Замедление вместо остановки

Замедлить одну из цепочек технологического процесса и в результате получить значительный экономический эффект. Такое – парадоксальное – на первый взгляд, операционное улучшение было применено ведущим инженером-электронщиком центра автоматизированных систем и информационных технологий (ЦАСиИТ) Маратом Хабибуллиным в департаменте по производству порошков.


Разработанный им алгоритм задания параметров в программу контроллера позволил увеличить производительность высокотемпературной шахтной печи (ВШП) по обжигу высококачественных спеченных материалов, сэкономить энергоресурсы и снизить износ оборудования. Его проект под названием «Внедрение алгоритма снижения производительности весового пластинчатого конвейера ВШП-2 пропорционально отклонению от уставки регулятора уровня материала в гидрометрической трубе» занял первое место в корпоративном конкурсе новаторов в номинации «Информационные технологии и автоматизированные системы управления».


Высокотемпературная обжиговая шахтная печь – агрегат вертикального исполнения, в котором загрузка исходного материала (прессованного брикета) производится сверху, а выгрузка обожжённого – снизу. Система выгрузки состоит из трёх основных элементов, расположенных друг под другом: вращающегося выгружного стола, гидрометрической трубы диаметром 400 мм и длиной 6 метров и пластинчатого весового конвейера (выгружных весов), состоящего из металлических пластин-траков. То есть материал поступает в гидрометрическую трубу с вращающегося стола, а затем высыпается на пластинчатый конвейер.


В гидрометрической трубе должен поддерживаться определенный уровень материала, чтобы обеспечить подпор для воздуха, охлаждающего материал (иначе его струя вместе с горячими частицами может прорваться вниз, в помещение весовой, и вызвать порчу оборудования). Уровень материала в трубе регулируется посредством изменения скорости вращения выгружного стола (это достигается с помощью преобразователя частоты, которым оснащён электропривод стола): чем больше скорость вращения, тем быстрее идёт выгрузка. Скорость вращения стола управляется PID-регулятором уровня в гидрометрической трубе, алгоритм которого реализован в контроллере 9K0. Необходимый уровень материала (уставка) в гидрометрической трубе задается с автоматического рабочего места (АРМ), после чего поддерживается PID-регулятором. При понижении уровня материала ниже аварийного (100 мм) более чем на 15 секунд срабатывает противоаварийный алгоритм контроллера, который останавливает пластинчатый весовой конвейер. При остановленном конвейере материал остается запертым в трубе и не выгружается. Таким образом, производительность печи задается производительностью весового пластинчатого конвейера (выгружных весов) и резко падает при его частых остановках.


– Непостоянный гранулометрический состав, значительное содержание мелочи в обожженном материале (вследствие его измельчения во время продвижения по печи), а также неоптимальная конструкция выгружного стола приводят к нестабильным условиям выгрузки материала и, как следствие, к значительным колебаниям уровня в гидрометрической трубе, что приводит к блокировкам весового пластинчатого конвейера. Частые остановки и последующие запуски конвейера приводят к потере общей производительности печи из-за времени, необходимого на его «разгон», – поясняет Марат Хабибуллин. – Целью операционного улучшения является уменьшение количества блокировок весового пластинчатого конвейера, вызванных срабатываниями противоаварийного алгоритма. За счёт внедрения операционного улучшения при снижении уровня материала в гидрометрической трубе пластинчатый конвейер, вместо остановки, кратковременно и незначительно снижает производительность. Это позволяет стабилизировать уровень в гидрометрической трубе и, таким образом, предотвращает блокировку конвейера.


Были внесены изменения в программу контроллера 9К1, противоаварийный алгоритм был расширен дополнительными условиями – алгоритмом предупредительного снижения производительности.


– Если производительность выгружного стола уже максимальная, а уровень в гидрометрической трубе ниже 400 мм, считаем, что развивается ситуация возможного срабатывания противоаварийного алгоритма и остановки пластинчатого конвейера, – продолжает разработчик. – Чтобы предотвратить развитие этой ситуации, предпринимаются действия по временному, частичному снижению производительности весового пластинчатого конвейера (его производительность снижается прямо пропорционально отклонению уровня материала в гидрометрической трубе от заданного значения – уставки). При этом алгоритм может снизить производительность конвейера не более чем в два раза.


Если уровень в трубе все-таки упадет ниже аварийного (100 мм) дольше, чем на 15 секунд, то сработает штатный противоаварийный алгоритм и остановит весовой пластинчатый конвейер.

Благодаря операционному улучшению, временные снижения производительности оказываются достаточно кратковременными и гораздо меньше влияют на снижение производительности печи, чем полная остановка конвейера. Внедрение алгоритма позволило значительно сократить количество остановок весового пластинчатого конвейера даже при очень нестабильных условиях выгрузки и тем самым достичь экономии газа, сжигаемого при разгоне конвейера, и снижения износа оборудования. Если сделать количественную оценку, мы увидим следующую картину: в течение 8-часового отрезка времени, взятого до внедрения новшества, противоаварийный алгоритм срабатывал более 50 раз. На другом временном промежутке такой же продолжительности (уже после внедрения изменений в программу) мы видим около 40 предотвращенных срабатываний блокировки конвейера. Экономический эффект от экономии энергоресурсов, достигнутый за счет уменьшения удельного расхода электроэнергии и газа, за 9 месяцев составил почти 7 миллионов рублей.


Также корректировка программного обеспечения конвейера положительно повлияла на производительность агрегата в целом. Согласно данным из системы «Магнезиус» за период с июня 2019 года по февраль 2021 года, разница в средней производительности печи до и после внедрения новшества составила 1266 тонн в месяц, что означает её повышение на 35-40 тонн в сутки. При этом в расчет не брались месяцы, в которые производился ремонт печи. Опираясь на вышеизложенные факты, можно утверждать, что это произошло за счёт значительного сокращения времени на «разгон» весового конвейера, достигнутого внедрением операционного улучшения, предложенного новатором.


Благодарим за фото Василия Максимова