Другим фактором, влияющим на качество и массовый выход карбида кремния являются различные изоляционные свойства печей сопротивления. На предприятии имеется около 100 печей, каждая из которых может быть подключена к любому из печных трансформаторов. Срок службы печи до очередного капитального ремонта составляет около 2 лет. Таким образом, все печи имеют разную степень износа изоляции и разную степень утечек тока. Контроль изоляционных свойств печи в реальном времени позволил бы управлять полезной мощностью печи − то есть мощностью, идущей на разогрев шихты. Это позволит исключить фактор влияния свойств конкретной печи на технологический процесс образования карбида кремния.
Сделано предположение, что определение изоляционного состояния печи и доли полезной мощности возможно на основании измеряемых электрических параметров печной установки, к которым относятся: активная мощность (P), напряжение (UВ), ток (IВ), коэффициент мощности (cosφ) стороны высокого напряжения трансформатора; вторичное напряжение (U3) и напряжения относительно торцов печи (U1,U2) стороны низкого напряжения трансформатора.
В результате предложено использовать адаптивную систему автоматического управления полезной мощностью печи сопротивления для производства карбида кремния.
В результате анализа печи сопротивления, как объекта управления, предложена следующая структура адаптивной системы управления полезной мощностью:
Рисунок 1.6 − Структурная схема адаптивной системы управления полезной мощностью печи сопротивления
На рисунке 1.6: БНПР - блок настройки параметров регулятора; Pзад(t) − заданная величина полезной мощности; V(t) − управляющее воздействие регулятора; U(t) − вторичное напряжение трансформатора; w(t) − возмущающее воздействие; E(t) − вектор погрешностей датчиков; X(t), Xм(t) − текущий вектор переменных состояния печи сопротивления и вектор состояния печи, вычисленный по модели соответственно; eм(t) − рассогласование оценивания; Pп(t) − полезная мощность печи.
На схеме (рис. 1.6) объектом управления является печь сопротивления, напряжение к которой (управляющее воздействие U) подводится печным трансформатором. С помощью датчиков P,UВ,IВ,U1,U2 измеряются электрические параметры печи. Эти измерения используются в блоке расчета полезной мощности Pп, по которой осуществляется управление. В этом же блоке рассчитываются переменные состояния печи X, используемые в контуре обратной связи для обучения математической модели печи.
Предполагается, что применение адаптивной системы управления полезной мощностью печи сопротивления позволит снизить погрешность регулирования активной мощности. При существующих технических средствах управления мощностью может быть обеспечена погрешность управления в 3%.
Алгоритм вычисления полезной мощности печи сопротивления в реальном времени позволит вести процесс управления не по измеряемой активной мощности, а по полезной мощности, идущей непосредственно на разогрев шихты. Это должно привести к более точному поддержанию температуры в реакционной зоне, что положительно скажется на массовом выходе и качестве карбида кремния. Кроме того, накопленная статистика плавок позволит отбирать печи с наилучшими изоляционными характеристиками.
Внедрение автоматической системы управления должно снизить количество переключений ступеней трансформатора по сравнению с ручным управлением не менее, чем на 10%, что увеличит ресурс работы оборудования.
Для решения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
1. Создать автоматизированную систему круглосуточного мониторинга электрических параметров печной установки с архивированием накопленных данных в формате, пригодном для обработки на ЭВМ.
2. На основе экспериментальных данных, получаемых от системы мониторинга электрических параметров, разработать методику вычисления полезной мощности печи сопротивления в реальном масштабе времени.
3. По экспериментальным данным методом "вход-выход" разработать обучаемую математическую модель в пространстве состояний динамики изменения мощности для адаптивной системы автоматического управления полезной мощностью печи сопротивления.
4. На базе обучаемой модели печи сопротивления и функционала обобщённой работы разработать алгоритм формирования управляющих воздействий для адаптивной системы автоматического управления полезной мощностью печи сопротивления.
5. Разработать и экспериментально исследовать макет адаптивной системы автоматического управления полезной мощностью печи сопротивления.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.