12.Jan.2010

Advanced Process Control
Optimierungsstrategien für Teil- und Vollast

Der Wirtschaftseinbruch hat die Schwachstelle vieler Anlagen aufgedeckt: Wo liegt der optimale Arbeitspunkt bei Teillastbetrieb? Abhilfe schafft Advanced Process Control – kurz APC – auch bei kleinen Kolonnen.

Aufgrund schwankender Rohstoffpreise und der schwachen Kundennachfrage herrscht eine relativ große Unsicherheit über das kostenoptimierte Fahren der Produktionsanlagen. Vielen Unternehmen und den Prozessingenieuren fehlt es dazu an Erfahrungswerten hinsichtlich der Regelstrategien bei einem stark verringerten Durchsatz. Die Konsequenz: Die Betriebskosten von Anlagen sind zu hoch und die Unternehmen haben mit einer nachlassenden Marge zu kämpfen.

Ein zusätzliches Problem stellt - trotz Wirtschaftskrise - der nach wie vor bestehende Fachkräftemangel dar: Es gibt nicht genügend Ingenieure, die über das notwendige Know-how verfügen, um die komplexen Prozesse zu optimieren. Eine effiziente Möglichkeit, Kosten zu senken ohne Einbußen an Produktqualität, Durchsatz oder Flexibilität hinnehmen zu müssen, bietet Advanced Process Control. Solche modellbasierten, multivariablen und prädiktiven Regelungen stellen die Regelkreise der untergeordneten Prozessleitsysteme so ein, dass die Prozesse bestmöglich gesteuert werden.

Dabei variiert ein sogenannter Optimierer die üblichen Stellgrößen - bei Kolonnen beispielsweise Dampfzufuhr, Temperatur oder Durchfluss - so lange, bis die korrelierende Produktmenge und Qualität die aus finanzieller Sicht optimalen Werte erreichen - unter gleichzeitiger Einhaltung aller technischer und kommerzieller Randbedingungen.

Anlagen Schemata

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Bei chemischen Kolonnen ist es das Ziel, den Durchsatz bei gleichzeitiger Reduzierung des Energie-Einsatzes (Dampfmenge) zu erhöhen. Das Prinzipschaltbild einer APC-Applikation zeigt das Zusammenspiel der einzelnen Elemente (Bild 1 in der Bildergalerie): Mit Hilfe des multivariablen Modells, welches das dynamische Verhalten der Kolonne wiedergibt, und des entsprechenden Reglers wird in einem ersten Schritt die Varianz der Regelgröße reduziert (Bild 2 in der Bildergalerie). Finanziell bringt das zwar noch nicht unbedingt einen Vorteil, technisch gesehen verhält sich das System aber wesentlich stabiler.

Die kleinere Varianz der Regelgröße ermöglicht es, den Prozess dichter an der maximalen Durchflussmenge zu fahren. Doch wie nah kann die Anlage am Limit betrieben werden, ohne die Grenzwerte zu verletzen? Schließlich sind bei einem multivariablen System alle vom Zufluss abhängigen Größen wie Drücke, Temperaturen, Energiezufuhr und Qualitätsparameter einzuhalten. Aufgrund der vielen Variablen gibt es innerhalb harter Grenzwerte unendlich viele Kombinationen dieser Variablenwerte.