых пределов, разрабатываются определённые сценарии, имитирующие различные производственные и аварийные ситуации.



Программный комплекс-тренажёр позволяет вести и управлять реальным производственным процессом (см. рис. 2).




Рис. 2 Химик-технолог Г.А.Мартынова ведёт процесс приготовления шлама (смеси) заданного химического состава.



Выводы

Таким образом, нами описана работа по созданию компьютерного программного тренажёра, моделирующего технологический процесс приготовления цементно-сырьевой смеси. При этом сочетание дистанционной формы образования с виртуальными имитационными тренажёрами (ВИТ) экономически целесообразно в ВУЗах и центрах повышения квалификации и переподготовки кадров, в связи с возможностью обучения и тренажа на расстоянии, экономя при этом время и средства, как самих обучаемых, так и учебных заведений.

Еще одно преимущество виртуальных имитационных тренажеров заключается в безопасности обучения, т.к. обучение практиканта на действующем технологическом оборудовании иногда не просто нежелательно, но и опасно (например, машинисты турбин, котлов, сырьевых и цементных мельниц, клинкерных печей и другого сложного технологического оборудования). 

Список литературы.

  1. А.Н.Рассоха, А.А.Сенлеров, И.В.Дмитренко, А.И.Здоров, Д.В.Сендеров Задача приготовления цементно-сырьевых смесей и пути её реализации. В сб. тезисов докладов XX международной научно-практической конференции Микрокад-2012, часть III, c. 23, Изд-во НТУ «ХПИ», 2012 г.

  2. А.И.Панасенко, А.А.Сендеров, П.П.Шепитько Прогнозирование колебаний химического состава сырья в экскаваторных забоях. // Ж. «Цемент Украины» , № 1, Харьков, 1998 г., с. 29-31.

  3. О.В.Сорокин, А.А.Сендеров, И.М.Тынников Приготовление сырьевого шлама в потоке с применением современных ПЭВМ.// Ж. «Цемент Украины» № 1, Харьков,1997 г.,с24-28.

  1. Ю.М.Бутт Технология цемента и других вяжущих материалов. М., 1964 г., с. 352.

  2. С.Д.Окороков Расчёт портландцементной сырьевой шихты. М. Стройиздат, 103 с.

  3. Н.П. Бусленко, И.Н.Коваленко, В.В.Калашников Лекции по теории сложных систем., М., «Советское радио», 1973 г.

  4. А.А.Сендеров, М.А.Вердиян Основы расчёта чувствительности и устойчивости проектируемых технологических схем цементного производства методом имитационного моделирования. // Труды Ниицемента, вып. 82, М. 1984, с. 90-111.