Цифровая система управления активной мощностью печи сопротивления для производства карбида кремния

Известен метод производства карбида кремния с использованием электроплавильной технологии в электрических печах сопротивления с угольными электродами.

Основной параметр режима плавки - активная мощность печи. Управление активной мощностью осуществляется от однофазных печных трансформаторов. Одно из условий, обеспечивающих образование карбида кремния - поддержание активной мощности печи по заданному временному плану.

В настоящее время процесс плавки ведётся в ручном режиме оператором, что приводит к отклонениям мощности от плана до 10%. Этот фактор приводит к непредсказуемому выходу продукта, затрудняет исследования по совершенствованию технологии плавки. Повышение качества регулирования активной мощности печи возможно при использовании цифровой системы автоматического управления активной мощностью. Возмущения, связанные с неравномерным распределением токов в печной установке, а также со сложными химическими процессами внутри печи, являются неконтролируемыми и непредсказуемыми. Следовательно, для управления мощностью предложено использовать адаптивную систему автоматического управления. Схема системы управления представлена на рисунке 1.

Адаптивная система отличается от обычной тем, что в процессе функционирования объекта происходит обучение его математической модели и перенастройка параметров регулятора.
Для сбора экспериментальных данных на предприятии ОАО "Волжский абразивный завод" создана система автоматического мониторинга электрических параметров комплекса плавильных трансформаторов. На каждом трансформаторе были установлены контроллеры ОВЕН ПЛК150, которые производили опрос цифровых приборов по интерфейсу RS-485. Помимо активной мощности печи фиксировались также: напряжения первичной, вторичной обмоток трансформатора, ток первичной обмотки, коэффициент мощности. С периодом в одну минуту все контроллеры передавали измеренные данные на центральную ЭВМ по интерфейсу Ethernet. Далее архивы измерений автоматически экспортировались в файлы формата MS Excel.

По экспериментальным данным методом «вход-выход» составлена математическая модель печи сопротивления в пространстве состояний, а также алгоритм обучения модели (уточнения оценок параметров и переменных состояния) в контуре управления. Модель печи сопротивления представлена дифференциальным уравнением первого порядка с переменным коэффициентом усиления. В качестве переменной состояния модели печной установки выбрана проводимость печи, так как эта переменная характеризует текущее состояние процесса плавки, степень превращения сырьевых компонентов в карбид кремния. Для уточнения оценок параметра модели применён рекуррентный метод наименьших квадратов (РМНК) [1].

Список используемых источников:

1) Гольцов А.С. Адаптивные системы автоматического управления нелинейными объектами. - Орел: Академия ФАПСИ, 2002. - 156 с.