Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

1 Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd og Jens Strandberg Bygging, modellering.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "1 Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd og Jens Strandberg Bygging, modellering."— Utskrift av presentasjonen:

1 1 Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd og Jens Strandberg Bygging, modellering og regulering av kontinuerlig, binær destillasjonskolonne

2 2 Oppgaven Bygge en lab-skala destillasjonskolonne (startet som sommerjobb). Estimator for sammensetning. Regulering av sammensetning i destillat og bunnprodukt. Indre P/PI- sløyfer og ytre MPC. To modeller: stasjonær modell for sammensetningsestimator, dynamisk modell for MPC

3 3 Kolonnen 2.5m høy, 5cm indre diameter, Samlet effekt i koker: 3kW Fødeblanding: 50/50 vol% vann/metanol Ca. 2 liter metanol per time Fylt med raschigringer teoretiske trinn Instrumentering mest mulig lik industrielle kolonner Stativ i aluminium

4 4 Flytskjema med instrumentering Sensorer 8 PT-100 temp.sensorer jevnt fordelt i kolonnen Strømningsmålere på føde-, refluks- og destillatstrøm, samt på kjølevann. Trykkmåling i kolonnen Nivåmåling i reflukstank Nivåmåling i koker kommer Aktuatorer 4 pumper: refluks, destillat, bunnprodukt, føde Varmeelement i koker

5 5 Instrumentering Skap med fieldpoint moduler, National Instruments Sikringer, jordfeilbryter, strømtilførsel Releer, 5 stk, gir 230 volt til varmeelementene i kokeren og pumpene Kommunikasjon med pc LabWIEW- grafisk programmeringsverktøy

6 6 Dynamisk modell Basert på massebalanse, komponentbalanse og energibalanse Holdup i dampfase neglisjeres Linearisering av væskedynamikken Damptrykket for hver komponent på hvert teoretiske trinn beregnes ut fra Antoinelikningen Viktige parametre i modellen er  Antall trinn: (12 +1)  Holdup i væskefase kan finnes eksperimentelt  Tidskontant for væskedynamikken kan finnes ved parameter identifikasjon

7 7 Teoretiske trinn Stasjonære eksperimentelle målinger er sameliknet med simulerte data fra modell i HYSYS McCabe-Thiele metoden gav trinn Med mindre enn 12 trinn vil ikke topproduktet bli rent nok i modellen Temperaturmålingene ligger litt lavt

8 8 Estimator for sammensetning Vil bruke en kombinasjon av temperaturmålingene i kolonnen Finne en sammenheng mellom målt sammensetning og linearisert temperaturprofil x = K· T ln T ln – linearisert temperatur, x – sammensetning K kan finnes eksperimentet ved minste kvadraters metode Krever omfattende eksperimentelle data Stasjonær modell Alternativt kan estimatoren baseres på en god stasjonærmodell

9 9 Basisregulering LV-konfigurasjon samt indre temperatursløyfe med L som pådrag P-regulering av refluksnivå med destillatstrøm som pådrag PI-regulering av logaritmisk temp. i toppen av kolonnen for å stabilisere svingninger Manuell regulering av nivå i koker (pga. manglende nivåsensor) MV: refluks L, oppkok V, destillat D, bunnprodukt B CV: sammensetning for D og B DV: føderate

10 10 MPC - struktur Gjennomsnittelig logaritmisk temperatur i øvre og nedre del (y1 og y2) reguleres Bruker kokereffekt og settpunkt til indre temp.sløyfe som pådrag Pådraget regnes ut av MPC MPC implementert i matlab, kalles fra Labview gjennom Matlab Script node

11 11 MPC – dynamisk modell Systemet med temperatursløyfen lukket modelleres lineært for å bruke lineær MPC (y = Hu) Bruker sprang på inngangene som eksiteringssignal (PRBS) Eksperimentelle data tilpasses 2.ordens transferfunksjoner med dødtid Inkludert endringer i føderate som kjent forstyrrelse (In(3)) Responsen i øvre del er underdempet, mer underdempet i virkeligheten

12 12 MPC - algoritme Basert på tilstandsromformulering Kalmanfilter for estimering av tilstander og konstante modellfeil på utgangene Prioritering av begrensninger, y1 foran y2, ved å løse to LP-problemer ved hvert tidsskritt. Tar hensyn til estimerte forstyrrelser. Finner mulige stasjonære referanseverdier for tilstander x ref og pådrag u ref på grunnlag av ønskede utganger og begrensninger ved å løse et QP- problem ved hvert tidsskritt. Finner optimal pådragssekvens og bruker første pådragsvektor på systemet  Straffefunksjon med slackvariable for å garantere løsning av optimaliseringsproblemet, lineært og kvadratisk ledd  Pådragsblokkering for å redusere regnetid

13 13 Simuleringer Sprang i y1 fra 0 til 0.2 Sprang i y2 fra 0 til 0.2 Sprang i y1 fra 0 til 0.5

14 14 Eksperimentelt Store problemer med regnetid. y1 svinger (ikke-modellert dynamikk + for raske pådragsendringer?) Kan bedres med mindre aggressiv indre temperatursløyfe Vanskelig å teste skikkelig, systemet kræsjer pga. regnetid ved større avvik mellom setpunkt og målinger y2 preget av mer støy enn y1, bruker bare to temp.målinger

15 15 Videre arbeid Implementere MPC i Septic? Endre regulatortuninger Modell basert på fysiske prinsipper og parameteridentifikasjon Gjenstår arbeid på sammensetningsestimator Prøve ut annen type mindre regnekrevende regulator (H ∞ loop- shaping/gain-scheduling) Sikkerhetsrutiner i software: håndtere større trykkfall/økning, kjølevann som stopper, full koker/reflukstank Utvikle hensiktsmessig operatørgrensesnitt: presentasjon av de viktigste variablene, skru av og på ulike regulatorer, sette driftsbetingelser, logging etc. Brukermanual


Laste ned ppt "1 Destillasjon Prosjektoppgave høsten 2004, Ingela Reppe og Jørgen K. Johnsen Veiledere: Sigurd Skogestad, Morten Hovd og Jens Strandberg Bygging, modellering."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google