ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 12 LJUBLJANA JUNIJ 1978 Uporaba procesnega računalnika v elektrojeklarni* UDK: 669.669.168.1.31, 65.011.51 ASM/SLA: U4k, xl4, D5, A5f, 1—54, 18—74 Jože Šegel Slovenske železarne — ŽELEZARNA RAVNE proizvaja več sto vrst ogljikovih, nizko, srednje in visoko legiranih jekel za potrebe valjarne, kovač-nice in jeklolivarne. Za izdelavo jekla se uporabljajo med drugim tudi štiri elektroobločne peči, od 15 do 45 ton kapacitet. Pri analizi možnosti uporabe procesnih računalnikov za zahtevno in raznoliko proizvodnjo je bilo ugotovljeno, da je mogoče s primerno računalniško opremo in programi AVTOMET firme Process Co iz Pittsbourgha (ZDA) v precej kratkem času vključiti procesni računalnik v skoraj vse faze tehnološkega procesa izdelave jekla na elektroobločnih pečeh. Takšna pot je bila učinkovitejša kot lastni razvoj aplikacij. Članek opisuje vsebino, obseg in prve rezultate projekta uvedbe procesnih računalnikov v jeklar-no železarne Ravne. V začetku so prikazane matematične metode in modeli uporabe računalnika v posameznih fazah tehnološkega procesa. UPORABLJENI RAČUNALNIŠKI MODELI Za vsak industrijski tehnološki proces je značilno, da vsebuje in povezuje tok materiala, energije ter informacij. Upravljanje in kontrola tehnološkega procesa je mogoča le ob primernem obsegu in nivoju informacij. Planiranje proizvodnje, nabavljanje surovin, vodenje in kontrola procesa, povratne informacije so področja, ki so tesno povezana z informacijskim sistemom. Računalnik se Jože Šegel, dipl. inž. met. vodi službo za avtomatizacijo proizvodnih procesov v Železarni Ravne. * Članek predstavlja slovenski prevod avtorjevega referata na »Third International Iron & Steel Congress« (April 1978, Chicago, ZDA) ** Uporaba procesnih računalnikov je še precej novo področje in zato za nekatere angleške izraze še nimamo ustreznega udomačenega slovenskega prevoda. v informacijski sistem in v upravljanje tehnološkega procesa lahko vključuje v obliki različnih modelov: a) »OFF-LINE« model Najpreprostejši model je »OFF-LINE«, ki ga kaže slika 1. Obdelani podatki se v obliki povratnih informacij vračajo v proces. Računalniku daje informacije o procesu človek. Takšen način upo- PROCES ČLOVEK ČLOVEK RAČUNALNIK Slika 1 Off-line model (ročno zbiranje podatkov) Fig. 1 Off-line model (manual collecting data) rabe računalnika se pogosto uporablja pri raziskavah in matematično statističnih analizah tehnoloških procesov v jeklarni. Model se uporablja predvsem pri prvih poizkusih uporabe računalnika v jeklarni, primeren pa je tudi kasneje za razvijanje in izboljšave avtomatizirane proizvodnje. b) »IN-LINE« model Pri tem modelu ročno zbiramo podatke o procesu, vnašamo podatke v računalnik preko terminala ali podobnega medija in obdelane podatke pregledamo. Po potrebi jih ročno obdelamo ter šele nato uporabimo pri upravljanju procesa (Slika 2). Model se uporablja tam, kjer ni mogoče avtomatsko zbiranje podatkov z merilnimi instrumenti ali pa je takšno zbiranje nerentabilno. Primer: Pri uporabi računalnika za izračun optimalne sestave vložka tehnolog tekoče vnaša nove dohode na skladišče starega železa s terminalom. ŽEZB 12 (1978) štev. 2 Uporaba procesnega računalnika v jeklarni Slika 2 In-Iine model (pogosto in tekoče vnašanje podatkov v računalnik) Fig. 2 In-line model (frequent and fluent data input in computer) Izračunano sestavo vložka pregleda, po potrebi popravi in šele nato pošlje na pripravo vložka dokumente za tehtanje vložka. c) »ON-LINE OPEN LOOP« model Slika 3 kaže model neposredne zveze med procesom in računalnikom pri vnašanju podatkov v računalnik. Povratne informacije se obdelajo v računalniku in dajo na razpolago človeku kot pomoč za vodenje, spremembe ali izboljšave procesa. PROCES 1 RAČUNALNIK ČLOVEK Slika 3 On-Iine open loop model Fig. 3 On-Iine open loop model Takšen model nastopa v jeklarstvu takrat, kadar računalnik lahko neposredno dobiva povratne informacije, ne more pa neposredno vpli-vai na spremembe v tehnološkem procesu. Razlogov za to je lahko več. Navedimo primer: Pri izračunu dodatka ferolegur dobiva računalnik podatke o kemijski sestavi prvega preizkusnega vzorca neposredno z izvrednotenjem kvantometrskih meritev in talilcu izračuna potrebne dodatke ferolegur. Talilec se odloči, ali bo izračun uporabil ali ne, saj le on ve, ali je izdelava šarže potekala normalno. Računalnik tega ne ve, ker veliko pomembnih tehnoloških parametrov ni mogoče dovolj zanesljivo, točno in hitro meriti. Podoben praktičen primer je tudi vključitev varnostnega sistema v računalniško kontrolo. Znak za nevarnost sprejme računalnik neposredno in ga ustrezno obdela. Talilca pri peči dodatno opozori o znakih nevarnosti in mu svetuje, kaj naj ukrene. d) »ON-LINE CLOSE LOOP« model V tem modelu z zaprto zanko, ki ga kaže slika 4 računalnik sam upravlja s procesom, brez človekovih posegov. Sistem z zaprto zanko lahko upravlja proces neposredno ali s pomočjo krmilnih naprav, kjer samo spremeni nastavljene parametre. Ta sistem se lahko uporablja v procesu samo za nekatere dele procesa od trenutka, ko operater sporoči računalniku, da je vse pripravljeno. Pri vodenju raztaljevanja vložka ene košare v elektro obločni peči imamo primer, da talilec sporoči, da je košara založena in od tega trenutka dalje stopi v veljavo »ON-LINE CLOSE LOOP« model uporabe računalnika. Slika 4 On-line closed-loop model Fig. 4 On-line closed loop model Raztaljevanje ene košare lahko smatramo za podproces, ki ga neposredno upravlja računalnik. Upravljanje se zaključi, ko je košara raztaljena. Za celoten proces izdelave jekla v elektroobloč-nih pečeh je značilno, da lahko uporabljamo vse do sedaj naštete modele. Proces razdelimo na pod-procese in glede na tehnološki in informacijski nivo izberemo in vključimo enega od obravnavanih modelov uporabe računalnika. Poleg različnih modelov uporabe računalnika imamo opraviti še s sistemom, ki mora upravljati več procesov. Računalnik mora biti istočasno na razpolago in delati za več peči, ki lahko delajo v isti ali v različnih tehnoloških fazah. Dokaj zahtevna naloga je v računalniku rešena s sistemom »Time Sharing«, ki omogoča istočasno delo za več tehnoloških procesov takrat, ko je to potrebno, ali kakor rečemo, v realnem času. V takem sistemu je nujno potrebno dodeliti posameznim programom uporabe določene prednosti, kajti nekateri deli tehnološkega procesa izdelave jekla so bolj nujni in važnejši od drugih. Sistem upravljanja procesa s pomočjo računalnika lahko gledamo s stališča nadzora in ugotovimo, da imamo opraviti z izrazito uporabo povratnih informacij in napovedi z matematičnimi modeli. Tako na primer s pomočjo kemijske analize prvega preizkusnega vzorca nadziramo proces in ga z računalnikom popravljamo pri dodajanju ferolegur. Na drugi strani v naprej napovedujemo, katere vrste in koliko vložnih surovin je potrebno nabaviti. UPORABLJENE MATEMATIČNE METODE Za celoten koncept uporabe procesnega računalnika pri izdelavi jekla je značilno, da se je potrebno posluževati poleg različnih modelov uporabe računalnika tudi različnih matematičnih metod optimalnega izračuna. Še posebej izstopa kombinacija uporabe metod linearnega programi- 3S ranja in statičnih regresijskih enačb. Ta kombinacija se pojavlja pri: — optimiranju naročanja vložnih materialov, — izračun sestave vložka, — izbiri jekla po raztalitvi vložka in — izračunu dodatka ferolegur. Matematičnemu modelu so dodane praktične omejitve. Model je dinamičen, saj je koristno in potrebno občasno iskati nove regresijske enačbe, ki morebiti pojasnjujejo novosti v tehnološkem procesu. Takšno novost predstavlja tudi uvedba procesnega računalnika za izračun dodatka ferolegur. Na sliki 5 je prikazana regresijska odvisnost med odgorom Si in razliko % Si (prirastek % pri legiranju) pred uvedbo računalnika in po njem. Pri dani željeni kemijski sestavi jekla in praktičnih omejitvah je ciljna funkcija linearnega programiranja: minimalni stroški. To pomeni, da je potrebno poiskati najcenejšo kombinacijo vložnih ali legirnih materialov. S pomočjo regresijskih enačb odgorov in drugih statističnih parametrov dosežemo natančnejši končni izračun posameznih materialnih komponent. RAZDELITEV IN POVEZANOST SISTEMOV UPORABE RAČUNALNIKA NA ELEKTROOBLOČNIH PEČEH Paket programov AVTOMET firme Process Co. iz ZDA posega posredno in neposredno v vse faze izdelave jekla na elektroobločnih pečeh. V posameznih fazah dela se uporabljajo različni sistemi uporabe računalnika. Tabela 1 nam daje pregled uporabe računalnika za vse faze izdelave jekla. Vidimo, da je večina teh na nivoju »ON-LINE OPEN LOOP« in da je za celoten proces izdelave jekla na elektropečeh značilno, da ga ni mogoče obravnavati kot en model. Ob uvajanju vseh naštetih vrst uporabe se vzporedno pojavlja problem enotnega sistema zbiranja, prenosa in uporabe informacij. Glavni procesni računalnik jeklarne mora zagotavljati ustrezno povezavo — s pripravo dela in obratovodstvom jeklarne, — s posamezno elektroobločno pečjo, — s pripravo vložka, — z računalnikom v kemijskem laboratoriju, — z računalnikom za krmiljenje električne energije, — z osrednjim računalnikom podjetja in — posredno ter neposredno z nabavno službo. Slika 6 kaže omenjeno povezanost v železarni Ravne, kjer se gradi enoten računalniški informacijski sistem za celo podjetje. Za uspešnost uvedbe računalnika za vodenje jeklarskih procesov so izredno pomembne dobre regresijske enačbe, ki pojasnjujejo zakonitosti v procesu in povečajo matematično determiniranost procesov in zanesljivost izračunov. Pri iskanju regresijskih enačb odgorov smo se poslužili večstopenjske nelinearne analize regre-sije na IBM 370 računalniku. Za posamezne skupine jekel in elementov smo pripravili s pomočjo več tisoč šaržnih kartonov več kot 130 regresijskih enačb. RAČUNALNIK ZA ELEKTRIČ. APLIKACIJE OBRATOVODSTVO IN PD JEKLARNE \ OSREDNJI BM RAČUNALNIK PODJETJA OSREDNJI PROCESNI RAČUNALNIK RAČUNALNIK NA KANTOMETRU PRIPRAVA VLOŽKA JEKLARNA I JEKLARNA 2 Slika 6 Informacijski računalniški sistem jeklarne v železarni Ravne Fig. 6 Information computer system in the steelplant of Ravne Ironworks. Q20 Q30 -—A Si (%) Slika 5 Primerjava regresijske enačbe izplena silicija pred in po uvedbi računalnika Fig. 5 Comparison of the regression equation for silicon yield before and after the application of computer control. Pred uvedbo računalnika : IZ -9,21*295,2 AS i 70 N-ilšarž Sy=6,82 'P >99,9% R!^0,7S N=iOsarž Sy=3J97 P> 99,9% R2=0,9i Po uvedbi računalnika: IZ=Q90 *337,9 -AS/ Tabela 1: Pregled uporabe procesnega računalnika po fazah izdelave jekla na elektroobločnih pečeh OPERACIJA UPORABA RAČUNALNIKA MODEL UPORABE RAČUNALNIKA Naročila Vodenje knjige naročil OFF-LINE Nabava surovin Optimalno naročanje surovin OFF-LINE Priprava vložka Izračun sestave vložka IN-LINE Taljenje vložka — Vodenje faze taljenja — Razdeljevanje razpoložljive električne energije ON LINE CLOSE LOOP ON LINE CLOSE LOOP Kemijska analiza 1. preizkusni vzorec — Izvrednotenje meritev kvantometra* — Izbira jekla za izdelavo ON-LINE CLOSE LOOP ON-LINE CLOSE LOOP Oksidacija Izračun količine in časa pihanja kisika ON-LINE CLOSE LOOP Kemijska analiza 2. preizkusnega vzorca Izvrednotenje meritev kvantometra* ON-LINE OPEN LOOP Dezoksidacija in rafinacija Izračun dodatkov za dezoksidacijo in rafinacijo ON-LINE OPEN LOOP Kemijska analiza 3. preizkusnega vzorca Izvrednotenje meritev kvantometra ON-LINE OPEN LOOP Dodatek ferolegur Izračun dodatkov ferolegur ON-LINE OPEN LOOP Litje Vnašanje podatkov o izdelavi šarže IN-LINE (* Programi firme ARL) Za lažjo rešitev opisane zahteve je paketu AVTOMET dodan novi programski produkt »TER-MINALS MANAGER« za upravljanje terminalov, ki ima: — nadzorno — varnostno in — servisno funkcijo. Uporabniki s terminali ne morejo nekontrolirano neposredno klicati programov preko operacijskega sistema, ampak samo preko »TER-MINALS MANAGERja«, ki dejansko dopolnjuje operacijski sistem (slika 7). Celoten računalniški sistem dela v realnem času (24 ur na dan) in na osnovi »Time Sharing« uporabe računalnika. Več uporabnikov lahko hkrati uporablja računalnik ali celo isti program. Takšen sistem je nujen, kadar je na računalnik vezanih več peči, ki predstavljajo z informacijskega stališča neodvisne tehnološke procese. V nadaljevanju bo na kratko opisana vsebina posameznih vrst uporabe procesnega računalnika v železarni Ravne. OPTIMALNO NABAVLJANJE VLOŽNIH SUROVIN Po uvedbi računalniškega izračuna sestave vložka in dodatka ferolegur lahko jeklarna pri- stopi k uvedbi optimalnega nabavljanja ferolegur, legiranih odpadkov in starega železa s pomočjo procesnega računalnika. To uporabo uvajamo v treh stopnjah razvoja: a) Jeklarna vodi nabavno službo z zahtevami na osnovi nepredvideno porabljenega vložka. b) Za pomembnejše nabave vložnih surovin uporablja nabavna služba računalnik in posebna Slika 7 V železarni Ravne uporabljeni AVTOMET programi Fig. 7 AVTOMET programmes used in Ravne Ironworks. programa: enega za legirane odpadke in staro železo, drugega za ferolegure. c) Nabavna služba uporablja postopek nabavljanja, ki temelji na računalniškem izračunu potreb na osnovi plana proizvodnje in stanja zalog. Za uspešnejšo uporabo računalnika pri izračunu sestave vložka in dodatka ferolegur je nujno, da nabavna služba upošteva potrebe jeklarne. Uporaba računalnika v jeklarni pospešuje porabo cenejših legiranih odpadkov in ferolegur. Klasičen način nabavljanja surovin za jeklarno temelji na povprečni porabi surovin v preteklem obdobju. Takšen način nabavljanja postane problematičen, saj računalniku pri izračunu sestave vložka ali dodatka ferolegur ne nudimo vse možnosti izbire surovin, ki jih ponuja trg. To predstavlja pri matematično optimalnem izračunu dodatno omejitev, katere posledica je dražja rešitev. Jeklarna mora pričeti uporabljati dražje surovine, če ji zmanjka cenejših. V takšnih situacijah prične jeklarna pospeševati nabavo cenejših surovin. Temu sledi druga stopnja uporabe računalnika pri nabavljanju surovin. Uslužbenec nabavne službe ali priprave proizvodnje vnese v računalnik planirano proizvodnjo jekla in razpoložljive vrste surovin na trgu. Po potrebi lahko spreminja in poizkuša različne cene posameznih surovin. Pride do igre »kaj-če« pri kateri želi uslužbenec za dano situacijo dobiti najcenejšo in naj sprejemljivejšo rešitev. To pride v poštev predvsem za pomembnejše nabave ali plane nabav. Pri računanju optimalne nabave legiranih odpadkov in drugih vrst starega železa uporabljamo program, ki je podoben programu za izračun sestave vložka. Razširjen je toliko, da mu je dodana datoteka razpoložljivih vrst legiranih odpadkov in drugega starega železa na trgu. Naenkrat lahko izračunamo potrebno nabavo za eno vrsto jekla in poljubno število šarž. Zato za posamezne skupine jekel izberemo predstavnike, ki pri izračunu tudi količinsko predstavljajo celo skupino. Za optimalno planiranje in nabavljanje ferolegur se uporablja program, ki je podoben programu za izračun ferolegur. Pred uporabo tega programa se formira datoteka povprečne kemijske sestave jekla pred legiranjem in tekoča datoteka razpoložljivih vrst ter količin ferolegur na trgu. Program se lahko uporablja za kratkoročne in dolgoročne nabave ferolegur. Naslednja stopnja uporabe računalnika na tem področju je popolna integralna uporaba računalnika pri nabavljanju surovin za celotno proizvodnjo jeklarne z upoštevanjem stvarnega stanja na trgu. Planirana proizvodnja jeklarne za različna obdobja se prenese iz osrednjega v procesni računalnik. Pri tem se vnese stanje na trgu in stanje zalog v podjetju ter dobi lista vložnih surovin za nabavo. Pride do skladne uporabe programov in opreme IBM ter procesnega računalnika. IZRAČUN SESTAVE VLOŽKA Za vložek pri izdelavi legiranih in visoko legiranih jekel se uporablja staro železo in znaten del legiranih odpadkov, t. j. staro železo z višjo vsebnostjo legiranih elementov. Iz več deset ali celo sto vrst legiranih odpadkov je treba izračunati sestavo vložka tako, da bomo dobili po raztalitvi želeno kemijsko sestavo in težo jekla v peči. Ta cilj lahko dosežemo z različnimi kombinacijami količin in vrst legiranega odpadka, vendar je samo en izračun za določeno situacijo optimalen, kar pomeni najcenejši in tehnološko sprejemljiv. Pri optimizaciji izračuna sestave vložka s pomočjo linearnega programiranja z računalnikom poiščemo najcenejšo mešanico vložka in pri tem upoštevamo: — razpoložljive zaloge legiranih odpadkov, ferolegur in starega železa, — ciljano kemijsko sestavo po raztalitvi vložka, — ceno posameznih vložnih materialov in — tehnološke omejitve. Zaradi točnega in enotnega izračuna sestave vložka se delno zoži razsipanje kemijske sestave po raztalitvi, kar ugodno vpliva na vsakdanjo prakso izdelave jekla. Pomembna je pravilna nastavitev ciljane kemijske sestave po raztalitvi. Pri legiranih elementih, ki ne odgorevajo, optimiramo ciljano kemijsko sestavo po raztalitvi. S tem ukrepom prihranimo drage ferolegure. To je delno mogoče izvesti tudi pri jeklih z visokim predpisanim % C za tiste elemente, ki zmerno odgorevajo (n. pr. Cr, Mn). Za vsakdanjo uporabo je program za izračun vložka s procesnim računalnikom pripravljen tako, da delavec priprave dela jeklarne s terminalom pokliče računalniški program. Pred tem mora v računalnik vnesti dejansko stanje zalog na skladišču starega železa. Pri enem klicanju programa izračuna sestavo za eno ali več šarž ene vrste jekla. IZBIRA JEKLA NA OSNOVI KEMIJSKE SESTAVE ŠARŽE PO RAZTALITVI VLOŽKA V jeklarnah, kjer izdelujejo ogljikova in legi-rana jekla pretežno iz starega železa, nastopa resen problem, če staro železo ni dovolj dobro sortirano. Praktično nikoli ne vemo dovolj natančno, kakšna bo kemijska sestava šarže po raztalitvi. Zato je smotrno, da se šele takrat, ko vemo, s kakšno talino razpolagamo, dokončno odločimo, katero vrsto jekla bomo izdelali. Pri izbiri upoštevamo: — naročene vrste jekla in jekla, ki jih delamo morebiti na zalogo, — kemijsko analizo taline po raztalitvi vložka in — proizvodne ter tehnološko kakovostne omejitve. Zelo koristno orodje za hitro in optimalno rešitev tega problema je procesni računalnik, ki ima v programu postavljen naslednji osnovni cilj: poiskati tisto jeklo iz spiska naročil, pri katerem bo najvišji odstotek znižanje variabilnih stroškov. Znižanje se nanaša na planske variabilne stroške. Znižanje variabilnih stroškov in istočasno stabilizacijo tehnološkega procesa pri izdelavi šarže dosežemo zaradi: a) skrajšanja časa pihanja kisika, b) izkoriščanja nizkega % Cu pri raztalitvi vložka za izdelavo zahtevnejših vrst jekla, c) upoštevanja in izkoriščanja legirnih elementov, ki jih je pokazal prvi preizkusni vzorec in d) uvedbe alternativne vrste jekla za primere reševanja izmečka zaradi kemijske sestave. Skrajšanje časa pihanja kisika dosežemo zaradi upoštevanja % C in % Si v prvem preizkusnem vzorcu in iskanja tistega jekla, pri katerem bo zagotovljen tehnološko še dopusten minimalen padec ogljika med oksidacijo. Slučajno nizek % Cu v prvem preizkusnem vzorcu predstavlja določeno vrednost, ki jo je dobro izkoristiti, in to tako, da od možnih vrst jekla izberemo tisto jeklo, pri katerem je v končni analizi nizek % Cu posebno pomemben. Odstotek legiranih elementov v prvem preizkusnem vzorcu je močno odvisen od slučaja. Če je odstotek posameznega legirnega elementa relativno visok, je smotrno izdelati ustrezno legirano jeklo. Pri tem se poslužimo simulacije izračuna dodatka ferolegur, ki nam omogoča ocenitev prihranka ferolegur. V to simulacijo je avtomatsko vključen tudi linearni program. Uporaba računalnika za obravnavano področje poteka v realnem času, tako da delovodja pri peči pokliče s terminalom program, vtipka vhodne podatke in počaka na računalniško rešitev. Izpis računalniške rešitve je običajno v takšni obliki, da daje delovodji možnost lastne presoje in izbire jekla iz ožjega računalniškega izbora. Priprava dela jeklarne dnevno vodi evidenco naročil v računalniku. Računalnik pa avtomatsko odšteva že izdelane šarže. Pri celovitejši obdelavi podatkov celega podjetja nastopi za to uporabo posredna ali neposredna povezava procesnega računalnika z osrednjim računalnikom podjetja. V železarni Ravne je to IBM 370 računalnik, ki ima razvit paket programov za napovedovanje potreb. Priprava dela jeklarne dobi naročila drugih obratov preko IBM centra v procesni računalnik. IZRAČUN KOLIČINE IN ČASA PIHANJA KISIKA Pred fazo oksidacije jeklene taline lahko računalnik, ki dela v realnem času, izračuna količino in čas pihanja kisika. Vhodni podatki za izračun obsegajo: — kemijsko sestavo in temperaturo taline pred oksidacijo, — vrsto jekla, ki ga želimo izdelati in — težo šarže. Z uporabo matematičnega modela in procesnega računalnika točneje izračunamo čas pihanja kisika in se s tem bolj približamo želj eni kemijski sestavi po oksidaciji. Ključni vpliv na izračunano količino kisika ima izračunan padec % C in % Si. Za posamezno jeklo ali grupo jekel imamo tehnološko predpisan najmanjši padec % C. Računalnik izračuna količino ali čas pihanja kisika s pomočjo regresijskih enačb, ki so različne za različne grupe jekel. Podobno nam s pomočjo regresijskih enačb izračuna % Cr in % Mn po oksidaciji. To je koristna informacija za kasnejše legiranje. Izračun količine in časa pihanja kisika lahko nastopi kot samostojen program ali kot sestavni del programa za izbiro jekla na osnovi kemijske analize po raztalitvi vložka. V teku je posebna naloga za izboljšavo tehnologije pihanja kisika, ki bo povečala natančnost izračuna časa pihanja kisika in s tem povečala učinkovitost uporabe računalnika pri oksidaciji. IZRAČUN DODATKA FEROLEGUR S pomočjo procesnega računalnika, v jeklarni inštaliranih industrijskih računalniških terminalov in »time sharing« računalniškega sistema lahko optimalno, natančneje in hitreje izračunavamo dodatek ferolegur pri izdelavi jekla v elektropečeh. Pri tem želimo doseči naslednje cilje: — znižati proizvodne stroške jekla, — izboljšati enakomernost kakovosti jekla in — znižati odstotek kemijsko zgrešenih šarž. To dosežemo zaradi: a) Matematično optimalnega izračuna dodatka cenejših ferolegur na račun dražjih. Večkompo-nentne ferolegure in ferolegure z višjim odstotkom ogljika so znatno cenejše, kot čiste enokompo-nentne ferolegure. Za ilustracijo razmerja cen čistega mangana v različnih ferolegurah si oglejmo sliko 8. Vidimo, da je Mn iz SiMn ali FeMn carbure kar 3-krat cenejši kot iz FeMn suraffine. Z računalnikom se uporablja za optimalni izračun matematična metoda linearnega programi- Fe Cr Fe Cr suraffine affine S Cr Fe Cr carbure KONCENTRACIJA ELEMENTA (%> Slika 9 Znižanje in zoženje koncentracije Iegiranega elementa ob uporabi procesnega računalnika Fig. 9 Reduction and narrovving the concentration interval of the alloying element by application of the computer control. PREDPISANO OBMOČJE PORAZDELITEV KONCEN-' TRACUE ELEMENTA PO ; UPORABI RAČUNALNIKA KONCEN-'/ TRACUE ELEMENTA PRED \ UPORABO RAČUNALNIKA PRIHRANEK ZARADI ' MANJŠEGA DODATKA ___ ELEMENTA suraffine affine carbure Slika 8 Primerjava cene čistega metala v različnih ferolegurah Fig. 8 Comparison of pure metal priče in various ferroalloys. ranja, ki zaradi zahtevnosti brez računalnika sploh ni praktično izvedljiva. b) Za vse uporabnike računalnika in programa za izračučn dodatka ferolegur je enoten postopek in enaka ciljana sestava jekla v končni kemijski analizi. Zaradi objektivnih in subjektivnih razlogov se pri »ročnem« izračunavanju dodatka ferolegur dogaja, da bi pri isti šarži različni delovodje izračunali različen dodatek ferolegur. Posledica tega je širše razsipanje končne kemijske sestave jekla. Poleg matematičnega modela izračuna dodatka ferolegur so v računalnik vnesene regresijske enačbe izkoristkov — odgorov legirnih elementov in najboljša praksa glede tehnoloških posebnosti in omejitev. Enačbe izkoristkov so razdeljene po tehnoloških postopkih in skupinah jekel. Dobljene so s pomočjo matematično-statistične analize regre-sije podatkov, zbranih v dokumentaciji več tisoč šaržnih kartonov. Takšna analiza je praktično izvedljiva le na večjem računalniku. Učinek uporabe računalnika pri legiranju je zoženje razsipanja končne kemijske sestave jekla. Na sliki 9 vidimo, da lahko zaradi zožitve kemijske sestave premaknemo ciljano sestavo k nižjim vrednostim in s tem dosežemo premaknitev razsipanja bližje spodnji predpisani meji. Razlika med staro »ročno« srednjo vrednostjo in novo »računalniško« srednjo vrednostjo je ekvivalentna prihranku ferolegur. c) Eliminirane so človeške napake pri rutinskem delu ročnega računanja dodatka ferolegur. d) Računalnik naenkrat izračuna dodatek vseh ferolegur, tako da večkrat avtomatsko ponovi izračun. Pri tem se popravlja predpostavljena teža jekla po legiranju, kar je še posebej pomembno pri visoko legiranih jeklih. e) V tehnoloških predpisih imajo dezoksidanti in nekatere ferolegure predpisan dodatek v kg/t jekla. Ta predpis je vključen v izračun legiranja na računalniku. f) Računalnik nudi pomoč pri razredčitvenih izračunih šarže. g) Delovodja dobi informativno podatek o pričakovanem padcu temperature zaradi legiranja. Računalnik pri izračunu dodatka ferolegur upošteva zaloge, sestavo in ceno ferolegur in že-ljeno kemijsko analizo po raztalitvi. Zato je potrebno zabeležiti zaloge ferolegur v računalnik. SARZA: 76891 JEKLO: VCV150 CAS: 18107 DATUM: 15-N0V-77 MATERIAL DODATI KG ZE DODANO KG STR0SKI CASI y FONOVCO 43. 1186.80 ALZU 26. 473.20 ALZV V P0N0VC0 9. 163.80 FEV 80. 18720.00 FESI 69. 779.70 FEMNC 139. 1028.60 FECRC S34. 6408.00 SIMN 313. 2817.00 SKUPAJ! 1211. 32004.50 TEZA VLOŽKA ....................... 47000. TEZA SARZE V P0N0VCI BO .............43357. STROŠKI LEGIRANJA ................0.74 PADEC TEMPERATURE PRI LEGIRANJU ... 59. Slika 10 Primer rezultata izračuna dodatka ferolegur Fig. 10 Example of calculation of a ferroal!oy addition. Delovodja pokliče program za izračun dodatka ferolegur preko terminala. Pokliče ga lahko kadarkoli. Običajno je to takrat, kot je pri ročnem izračunavanju pristopil k uporabi logaritemskega računala. Delovodja preko terminala po načelu vprašanje — odgovor vtipka osnovne vhodne podatke, ki so nujni za izračun. Temu sledi računanje v računalniku in izpis rezultata na terminal. S posebno oznako v vhodnih podatkih je predlegiranje ločeno od glavnega legiranja, kajti izkoristki ferolegur in želj ena kemijska sestava pri predlegiranju ni enaka legiranju. Slika 10 kaže primer izpisa rezultata izračuna dodatka ferolegur na procesnem računalniku železarne Ravne in slika 11 sistem uporabe računalnika pri tej aplikaciji. 0 Slika 11 Sistem uporabe računalnika pri legiranju (on-line, open loop system) Fig. 11 Application of computer control in alIoying (on-line open loop system). tako, da izključi za določen čas peč z najnižjo prioriteto, če je to tehnološko dopustno, ali prepreči vključitev nove peči. Vzporedno računalnik zbira, shranjuje in izpisuje na terminal v razdelilni postaji podatke o porabi električne energije. Sistem upravljanja mora biti zgrajen tako, da je vedno mogoč preklop na ročno vodenje. VODENJE ELEKTRIČNE MOČI ELEKTROOBLOČNE PEČI Način vodenja električne moči na elektro-obločni peči vpliva na specifično porabo električne energije, vzdržljivost obzida ve in potrošnjo elektrod. Še posebej pomembna je faza taljenja vložka. Za ročno vodenje je potrebno veliko strokovnega znanja in spretnosti, če želimo doseči dobre rezultate, ki pa še vedno zaostajajo za optimalnimi možnostmi. Procesni računalnik vodi taljenje posamezne košare vložka po optimalni, praktično potrjeni poti s sistemom zaprte zanke »on-line close-loop«. Računalnik uravnava moč preko industrijskih vmesnikov in servo motorjev. Povratne informacije o toku, napetosti, stopnji napetosti in cos cp dobiva preko standardnih senzorjev in vmesnika. Za posamezno peč je v računalniški sistem vključeno avtomatsko tekoče zbiranje pomembnejših podatkov, ki vključujejo tudi varnostni sistem. KRMILJENJE PORABE ELEKTRIČNE ENERGIJE Kontrola in vodenje porabe razpoložljive električne energije s pomočjo manjšega procesnega računalnika omogoča enakomernejšo porabo električne energije. Stroške električne energije je tako mogoče znižati, saj ima na ceno kWh močan vpliv najvišja urna poraba energije v tekočem mesecu. V primerjavi z ostalimi odjemalci so elektroobločne peči velik porabnik električne energije, zato se krmiljenje porabe električne energije v celem podjetju osredotoči na enakomerno porabo energije elektroobločnih peči in preprečevanje visokih konic porabe. S stališča računalniškega krmiljenja se lahko uporablja sistem z zaprto zanko »on-line close loop«. Osrednjo vlogo ima procesni računalnik z vmesniki. Vhodni podatki so skupna poraba električne energije podjetja in posamezne elektroobločne peči. Računalnik računa trend skupne porabe energije. Pomembna vloga pri ukrepanju računalnika imajo prednosti posameznih peči. Te prednosti so dinamične in so odvisne predvsem od faze dela, v kateri je peč. Običajno ima prednost tista peč, ki je bliže izlivu šarže iz peči. Računalnik preprečuje preveliko porabo energije PROCESNI RAČUNALNIŠKI SISTEM V ŽELEZARNI RAVNE Za kompleksno uporabo procesnega računalnika pri izdelavi jekla v elektropečeh je potrebna primerna računalniška oprema, ki zagotavlja: — 24-urno uporabo računalnika na dan, — delo v realnem času, — »Time Sharing« način uporabe računalnika, — delo na principu prekinitev, — obdelavo digitalnih in analognih električnih veličin, — uporabo terminalov in vmesnikov v industrijskih pogojih, — povezavo med več procesnimi računalniki in osrednjim računalnikom, — delo z enotami magnetnih diskov, — programiranje v višjih jezikih in — še druge posebne zahteve. Železarna Ravne ima zgrajen sistem procesne računalniške opreme, ki ustreza navedenim zahtevam. Na sliki 12 je prikazana shema te opreme. Računalniška oprema je izdelana pri DIGITAL EOUIPMENT CORPORATION iz ZDA, z izjemo industrijskih video terminalov, ki so izdelek firme ADDS iz ZDA. Na osrednjem procesnem računalniku in računalniku za električne aplikacije je inštaliran RSX-11M operacijski sistem. V y 370/135 L___T § "Q C3 E3 "5 RAČUNALNIK ZA ELEKTRIČNE APLIKACIJE PROCESNI RAČUNALNIK POP II/ 40 I PDPI 1 L ARL I TTU KEMIJSKI LABORATORIJ a ^S QOO 5 ^ PEt i1 2 PEt 3___UjPEC4 PEt 5 PRIPRAVA PRIPRAVA P* | |--| VLOŽKA DELA --JEKLARNE JEKLARNA I JEKLARNA II MINI LIVARNA Slika 12 Shema računalniške in terminalske mreže v ŽELEZARNI RAVNE Fig. 12 Scheme of computer and terminal net in Ravne Ironvvorks. 100 2 90 g 80 | 70 ,n 20 10 J Ji JL. AVC. SEP OKT N 0V DEC. 1977 Slika 14 Odstotek uporabe kompletnega računalniškega izračuna pri legiranju Fig. 14 Portion of the application of total computer system for the control of alIoying. no se je pokazala potreba po uporabi projektne organizacije posameznih aplikacij. Po inštalaciji računalnikov v železarni Ravne smo najprej odprli projekt za izračun dodatka ferolegur. Temu IZKUŠNJE IN PRVI REZULTATI V ŽELEZARNI RAVNE Pri študiju možnosti in izbiri variante uvedbe procesnega računalnika v jeklarno smo prišli do zaključka, da bo učinkovitejša in bolj gospodarna tista varianta realizacije projekta, pri kateri bomo izkoristili v svetu že izdelane programske produkte in storitve izkušene firme. Lasten razvoj programov za posamezne aplikacije bi bil dosti daljši in manj zanesljiv. Slika 13 prikazuje terminski plan, za katerega je značilno izredno kratko obdobje realizacije projekta od podpisa pogodbe do zaključka. V 18 mesecih so bile v vsakdanjo prakso uvedene vse predhodno opisane aplikacije. Tako se na primer na sliki 14 vidi napredovanje uporabe računalniškega izračuna dodatka ferolegur. Zaradi izredno obsežnega in kompleksnega dela pri uvajanju procesnega računalnika v jeklar- 1976 JFMAMJJ ASOND 77 JFMAMJJASOND 78 JFMA PRIPRAVLJALNE DEJAVNOSTI V ŽELEZARNI RAVNE •W/M///A POGOOBZ 19 OKT 76 1 ISKANJE PONUDB !N SKLENITEV POGODBE V///////A PRIPRAVLJALNE DEJAVNOSTI V ZDA E22 ■-'.vil RAČUNAL INS. 23. MAJ 77 TRANSPORT IN INŠTALACIJA RAČUNALNIKA NA RAVNAH UVEDBA METALURŠKIH APLIKACIJ V JEKLARNO UVEDBA ELEKTRIČNIH APLIKACIJ 24 JEKLARNO mm 18mesece v Slika 13 Terminski potek projekta Fig. 13 Time-schedule of project. \ \ / \ \ \ EeCr -FeCr c :arb ft.*Suraf A \ r \ / / f \ / /SiCr / ( kg/to no) / / y t / / / T SiCr FeCraff* suraf 1975 AV3. SEP OKT 1976 ,977 1:16 1:16 1:3,8 NOV. DEC. Slika 15 Porast porabe FeCr carbure in SiCr v primerjavi s porabo FeCr affine in suraffine Fig. 15 Increased consumption of FeCr carbure and SiCr compa-red with the consumption of FeCr affinč and suraffinfe. so sledili projekt za izračun sestave vložka, izbire jekla po raztalitvi vložka, električne aplikacije in tako dalje, šest tednov po instalaciji osrednjega procesnega računalnika se je pričela na štirih elektroobločnih pečeh uporaba računalnika pri izračunu dodatka ferolegur. Napredovanje uporabe se vidi iz že omenjene slike 14, prve učinke pa vidimo na sliki 15 in 16. Poraba cenejših ferolegur se je proti dragim čistim feroleguram močno povečala. C -o e N SiMn 1 / n ar t* sur. / \ S /j SiMn (kg 1 \ /tono) / r U__, r 1:6,6 1:1,8 1975 AVG. SEP OKT. NOV. DEC. 1976 1977 . Slika 16 Porast porabe SiMn v primerjavi s porabo FeMn affinfe in suraffife Fig. 16 Increased consumption of SiMn compared with the con-sumption of FeMn affinč and suraffine. Slika 17 kaže primer zoženja porazdelitve odstotka mangana v končni kemijski analizi ogljične-ga jekla po prvih izdelanih šaržah s pomočjo procesnega računalnika. Očitno je, da je cilj pri izračunu dodatka mangana pomaknjen bliže k spodnji predpisani meji. Računalnik se je pokazal učinkovit tudi pri izračunu sestave vložka in drugih aplikacijah in nas med uvajanjem opozarjal na nekatere tehnič- PRI UPORABI RAČUNALNIKA X =0,61% Mn PRED UPORABO RAČUNALNIKA 0,67 "/. Mn Slika 17 Porazdelitev % Mn v jeklu Č. 1531 pred in po 4 mesečni uporabi računalnika v Jeklarni 2 Fig. 17 Manganese distribution in C. 1531 steel before and after the 4-month application of computer control in Steel-plant No. 2. ne pomanjkljivosti v jeklarni, ki zmanjšujejo učinkovitost uporabe računalnika. Uporaba računalnika nas vodi pri odstranjevanju teh pomanjkljivosti na osnovi ekonomskih računov. Omenjene pomanjkljivosti niso tako kritične, da bi ogrožale uspešno uvedbo računalnika, kažejo predvsem na skrite rezerve pri izboljšavah tehnološkega procesa in učinkovitejše izkoriščanje možnosti, ki jih daje procesni računalnik. Literatura: 1. Schroeder, D. L., »The Plače of Time Sharing in Steel-making Avtomation« 1970 Electric Furnace Proceedings, Volume 28, stran 142—149. 2. Schroeder, P. L. and Lendman, T. T. »Materials Management in Electric Furnace Steelmaking«, A. I. S. E. Steel Shovv, Cleveland, Ohio (Sept. 29. 1977). ZUSAMMENFASSUNG Im Artikel werden folgende Amvendungsgebiete des Rechners im Elektrostahlvverk angegeben: 1. Open loop Aiplikation: — Ausrechnung des metallischen Einsatzes (Stoffbi-Ianz) — Ausrechnung der Legierungszusatze — Auswahl der erzeugenden Stahlsorte (auf Grund der chemischen Zusammensetzung nach dem Einschmelzen) — Die Fiihrung der Lagervorrate und Bestellung der Rohstoffe fiir das Stahhverk 2. Closed loop aplikation: — Optimale Fiihrung des Verbrauches der elektrischen Energie iim Werk — Die Fiihrung der elektrischen Ofenleistung beim Einschmelzen — Automatische Datensammlung und Einschliessung des Alarmsystemes in den Rechnersystem der Fiihrung 3. Die angewendeten mathematischen Methoden: — Stahastische Modelle — Detreministische Modelle 4. Die Beriicksichtigung der besonderen Stahlvverks-umivelt. Alle aufgezahlten Amvendungsgebiete sind schon, oder sind in der Endphase der Einfiihrung, im Hiittemverk Ravne, mit Hilfe versohiedener Elektronenrechner eingefiirt worden. Der Artikel enthalt auch eine Diskusion iiber die Plannung, die Einfiihrung und die preliminarenen Ergeb-nisse der Anwendung des Prozessrechners im Stahlvverk. SUMMARY The following fields of the computer application in an eleotric steel plant are presented in the paper: 1. Open I o op applications: — calculation of the feed composition — calculation for adding ferroalloys — selection of steel to be manufactured (according to the chemical analysis after melting) — stock control and purchasing raw materiais for steel plant 2. Closed loop applications: — control of optimal povver consumption in the plant — input power control in melting — data acquisition and automatic switch on of the alarming system in computer regulation 3. Aplied mathematical models: — stochastic models (statistical feedback tvpe) — deterministic models (fixed equations) 4. Consideration of special meltshop environments Ali the above mentioned fields were introduced or they are in the final stage of introduction in the Ravne Ironvvorks using various comiputers. The paper presents the discussion on planing, introducing, and on prelimi-nary results of application of computer control in a steel plant. 3AKAIOTEHHE B pa6oie paccMOTpeHbi cAeAyiomHe oSAacTH npiimchchhh cmct-quKa b 3AeKTpocTaAenAaBHAi>H0M uexe: 1. IIpHMeHeHHe CHCTeMM Open loop: — hcmhcaehhe cocTaBa uihxth; — HCHHCAeHHe AoSaBKH eppocn.\aBOB; — BblSop ct3ah HaMeMeHOH AAa npOH3BOACTBa (Ha OCHOBaHHH xnMn»jecKoro cocTaBa no pacinaBAeHHH ihhxtli); — pyKOBOACTBO haa Ha.\h