Modell-Pr. Prädiktive Regelung Charles Edmonds - Sales Support, Emerson Process Management, Haan

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1 Modell-Pr Prädiktive Regelung Charles Edmonds - Sales Support, Emerson Process Management, Haan

2 Pyramide der Technologien TS RTO LP/QP Ramper or Pusher Model Predictive Control Property Estimators Fuzzy Logic Auto Tuner Abnormal Situation Management System Process Performance Monitoring System Loop Performance Monitoring System Basic Process Control System TS: RTO: LP: QP: Tactical Scheduler Real Time Optimizer Linear Program Quadratic Program Folie 2

3 Begriffsdefinition MPC MPC: Model Predictive Controller Deutsch: Modellprädiktiver Regler Sagt anhand eines vorher identifizierten Modells der Regelstrecke das zukünftige Verhalten von Regelund Begrenzungsgrößen voraus und stellt seine Stellgrößen so ein, daß Regelabweichung und Verletzungen der Begrenzungsgrößen minimal sind (optimierender Regler). Folie 3

4 Erfolgversprechende Einsatzmöglichkeiten Totzeitdominanz Stell- und Störgrößen wirken erst nach Totzeiten auf das System ein, die deutlich größer sind als die Systemzeitkonstante Störgrößenaufschaltung Störgrößenaufschaltungen von einer und mehr Störgrößen lassen sich deutlich unkomplizierter Handhaben als mit PID-Reglern Mehrgrößensysteme Aufwändige und komplexe Entkopplungsnetzwerke zur Handhabung von vermaschten Prozessen können vermieden werden Supervisory Control mit Optimierung Übergeordnete Regelung mit Minimierung oder Maximierung von Stellund Begrenzungsgrößen Folie 4

5 Variabilität Azetylen max. gewünscht = 500 ppm Azetylen min. gewünscht = 200 ppm Die Variabilität kann durch die mathematische Größe der Standardabweichung ausgedrückt werden geringere Variabilität von Regelgrößen ermöglicht den Betrieb näher an Grenzwerten geringere Variabilität von Stellgrößen ermöglicht verschleißärmeren Betrieb von Aktoren Folie 5

6 Blockschaltbild des MPC in DeltaV Sollwert (SP) Regelalgorithmus Regelgrößenvorhersage zukünftiger SP - Fehlervektor zukünftiger CV Modell Ausgang Sollwertvorhersage MPC Stellgröße (MV) DV Prozeß Regelgröße (CV) Modellausgangskorrektur w - Störgröße (DV) Folie 6

7 Funktionsprinzip MPC für SISO Prozeß Vergangenheit Regelgröße / Sollwert Gegenwart Zukunft vorhergesagte Regelabweichungen Sollwert vorhergesagte Regelgröße t (in Zyklen) k k+1 k+2 k k+p Vorhersagehorizont p Stellgröße u(k) berechnete Stellgrößenänderungen t (in Zyklen) k k+1 k+2 k+3... k+m... Regelhorizont m Folie 7

8 Definition Mehrgrößenprozeß enprozeß Prozeß Stellgrößen Regelgrößen Störgrößen Beschränkungsgrößen ungemessene Störgrößen andere Meßgrößen Folie 8

9 DeltaV Predict - die komplette Lösung L zur Multivariable Prädiktive Regelung DeltaV Control Studio mit Funktionsblöcken DeltaV Predict oder PredictPro für Modellidentifikation und Controllertuning DeltaV MPC Simulate für Modell- Plausibilitätstest und Bedienerschulung DeltaV MPC Operate für die Bedienung des MPC Folie 9

10 Implementierung der MPC Funktionsbausteine Folie 10

11 Eigenschaften des MPC-Funktionsblocks Folie 11

12 DeltaV Predict mit Prozeßtest Folie 12

13 DeltaV Predict Modellidentifikation (1) Folie 13

14 DeltaV Predict Modellidentifikation (2) Folie 14

15 DeltaV Predict Modellidentifikation (3) Folie 15

16 Vertrauensbereiche fürf eine Sprungantwort in einer MPC Applikation - PredictPro Gut Schlecht Folie 16

17 Aufruf der Verifikation Folie 17

18 DeltaV Predict Modellverifikation Folie 18

19 DeltaV MPC Simulate Sim ulationsbox T rend V orhersage T rend V ergangenheit Einzel- Faceplate T rend Legende M iniatur-faceplates Folie 19

20 DeltaV MPC Operate Folie 20

21 DeltaV PredictPRO Folie 21

22 PredictPro Ziele Die Regelungs- und Optimierungsanforderungen größerer, komplexer Multivariable Prozeßeinheiten adressieren Ein neuer MPC Pro Funktionsbaustein kann eine große Anzahl Prozess Ein- und Ausgänge aufnehmen (20x20 v7.2, 40x80 v8.1) Dieser Baustein kann einer MD Prozeßstation oder Applikationsstation zugewiesen werden Der MPC Pro Baustein enhält eine LP Optimierungsfunktion Konfiguration ist auf größeren Prozessen und Optimierung zugeschnitten. Optionen stehen für Fehlerbehebung und Modellidentifikation zur Verfügung. Folie 22

23 Konfiguration des MPC Pro über Eigenschaften Folie 23

24 PredictPro Anwenderinterface Folie 24

25 Konfiguration des Fehlerverhaltens Für jeden MPC Pro Parameter, das konfigurierte Fehlerverhalten bestimmt die Vorgehensweise bei einem schlechten / unsicheren Status, oder einem gestörten nachgeschalteten Baustein (manipulierter Parameter). Keine Aktion Parameter nicht für Regelungsaktionen verwenden, aber mit den verfügbaren Parametern weiter Regeln. Shed Local Betriebsart der nachgeschalteten Bausteinen zum konfigurierten Wert ändern. Simulation den simulierten Wert des Parameters für eine begrenzten Zeit verwenden und dann in Hand oder Shed Local umschalten. Hand MPC Regelung ist nicht möglich, die Betriebsart wird auf Hand gesetzt und die Ausgänge werden eingefroren. Folie 25

26 Diagnose für r Fehlererkennung und Behebung Folie 26

27 MPC Pro Diagnose Folie 27

28 Optimierung PredictPro enthält ein lineares Programm (LP), das es erlaubt, die beste Kombination aus mehreren Sollwerten zu finden, um ein bestimmtes Betriebsziel zu erreichen. Mögliche Betriebszustände sind: Betrieb mit maximalem Durchsatz Betrieb mit minimalem Energieverbrauch Betrieb mit maximalem Gewinn Betrieb mit minimalen Kosten Folie 28

29 Was bedeutet optimierende Regelung? MV2 max Annehmbarer Bereich MV1 min MV1 max MV2 min Folie 29

30 Was bedeutet optimierende Regelung? CV2 max CV1 min MV2 max Annehmbarer Bereich MV1 max MV1 min CV1 max CV2 min MV2 min Folie 30

31 Was bedeutet optimierende Regelung? CV2 max CV1 min MV2 max Optimale Lösungen an den Scheitelpunkten MV1 max MV1 min CV1 max CV2 min MV2 min Folie 31

32 Was bedeutet optimierende Regelung? 120 C 3,5 bar 0% Position Minimaler Energie- Einsatz Maximaler Gewinn Maximaler Durchsatz 100% Position 100% Position 10 bar 80 C 0% Position Folie 32

33 Konfiguration der Zielfunktion Folie 33

34 MPCPro ist in jeder Prozeßstation oder Applikationsstation lauffähig DeltaV Applikations- Station Zykluszeit bis 1 Sek. Das heißt: Fremd-PLS können mit OPC gekoppelt werden!! Folie 34

35 Wie kann ich mehr erfahren? Besuchen Sie uns im Ausstellungsraum - wir zeigen Ihnen alle DeltaV APC Produkte Das Buch wurde von den DeltaV Produkten für Gehobene Regelungs-funktionen inspiriert und kann über oder auch vom bezogen werden. Besuchen Sie Kurse bei uns: 7201 DeltaV APC Übersicht 7202 DeltaV Predict MPC Implementation 7203 DeltaV Neural Implementation Folie 35

36 Vielen Dank für f r Ihre Aufmerksamkeit! Folie 36