Regelprozesse in der Praxis

Transkript

1 Regelprozesse in der Praxis BMU-Fachtagung Prozessmesstechnik an Biogasanlagen 25./26. März 2014 Dr. agr. Markus Schlattmann Folie 1

2 Agenda AWITE Bioenergie GmbH Messgrößen Regler und Beispiele Fuzzylogic Grundlagen Fuzzylogic in der Praxis Zeit, dass Sie die Kontrolle übernehmen. Folie 2

3 AWITE - Firmengeschichte Firmengründung Erstes Büro Neubau AwiFLEX Cool Erstes Analysesystem zur H 2 S-Messung in Biogas Mit integrierter Fertigung ~20 m² eines Büround Werkstattgebäudes ~700 m² Gasanalysesystem Gasanalysesystem Gasanalysesysteme 35 Mitarbeiter Gasanalysesysteme Automatisierung Messtechnik Folie 3

4 Agenda AWITE Bioenergie GmbH Messgrößen Regler und Beispiele Fuzzylogic Grundlagen Fuzzylogic in der Praxis Zeit, dass Sie die Kontrolle übernehmen. Folie 4

5 Biogasanlage steuern und regeln Folie 5

6 Messgrößen und Verwendungsbeispiele Mess-/Regelgröße Gaszusammensetzung Verwendungsbeispiel Prozessregelung. Prozessüberwachung, Einhaltung von Grenzwerten, Bilanzierung Temperatur Füllstand Automatische Regelung der Behältertemperaturen, Überwachung, Kühl- oder Heizprozesse, Messung im Gas zur Berechnung von Feuchtigkeit und Energieinhalt Messung, Regelung und Überwachung der Füllhöhe Grenzstand Maximaler und minimaler Füllstand, Schaumerkennung, Grenzabschaltung Folie 6

7 Messgrößen und Verwendungsbeispiele (2) Mess-/Regelgröße Gasdruck Durchfluss (Flüssigkeit) Durchfluss (Gas) Gewicht Elektrische Leistung Verwendungsbeispiel Erkennung von Überfüllung und Gasverlust über die Überdrucksicherung, Abschaltung der Gasverbraucher bei Unterdruck, automatische Fackelansteuerung Regelung von Pumpprozessen, Dosierung von (Ko)substraten, Aufzeichnung von Mengen, Überwachung der Pumpenleistung, Fest-flüssig-Mischung Erfassung von Mengen, biologische Kontrolle, Bilanzierung Kontrollierte Dosierung von Feststoffen BHKW-Überwachung, Leistungsregelung, Bilanzierung der Energieproduktion Folie 7

8 Agenda AWITE Bioenergie GmbH Messgrößen Regler und Beispiele Fuzzylogic Grundlagen Fuzzylogic in der Praxis Zeit, dass Sie die Kontrolle übernehmen. Folie 8

9 Regelkreis Störungen Sollwert Regler Stellglied Regelstrecke Istwert Folie 9

10 Regelkreis (2) Störungen Sollwert Regler Stellglied Regelstrecke Istwert Folie 10

11 Regelkreise Reglertypen Regler An/Aus (mit Hysterese), Zweipunkt (mit Taktung) Dreipunkt PI(D)-Regler Kennlinienregelung Komplexe Regelprozesse Verwendungsbeispiel Über- / Unterfüllung, Temperaturregelung, Rührwerksregelung Motoren/Pumpen (Links, Rechts, Aus; Rein/Raus/Aus), Heizungsventile (Kühlen, Heizen, Aus), ph-wert (Säure/Lauge/Nichts) Entschwefelung, Gasdruck BHKW (Verdichter) Leistungssteuerung BHKW nach Gasfüllstand (vorbestimmt, keine Rückführung) Pumpprozesse, Dosierung, Separierung Fuzzylogic Mikrobiologische Entschwefelung, BHKW- Leistungssteuerung, Fütterungsoptimierung Folie 11

12 Beispiel Regelung AN/AUS Streckenbeeinflussung vollständig AN oder AUS, bis Sollwert erreicht ist z.b. Über-/Unterfüllung Sollwert A (Anforderung): aktueller Füllstand kleiner als 93 % Regelung: bei Abweichung (>93 %) wird Pumpprozess aktiviert (Streckenbeeinflussung), so dass Sollwert wieder erreicht wird Sollwert B (Pumpprozess): - 2 % (91 %) Regelung: die Pumpe bleibt so lange eingeschaltet, bis Sollwert erreicht wird Folie 12

13 Beispiel Regelung AN/AUS (2) Folie 13

14 Beispiel PI(D)-Regelung Lufteinblasung Folie 14

15 Beispiel PI(D)-Regelung Lufteinblasung (2) Folie 15

16 Beispiel komplexe Prozesse Pumpprozesse / Dosierungsprozesse Komplexer Regelungsprozess, Zusammengesetzt aus Teilregelungen, kann beinhalten: An/Aus-Regelung (Überfüllung) Sperrung durch andere Prozesse Sperrung an anderen Prozesse Intervallsteuerung An/Aus-Regelung (Unterfüllung) Ablaufsteuerung per Skriptprogrammierung Folie 16

17 Agenda AWITE Bioenergie GmbH Messgrößen Regler und Beispiele Fuzzylogic Grundlagen Fuzzylogic in der Praxis Zeit, dass Sie die Kontrolle übernehmen. Folie 17

18 Fuzzy-Logic: Grundlagen Was ist Fuzzylogik? * unscharfe Logik * basierend auf unscharfer Mengenlehre Zugehörigkeitsgrad B 1 B A A A: große Männer ( 1,80 m) B: kleine Männer (< 1,80 m) 0 1,53 A: große Männer B: kleine Männer 1,98 Körpergröße (m) Folie 18

19 Fuzzy-Logic: Grundlagen (2) Wozu Fuzzy-Logic + keine mathem. Beschreibung eines Sachverhaltes oder Problems notwendig + verbale Beschreibung des Prozessverständnisses ( Expertenwissen ) + Systeme können gesteuert/geregelt werden, selbst wenn ein direkter mathematischer Zusammenhang nicht dargestellt werden kann + vergleichsweise leicht zu verstehen und nachzuvollziehen + robust, auch bei Lücken oder veraltetem Wissen + schnelle Berechnung in Echtzeit möglich + geringer Datenbedarf => Einsatz für Steuerungs- und Automatisierungsaufgaben: Medizintechnik, Finanzwesen, Unterhaltungselektronik, Fahrzeugtechnik, Sprach-/ Dokumenterkennung, biotechnologische Prozesse, Folie 19

20 Fuzzy-Logic: Fuzzyfizzierung (H 2 ) Folie 20

21 Fuzzy-Logic: Fuzzyfizzierung (Beispiel ph-wert) Folie 21

22 Fuzzy-Logic: Aufbau eines Fuzzy-Systems Eingangsvariablen R1 Systemzustände R2 Globale Maßnahmen/ Strategien R3 Ausgangsvariablen,, ph-wert: 6,3,, Fuzzifizzierung Regelbasis 1: IF c1_ph IS very_low THEN c1_state IS toxic; IF c1_ph IS low THEN c1_state IS overload; Regelbasis 3: IF c1_state IS overload THEN feed IS no_feed; IF c1_state IS shortage THEN feed IS more; Defuzzifizzierung, feed: 0,72, Folie 22

23 Fuzzy-Logic: Defuzzyfizzierung (Fütterungsänderung) COG: 0,72 Folie 23

24 Agenda AWITE Bioenergie GmbH Messgrößen Regler und Beispiele Fuzzylogic Grundlagen Fuzzylogic in der Praxis Zeit, dass Sie die Kontrolle übernehmen. Folie 24

25 Fuzzylogic: Gasanalyse und Anlagensteuerung Regelbasen Fuzzifizzierung IF c1_ch4 IS high AND c1_h2 IS low THEN c1_state IS shortage; IF c1_h2 IS high THEN c1_state IS overload; IF d_c1_ch4 IS decreasing AND d_c1_h2 IS increasing THEN c1_state IS overload; IF H2S IS high THEN W_set IS high; Methan: ch4 Wasserstoff: h2 Änderung des Methangehaltes: Δch4 Änderung des Wasserstoffgehaltes: Δh2 Schwefelwasserstoff: h2s Sauerstoff: o2, BHKW-Leistung, Fütterungsmenge, Lufteinblasung, Defuzzifizzierung Folie 25

26 Beispiel PI(D) Lufteinblasung Folie 26

27 Fuzzy Entschwefelung RULE 1 : IF H2S IS high THEN W_set IS high; RULE 2 : IF H2S IS medium THEN W_set IS medium; RULE 3 : IF H2S_avg IS low THEN W_set IS low; Folie 27

28 Fuzzylogic in der Anlagensteuerung Folie 28

29 Fuzzylogic beim Dosierungsvorschlag Folie 29

30 Fuzzylogic beim Dosierungsvorschlag Folie 30

31 Fuzzylogic beim Dosierungsvorschlag Folie 31

32 Fuzzylogic beim Dosierungsvorschlag Folie 32

33 Fuzzylogic beim Dosierungsvorschlag Folie 33

34 Fuzzylogic beim Dosierungsvorschlag Folie 34

35 Fuzzylogic beim Dosierungsvorschlag Folie 35

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Awite Bioenergie GmbH Grünseiboldsdorfer Weg Langenbach/Niederhummel Folie 36