800xA APC - Advanced Process Control (controllo di processo avanzato)

800xA APC - Advanced Process Control (controllo di processo avanzato)Aumentate la produttività con un maggior livello di automazione, ottimizzazione e controllo delle emissioni presso cementifici, miniere, cartiere e aziende gas-petrolifere grazie ad una progettazione diretta e all’attuazione di una tecnologia di controllo predittivo basato su modello (MPC) con 800xA DCS di ABB.

La tecnologia MPC ha dimostrato la capacità di fornire efficaci soluzioni di controllo che utilizzano vincoli, azioni di tipo feed-forward e controreazioni per gestire processi multivariabili con ritardi e processi con forti loop interattivi. Questi tipi di situazioni di controllo sono stati gestiti con successo in numerose applicazioni industriali. Tuttavia, l’uso della tecnologia MCP è stato notevolmente limitato dai problemi di connettività, dai blocchi di sicurezza e dalle impostazioni HMI (interfaccia uomo-macchina) della tradizionale implementazione APC.

ABB ha sviluppato una nuova estensione del proprio sistema di riferimento Extended Automation System 800xA, portando alla progettazione e applicazione diretta dell’APC nel sistema 800xA DCS: 800xA APC.

800xA APC separa nettamente il lavoro connesso alla modellazione e progettazione del controllo dalle più comuni funzioni di connettività, blocchi di sicurezza e impostazioni HMI, implementando efficacemente un sistema privo di configurazione. Tale sistema facilita inoltre la messa in servizio remota e il supporto dell’applicazione. Inoltre, il sistema include il Model Builder, uno strumento per funzioni di modellazione, sincronizzazione del controller e simulazione.
Advanced Process Control with System 800xA

Minimize engineering efforts associated with implementing model predictive control applications

Come possiamo essere d’aiuto?

Use cases

Oil, gas and petrochemicals
Distillation columns for crude oil separation
Oil, gas and chemicals
Using artificial intelligence to reduce emissions
Mining and minerals processing
Grinding and flotation
Cement production
Kilns, mills, alternative fuel management, material blending
Pulp and paper
Continuous digester of cellulose fiber or pulp
Pharmaceuticals and life sciences
Improving process control capabilities in bioreactors
Industrial steam supply
Steam power in industrial plants

Ampliate il vostro 800xA DCS con 800xA APC

Vantaggi
Configurazione
Modellazione
Messa in servizio

L’estensione del sistema 800xA APC include un modulo di controllo per un controller MPC nel controller AC 800M. L’uso di questo modulo di controllo consente di collegare facilmente il controller MPC ai segnali misurati e ai controller PID a valle. Dopo aver eseguito tale connessione e scaricato l’applicazione nel controller AC 800M, è possibile comandare manualmente il controller MPC utilizzando maschere e schermate operatore preconfigurate.

Le connessioni tra il controller MPC e gli altri oggetti vengono stabilite utilizzando “connessioni di controllo.” Si tratta di connessioni multisegnale bidirezionali, in cui vengono trasportati non solo i valori dei segnali, ma anche le informazioni booleane sulle modalità operative per il controller PID a valle.

Il sistema 800xA APC utilizza pienamente l’infrastruttura 800xA. Poiché un controller MPC può essere complesso dal punto di vista computazionale, l’esecuzione del servizio APC per il motore MPC può essere assegnata a qualsiasi server nel sistema 800xA. Se si desidera, è possibile configurare anche un servizio ridondante, ad es. ai fini di una maggiore affidabilità. Inoltre, l’infrastruttura del sistema 800xA offre tutta la necessaria supervisione; tutti gli eventi e tutte le anomalie vengono registrati nella funzione eventi e allarmi 800xA.

Altri vantaggi del sistema 800xA APC:

  • Il sistema si basa su prodotti ABB già affermati
  • Percorso di migrazione per controller Predict & Control (P&C) e Expert Optimizer
  • Viene applicata una struttura per l’applicazione MPC in grado di semplificare la manutenzione, poiché tutti i corrispondenti artefatti vengono salvati in un’unica posizione

Grazie a questo nuovo prodotto, il tecnico addetto al controllo può ora concentrarsi sul controllo vero e proprio, lasciando tutte le altre questioni alla piattaforma.

 

System 800xA APC overview

Il controller MPC è confezionato come un’estensione del sistema 800xA con una libreria e un service. La configurazione di un’istanza del controller MPC nel sistema 800xA APC inizia nel 800M Control Builder. Dopo aver connesso le variabili predittive (misure), le variabili manipolate (valori in uscita del controller) e le variabili di feed-forward (disturbi misurabili), è possibile scaricare l’applicazione in un controller 800xA. Le variabili manipolate del controller MPC vengono di norma collegate a set point esterni per controller PID di livello 1 collegati in cascata.

Sono possibili le seguenti operazioni:

  • Il controller MPC può essere comandato in modalità manuale a partire da maschere. Tutti i segnali possono essere visualizzati nelle maschere. Tale funzione è utile, ad esempio, per eseguire le prove degli impianti al fine di ottenere dati per la modellazione empirica.
  • Viene stabilita automaticamente la supervisione per il trasferimento dei dati tra il modulo di controllo e il service 800xA con motore MPC.
  • Utilizzando le connessioni di controllo tra il controller MPC e i controller PID collegati in cascata, il controller MPC rileva quando un controller PID non sta funzionando in modalità automatica con un set point esterno, e rileva anche la saturazione dei segnali nel controller PID. In presenza di tali situazioni, il controller MPC può adottare le opportune azioni correttive.
The MPC controller is packaged as an 800xA system extension with a library and a service.

Il Model Builder, come indica il nome, è destinato alla creazione del modello che verrà usato nel controller MPC. Tale modello può essere creato in tre diversi modi:

  1. Il primo modo consiste nell’ottenere il modello utilizzando una modellazione empirica che calcola un modello spazio-temporale discreto a partire da dati registrati. I dati dovrebbero essere ottenuti preferibilmente da un esperimento di identificazione, dove le variabili manipolate vengono modificate in aumento o diminuzione. Esistono vari metodi per farlo; quello più semplice è attuare variazioni a passi di ciascuna variabile manipolata in modo sequenziale.
  2. In alternativa, un modello può essere creato da una serie di modelli di funzione di trasferimento di ordine inferiore, uno per ciascun rapporto input-output nel modello a più variabili. Una tipica funzione di trasferimento di ordine inferiore è definita tramite parametri, ma possono essere definite anche funzioni di trasferimento più complesse.
  3. Una terza possibilità è creare graficamente un modello a principi primi utilizzando blocchi predefiniti. Questo è il metodo più generico supportato dal Model Builder.

Sebbene si tratti di approcci completamente differenti, è possibile creare un modello fondendo insieme i modelli più piccoli di uno qualsiasi dei tre diversi tipi.

Il Model Builder offre funzioni per analizzare i modelli. Ci sono funzioni per risposte a gradino e anche per la validazione del modello, dove il modello viene immesso con input registrati e gli output simulati del modello vengono confrontati con gli output registrati. Non appena un modello viene considerato di qualità sufficiente per l’uso nel controller, è possibile configurare un controller MPC. È ciò che avviene anche nel Model Builder.

L’influenza dei parametri di sincronizzazione prescelti può essere valutata mediante simulazioni con diversi input. È possibile effettuare la simulazione a passi nei set point, nelle azioni feed-forward e nei disturbi in uscita. Si può valutare facilmente la robustezza utilizzando un diverso modello di simulazione rispetto a quello utilizzato nel controller MPC.

I parametri del controller vengono salvati insieme al modello sotto forma di file xml.

Design parameters are entered in a table. An auto-tuning feature is available to provide initial parameters for less experienced users.
La fase finale prevede l’applicazione del controller MPC così configurato nel sistema 800xA. Nel sistema 800xA Plant Explorer è possibile selezionare un file xml contenente i parametri di sincronizzazione e il modello per configurare l’algoritmo MPC online con uno dei controller MPC che è stato definito nel Model Builder. A questo punto, il controller MPC è pienamente operativo nel sistema 800xA e può essere commutato in modalità automatica per svolgere la propria funzione.

Dopo aver terminato la configurazione di base, il sistema genera un certo numero di maschere su misura. Queste maschere contengono tutte le informazioni necessarie sia per l’operatore che per il tecnico APC.

In altre parole, gli utenti del sistema 800xA autorizzati possono accedere non solo ai set point e ai valori limite, ma anche alla parametrizzazione interna del controller. Gran parte dei parametri di sincronizzazione è disponibile nelle maschere prodotte o nelle schermate operatore. Tale aspetto è utile nel caso in cui siano necessarie ulteriori sincronizzazioni online.

Nel caso in cui vengano applicati diversi controller APC nello stesso server, potrebbe essere necessario spalmare il carico della CPU. A tale scopo si utilizza lo strumento di programmazione messo a disposizione da 800xA APC, dove ogni controller viene assegnato ad uno slot temporale per il proprio punto di partenza ottimale.

Sono disponibili funzioni supplementari grazie all’integrazione con il sistema 800xA. Ad esempio, il sistema 800xA offre la gestione integrata degli allarmi, il National Language Support e le tabelle degli indicatori chiave di performance (KPI).
Once the basic configuration is finished a number of tailor-made faceplates are generated by the system

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How to deploy MPC with ABB’s Extended Automation System 800xA
Model predictive control technology
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