Advanced Process Control

Die Energie- und Prozessindustrie ist ständig mit hohen Wettbewerb auf dem Markt und mit hohen Umweltanforderungen überfordert. Daher ist die kontinuierliche Weiterentwicklung von Systemen in Richtung technische Effizienz, Betriebsoptimierung, wirtschaftliche Faktoren und Umweltfreundlichkeit von großer Bedeutung. In diesem Zusammenhang erhöhen die rasche Entwicklung neuer Technologien, die zunehmende Betonung der Rentabilität der Erzeugung und der globalen Umweltanforderungen die Komplexität der Systeme weiter. Dies deutet auf die Notwendigkeit einer anspruchsvollen Steuerung und Optimierung der Betriebsabläufe, da herkömmliche Steuersysteme (PID-Regler) nicht mehr ausreichend für eine zufriedenstellende und wirksame Systemverwaltung sind.

Aus diesem Grund bietet das JS Energy Team die Lösungen für die Advanced Process Control (APC). Dies stellt eine Antwort auf modernen Anforderungen und zunehmend komplexe Probleme in der Branche. Die APC löst Probleme mit mehreren Eingangs- und mehreren Ausgangsparametern, die alle Wechselwirkungen zwischen den Parametern berücksichtigen. In diesem Zusammenhang berücksichtigt die Optimierung der Verwaltung von Echtzeitsystemen die systemische Zwänge und gewünschten Ziele, wie z. B. die wirtschaftliche Faktoren, die Systemeffizienz, reduzierte Emissionen, usw. Die APC Technologien auf modernen Methoden der Modelprädiktiven Regelung.

Das Prinzip der Modelprädiktiven Regelung

Die Modelprädiktiven Regelung ist für multivariablen Problemen von Verwaltungssystemen verwendet und repräsentiert die bevorzugte Technologie in vielen komplexen Systemen. Die Leistung der Modelprädiktiven Regelung basiert auf einer erhöhten Rechenleistung mit vielen praktischen Vorteile, die als Folge der Entwicklung der Computertechnologie in den letzten Jahrzehnten in Gebrauch kamen. Der Algorithmus der Modelprädiktiven Regelung verwendet die folgenden Punkte, um die optimale Strategie der Eingangsprozessvariablen zu berechnen:

  • Mathematisches Modell des Systems
  • Vorherige Daten
  • Kostenfunktion

Die allgemeine Gleichung zur Berechnung der Kostenfunktion ist die folgende:

Die folgende Abbildung stellt die Grundidee der Modelprädiktiven Regelung vor.


Präsentation des Prinzips der Modelprädiktiven Regelung.

Die Modelprädiktive Regelung basiert auf mathematischen Optimierungsprozess, durch prädiktiven Horizont Hp, wodurch die optimalen Einstellungen von Prozessvariablen erhalten werden können. Zu einem gegebenen Zeitpunkt t, anhand der aktuellen Zustand des Systems und auf der Grundlage der Kostenfunktion, kann die optimale Strategie der Prozessvariablen für das Intervall [t, t + Hc] in der Zukunft berechnet werden. Es ist ein Echtzeit-Berechnung der optimalen Einstellungen, unter Berücksichtigung der vorhergehenden Messungen der Steuervariablen, die gewünschten Ziele und mechanischen Einschränkungen des Systems.

Vorteile

APC ist das modernste Ansatz bei der Verwaltung von komplexen Systemen mit mehreren, miteinander verknüpften Prozessparameter. Vorteile von APC-Technologie:

  • Explizite Verwendung eines mathematischen Modells des Prozesses: die Verwendung des Modells und früherer Messungen können den weiteren Betrieb des Systems simulieren. Simulationen werden verwendet, um die optimale Einstellung der Stellgrößen zu bestimmen.
  • Explizite Beschäftigung mit Systemgrenzen: Prozessoptimierung beschäftigt sich mit den physikalischen Grenzen des Systems und berechnet eine Lösung, die die Systemleistung nicht verletzt.
  • Direkte Formulierung des Problems, die auf einem fundierten Verständnis der physikalischen Konzepten basiert.
  • Gutes Verständnis der Parameter für eine Optimierung des Systems (Gewichte, Prognosehorizont, die Einstellung der Optimierungsproblem, etc.).
  • Lösung komplexer Systeme mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen.
  • Einfache Verwendung statischen Optimierung neben der Dynamikmatrix des Prozesses
  • Einfache Wartung: Modelländerungen oder Änderungen bestimmter Spezifikationen für die Verwaltungssysteme fordern nicht eine komplette Renovierung, oftmals können die Aktualisierungen während des Systembetriebs durchgeführt werden.
  • Die Entwicklungszeit ist viel kürzer als bei den konkurrierenden Methoden moderner Systemenverwaltung.

Nutzen

Die Anwendung der APC-Lösung ergibt erheblichen Nutzen:

  • Effizienzsteigerung des Systems durch verbesserter, überall zugenommener Produktivität und reduzierter Energieverbrauch
  • Verbesserte Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und reduzierten Stillstandszeiten
  • Erhöhte Sicherheit durch Betrieb innerhalb von Einschränkungen des Prozesses
  • Erweiterte Vermögens-Lebenszyklus
  • Verringerte Betriebskosten
  • Erhöhte Betriebsflexibilität

Anwendungsbereiche

Die allgemeinsten Anwendungsbereiche sind:

  • Dampfanlagen (Wärmekraftwerke, Industriekessel, etc.)
  • Kombinierte Gas-Dampf-Prozesse
  • Pharmazeutische Prozesse
  • Chemische Prozesse
  • Petrochemische Prozesse
  • Prozesse der Zellstoff- und Papierherstellung
  • Metallbearbeitungsprozesse



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