Prediktivna regulacija temperiranja

1
Prediktivna regulacija temperiranja šaržnega
reaktorjaGregor Klancar, Igor
ŠkrjancFakulteta za elektrotehniko,Tržaška 25,
1000 LjubljanaBorut Fortuna, Borut JerebLiko
Pris d.o.o., Verd 100A, 1360 Vrhnika

2
Vsebina

• Prediktivni funkcijski regulator PFC
• Matematicno modeliranje procesa
• Postopek nacrtovanja vodenja
• Implementacija PFC v Siemens S7-400 in simulacija
• Implementacija na realnem procesu, rezultati,
  primerjave
• Zakljucek

3
Prediktivni funkcijski regulator PFC

• Znacilnosti
• enostavnost (nacrtovanja in razumevanja
  algoritma)
• uporabnost za širok spekter procesov (izraziti
  mrtvi cas, fazna neminimalnost, mejno stabilni
  procesi)

• implicitno rešen problem integralskega pobega
• kompromis med regulacijskim in sledilnim
  delovanjem
• sledenje poljubni referencni trajektoriji

• referencne implementacije kemijski reaktorji,
  izmenjevalniki toplote, peci, klima naprave
  (kemijska, farmacevtska, prehrambena industrija,
  metalurgija, avtomobilska industrija)

4

• PFC algoritem
• interni model
• referencni model
• horizont ujemanja H

• regulirni zakon PFC algoritma

5
Matematicno modeliranje
Ravnotežne enacbe
, dinamika ventilov
6
Nacrtovanje vodenja

• Kaskadna izvedba
• PFC 1, regulacija temperature plašca
• PFC 2, regulacija temperature reaktorja

• Omejitve, zahteve
• omejitev temperature
• plašca
• min. prevzpona
• min. preklapljanje
• omejitve aktuatorjev
• uporabniška prijaznost

7
Nastavitev regulatorja

• Odprtozancni odziv na stopnico
• ocena parametrov obeh podprocesov
• dolocitev ref. modela (TREF1, TREF2)

8
Nacrtovanje v Matlab Simulink okolju
9
Implementacija PFC v PLK
Siemens S7-400, programski jezik SCL
10
Izvedba regulacije na realnem procesu

• Regulacija z uporabo
• nadgrajenega PID regulatorja
• prediktivnega regulatorja (PFC)

• Zahteve pri izvedbi regulacije
• odziv v okviru dovoljenih toleranc pri
  stopnicasti spremembi reference
• stabilnost v ustaljenem stanju
• omejitev temperature plašca
• kvalitetna regulacija pri razlicni polnosti
  reaktorja
• prilagodljivost algoritma razlicnim volumnom
  reaktorjev in razlicnim mehanskim izvedbam

11

• Izhodišca pri razvoju algoritma
• možnost prenosa med razlicnimi krmilniki (SCL)
• oblikovanje univerzalnega funkcijskega bloka
  temperiranja
• enostavna uporaba v algoritmih vodenja procesa
• skladnost z S88 standardom
• enostavna prilagodljivost mehanskemu sistemu

12
Regulacija z uporabo dopolnjenega PID

• algoritem sestavljen iz vec korakov
  gretja/hlajenja
• sprotno izracunavanje tocke preklopa na osnovi
  energijske bilance
• razlicni parametri PID regulatorja za razlicno
  polnost reaktorja
• možnost prilagoditve razlicnim
• nacinom mehanske izvedbe
• temperiranja

• velika poraba casa pri nastavljanju parametrov
  in kvalifikaciji
• veliko število parametrov

13
Odziv sistema z uporabo dopolnjenega PID
C
N.V.
plašc
reaktor
reg.ventil
grelni medij
14
Regulacija z uporabo prediktivnega regulatorja

• enostavna nastavitev parametrov iz dinamike
  odprtozancnega odziva
• malo parametrov
• neodvisnost algoritma glede velikosti reaktorja
• manjša obraba mehanskih elementov (racionalno
  gibanje mešalnega ventila)

• algoritem prilagojen ožjemu spektru mehanske
  izvedbe nacina temperiranja

15
Odziv sistema z uporabo PFC
C
N.V.
plašc
reaktor

grelni medij
hladilni medij
reg.ventil
16
Zakljucek

• Ucinkovita nadgradnja predhodnega algoritma
• Preprosta in hitra implementacija
• Krajši cas zagona
• Robustnost na razlicne pojave
• Uspešna implementacija na razlicnih reaktorjih
  (od 50 do 6000 litrov)
• Nacrti za prihodnje so v smislu avtomatske
  nastavitve parametrov,
• adaptivnega vodenja in s tem vecje
  univerzalnosti algoritma