Najlepsi producenci reagują szybko na zmieniające się potrzeby klientów i minimalizują wpływ rosnących kosztów energii i materiałów.
Czy Twoja firma jest nastawiona na rozwój przy jednoczesnej maksymalizacji efektywności operacyjnej?
Propozycją Rockwell Automation oferowaną w ramach idei Connected Enterprise jest system sterowania predykcyjnego Pavillion8 MPC (Model Predictive Control).

Który z producentów mleka w proszku nie odpowie twierdząco na pytania:
•    Czy chciałbyś produkować więcej i taniej bez inwestycji w zmianę technologii?
•    Czy chciałbyś oszczędzać energię elektryczną przy jednoczesnym zachowaniu wysokich parametrów jakościowych produktu końcowego?
•    Czy chciałbyś zwiększyć moce przerobowe i ograniczyć odpad?
•    Czy chciałbyś ustabilizować proces produkcyjny i pracować z pełną wydajnością?

To wszystko jest możliwe, o ile zastosuje się predykcyjny system sterowania procesem produkcji. Sterowanie predykcyjne jest to sterowanie stosowane w układach regulacji automatycznej.Tradycyjne regulatory ze sprzężeniem zwrotnym pracują w ten sposób, że dostosowują swoje działanie w odpowiedzi na zmiany wielkości wyjściowych układu.

W sterowaniu predykcyjnym regulator dostosowuje swoje działanie z wyprzedzeniem, zanim nastąpią zmiany wielkości wyjściowych układu. Jest to metoda sterowania systemami dynamicznymi, polegająca na cyklicznym rozwiązywaniu zadania sterowania optymalnego, z warunkiem początkowym równym aktualnej estymacie stanu obiektu. Początkowa część znalezionego rozwiązania (funkcji sterującej) podawana jest na wejście obiektu, po czym całą procedurę powtarza się dla nowego, aktualnie wyznaczonego stanu obiektu.

Czym zatem jest system sterowania i optymalizacji Pavillion8 MPC?

Pavilion8 to platforma oprogramowania do modelowania procesów, zaawansowanej kontroli i optymalizacji, która integruje się z dowolnym systemem sterowania, aby stale zapewniać wgląd w czasie rzeczywistym, diagnostykę i zaawansowane sterowanie.

Zbudowany w oparciu o model obiektu/procesu:
•    System zbudowany w oparciu o model działający w układzie zamkniętym, który steruje procesem aby osiągnąć założone cele.
Wielozmienny
•    Strategia sterowania oparta o macierz zależności kluczowych zmiennych procesowych.
Predykcyjny
•    Modele tworzone na podstawie testów procesów rzeczywistych (samouczenie).
•    Prowadzenie procesu w sposób optymalny w celu osiągnięcia założonych celów produkcyjnych.
Adaptacyjny
•    Sterowanie jest dynamiczne z wykorzystaniem sprzężenia zwrotnego w celu poprawy rezultatów.
Wyposażony w SoftSensorTM
•    Mapowanie wartości zmiennych wejściowych do jednej zmiennej wyjściowej pozwala na predykcję tej zmiennej.
•    Wewnętrzne sprzężenia do modelu zapewniają informację o parametrach procesu w czasie pomiędzy badaniami laboratoryjnymi.
Poniżej pokazano różnice pomiędzy klasycznymi systemami sterowania opartymi o regulatory PID, a systemami klasy MPC:

W pierwszym etapie po zainstalowaniu oprogramowania Pavillion8 rozpoczyna sie tworzenie modelu procesu oraz macierzy zależności pomiędzy zmiennymi wejściowymi i wyjściowymi, zadawanymi parametrami oraz zakłóceniami. W tym czasie system MPC jest podłączony do układu sterowania, ale jeszcze nie jest aktywny. Jest to czas „samouczenia” się systemu. Etap ten może trwać nawet kilka miesięcy w zależności od stopnia złożoności procesu. Po tym czasie i wykonaniu prób z udziałem inżyniera Rockwell Automation, Pavillion8 przejmuje kontrole nad procesem sterowania.

Powyższy rysunek przedstawia macież zależności pomiędzy zmiennymi.

Sposób tworzenia modelu hybrydowego do optymalizacji procesu produkcyjnego w oparciu między innymi o sieci neuronowe.

 
Schemat układu sterowania z wykorzystaniem Pavillion8 MPC

W jaki sposób system Pavillion8 MPC generuje korzyści dla producentów proszków mlecznych i serwatkowych?
1.    Optymalizując proces ciągły zwiększa przepustowość istniejącej instalacji technologicznej – wzrost wydajności.
2.    Poprzez przewidywanie parametrów procesu z wyprzedzeniem redukuje ilość zużywanej energii elektrycznej – zmniejszenie kosztów produkcji.
3.    Restrykcyjne pilnowanie parametrów jakościowych produktu końcowego, przede wszystkim zbliżenie sie do maksymalnej dopuszczalnej wilgotności proszku – wzrost uzysku i ograniczenie odpadu.
Realizowane jest to poprzez ograniczenie zakłóceń i zmienności procesu, zawężenie krzywej sterowania i operowanie znacznie bliżej założonych celów i limitów produkcyjnych.

Powyżej przedstawione są rzeczywiste rezultaty dla instalacji wyparki. Po włączeniu systemu Pavillion8 MPC (kropkowana pionowa linia oznacza moment włączenia) widać wyrażne ograniczenie zakłóceń i w rezultacie ograniczenie zużycia energii elektrycznej przez instalację o 14,5% (lewy rysunek) i zwiększenie przepustowości instalacji o 10,6% (prawy rysunek).

Typowe średnie rezultaty uzyskiwane dla instalacji do proszkowania mleka i serwatki są następujące:
•    Zwiększenie wydajności do 9%
•    Redukcja zużycia energii na jednostkę produktu do 9%
•    Redukcja produktów poza specyfikacją do 75%
•    Poprawa uzysku o 1%
•    Poprawa jakości przez redukcję zmienności do 60%

Proces aplikowania tak skomplikowanego produktu jak system Pavillion8 MPC odbywa się w oparciu o opracowaną przez Rockwell Automation metodologie Value First. Polega ona na dokładnym szacowaniu potencjalnych benefitów wynikających z aplikacji systemu przed podpisaniem umowy z klientem. W umowie zapisywane są wybrane KPI, które muszą być osiągnięte po uruchomieniu systemu. Jest to rodzaj deklaracji ze strony inżynierów Rockwell Automation, że osiągane rezultaty nie będą niższe niż zapisane w kontrakcie. Często natomiast są zdecydowanie wyższe.

 
Dlaczego warto wykorzystywać system Pavillion8 MPC do sterowania i optymalizacji procesu produkcyjnego:

•   Koordynuje pracę wielu regulatorów PID jednocześnie
•   Potrafi odrzucić wpływ zakłóceń
•   Przewiduje zachowanie złożonych i wolnozmiennych procesów
•   Aktywnie egzekwuje występujące ograniczenia.

Do chwili obecnej Rockwell Automation wykonał ponad 200 instalacji systemu Pavillion8 MPC w proszkowniach mleka i serwatki na całym świecie. Zaufali nam tacy klienci jak Arla, Murray Golburn czy Fonterra. Szacujemy, że około 5-6 milionów ton proszku rocznie jest produkowane w oparciu o system Pavillion8 MPC.