Better performance and efficiency through optimization
Process and mechanical engineering, Advanced Process Control
Model Predictive Control (MPC)Energy and Production OptimizationOperational excellence & High performance control
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VOIGT+WIPP Engineers GmbH
Better performance and efficiency through optimization
Ein modellprädiktiver Regler basiert auf einem online Optimierungsproblem
• Ein mathematisches Modell im MPC prädiziert die Regelgröße anhand der aktuellen Systemzustände sowie der zukünftigen Stellgrößen und (gemessenen) Störgrößen
• Stellgrößen werden durch Optimierung einer Kostenfunktion unter Nebenbedingungen in jedem Zeitschritt für den Prädiktionshorizont neu berechnet
• Zusätzliche Kostenfaktoren können in die Kostenfunktion integriert werden
Model Predictive Control (MPC)
Versuchsplanungund Datenanalyse
Modellbildungund MPC Design
Implementierungund Tuning
Better performance and efficiency through optimization
O2-Regler
Bett-Regler
Dampfregler
Unterdruckregler
Temperaturregler
Problem: Physikalisch gekoppelte Einzelregelkreise!
Konventionelle PID Regelung
Better performance and efficiency through optimization
Intelligente MPC Regelung
Vorteil: Deutlich höhere Reglerperformance durch physikalische und
dynamische Gesamtregelung!
pT
T
O2 P
Prozessleitsystem
Modellbasierte Gesamtregelung (MPC)
O2
Temperatur Dampfmenge
Better performance and efficiency through optimization
MPC Vorteile:• Mehrgrößensysteme (MIMO) sind mit MPCs regelbar• Störungen sind im Modell integrierbar• Minimierung des Regelfehlers• Reaktion auf bekannte zukünftige Sollwertänderungen• Optimierung des Prozesses in jedem Zeitschritt• Systembeschränkungen sind direkt berücksichtigt• Nichtlinearitäten können berücksichtigt werden
MPC Nachteile:• Höherer Aufwand bei Design und Auslegung• Mathematisches Modell ist erforderlich
Potentiale:• Schwierige Prozesse werden besser regelbar• Transiente Prozessänderungen werden beschleunigt• Totzeiten können direkt kompensiert werden• Verluste durch Sollwertänderungen werden minimiert
Konventionelle PID Regelung Intelligente MPC Regelung
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Weiterführende Links:• http://voigt-wipp.at/temperaturregelstrecke/
Demonstrationsbeispiel: Temperaturregelstrecke mit MPC
Better performance and efficiency through optimization
VOIGT+WIPP Engineers Lösung• Regelstrategien für optimierte Fahrweise der Trocknungsanlagen• Design und Programmierung von Advanced Process Control (APC) Lösungen• OPC Prozessdatenkommunikation: Bestandsautomatisierung ↔ APC• Implementierung modellprädiktiver Mehrgrößenregler für die optimale Regelung der
Fasertrocknung bei maximaler Energie-Effizienz an mehreren Produktionslinien
Optimierte Fahrweise der Trocknungsanlagen mittels MPCReferenzprojekt: Fasertrocknung Lenzing AG
Weitere Referenzen: http://voigt-wipp.com/referenzen/
Ergebnisse und Projekterfolg• Reduktion des spezifischen Energieverbrauchs• Steigerung der Produktionsmenge• Produktionsmaximum bei
instationären Anlagenzuständen• Z.B. Anfahren, Sortenwechsel und
Produktionsänderungen• Vollautomatikbetrieb• ROI-Zeit: < 2 Jahre
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