Procedimiento avanzado de control y regulación de una unidad industrial representada mediante un modelo dinámico lineal MDL,

que presenta magnitudes de entrada denominadas MV, y magnitudes de salida denominadas CV, dicho procedimiento funcionando en bucle cerrado y recurriendo a una fase de identificación de los parámetros del modelo MDL que se realiza mediante un controlador (MVAC) y un programa de identificación (ISIAC) y que consiste en la siguiente sucesión de etapas:

- una etapa 1 de inicialización en la que a partir de los datos recopilados a través de modificaciones manuales del operador, el programa ISIAC genera un primer modelo (MO) de la unidad industrial, modelo que a continuación utiliza el controlador MVAC para dirigir dicha unidad.

-una etapa 2 de generación de las variaciones de las MV en la que, fuera de línea, es decir sin ningún vínculo con el funcionamiento de la unidad, ISIAC genera variaciones para cada MV, constituyéndose estas variaciones para cada MV de una serie de incrementos y decrementos, de amplitudes tales que inducen variaciones mesurables de todo o parte de los CV caracterizado por que

-una etapa 3 de validación de las variaciones de las MV y del ajuste del controlador MVAC en la que, fuera de línea, las simulaciones del comportamiento de la unidad que dirige el controlador MVAC, se realizan conectando el controlador MVAC a un simulador dinámico, que reproduce aproximadamente el funcionamiento de dicha unidad, y utilizando el modelo M (n) disponible en dicha etapa, aplicándose las variaciones definidas en la etapa 2 en simulación mediante la función “objetivo externo” del MVAC, ajustando las amplitudes de las variaciones de las MV definidas en la etapa 2, relajando los objetivos para las CV, y afinándose el ajuste del controlador con la intervención de un operador.

-una etapa 4 de generación de respuestas de la unidad en la que el controlador MVAC, tal y como se ajustó al finalizar la etapa 3, se conecta a dicha unidad en bucle cerrado y aplica automáticamente sobre la unidad las variaciones definidas en las MV durante la etapa 3, mediante la función “objetivo externo”

. -una etapa 5 de generación de parámetros por parte de ISIAC en la que, fuera de línea, el programa de identificación ISIAC calcula los parámetros del modelo de la unidad a partir de los datos que se generaron en la etapa 4.

-una etapa 6 de evaluación de la precisión del modelo en el que el programa de identificación ISIAC efectúa un cálculo de la precisión de los parámetros obtenidos al finalizar la etapa 5 a partir de un criterio que permite decidir

a) detener las iteraciones si la precisión es satisfactoria;

b) la iteración a partir de la etapa 2 si la precisión es insuficiente en uno o variaos parámetros;

c) la iteración a partir de la etapa 4 en el caso de que la imprecisión proceda de perturbaciones en el funcionamiento de la unidad durante la aplicación de las variaciones en las MV.

Nuevo procedimiento de control y regulación de una unidad industrial que recurre a una fase de identificación en bucle cerrado de los parámetros de funcionamiento de dicha unidad

Campo de la invención

El campo de la invención es el de los procedimientos avanzados de control y regulación de unidades industriales. En un procedimiento de control avanzado de acuerdo con el vocabulario del experto en la materia, la unidad industrial a regular está representada por un modelo que permite anticipar las acciones a implementar alcanzando un nivel de finura en las acciones correctoras que no permite la regulación por medio de simples PIDF.

El modelo que representa la unidad es generalmente un modelo dinámico y lineal en el sentido de que las magnitudes de salida están ligadas a las magnitudes de entrada por un sistema de ecuaciones lineales. La representación del modelo se realiza por lo tanto naturalmente por medio de una matriz y el objetivo de la operación denominada identificación es encontrar el mejor juego de coeficientes de la matriz representativa del modelo. Para asegurar la fase de identificación se utiliza en la presente invención un controlador lineal predictivo multivariable.

Más precisamente, la adquisición de los datos necesarios para la identificación se realiza en bucle cerrado, es decir mientras el controlador está regulando la unidad industrial, lo que permite reducir el tiempo de producción de la unidad eventualmente fuera de especificación.

En el contexto de la presente invención, se denomina modelo de una unidad industrial a una representación del comportamiento de la unidad por medio de un conjunto de ecuaciones que ligan las variables de entrada (MV) , las variables de estado (X) y las variables de salida (CV) de la unidad.

La fase de identificación descrita se aplica a los modelos que tienen una forma lineal. Se entiende por forma lineal el hecho de que las variaciones de las variables de entrada (MV) , las variables de estado (X) y las variaciones de las variables de salida (CV) está ligadas entre sí por las ecuaciones generales del modelo dinámico lineal estacionario (abreviadamente MDL) :

dX/dt = A X + B (MV)

(CV) = C X + D (MV)

El modelo MDL caracteriza por lo tanto la evolución de la derivada temporal de X como una aplicación lineal con relación a X y con relación a las MV. De manera similar, la evolución de las CV se describe por una aplicación lineal con relación a X y con relación a las MV.

Las MV son por ejemplo los caudales de carga, la producción de utilidad, la temperatura de la carga, etc.

Las CV son por ejemplo la conversión, la proporción de ciertos constituyentes.

Las variables de estado están representadas por X y se pueden definir como toda magnitud que permita describir la unidad en cada instante (temperatura, presión, composición de los fluidos que circulan en la unidad, …) .

El controlador lineal predictivo multivariable (denominado MVAC de aquí en adelante en el texto) trabaja en bucle cerrado, es decir que a partir de la medida de todas o parte de las CV y de su comparación con relación a los objetivos fijados (valores de consigna, límites altos y bajos) , calcula y aplica sobre la unidad industrial los valores de las MV requeridos para alcanzar o mantener los objetivos para las CV.

Para efectuar sus cálculos, el controlador MVAC utiliza una descripción aproximada del comportamiento del procedimiento bajo la forma de un modelo MDL denominado M (n) de aquí en adelante en el texto. El índice (n) indica que el modelo se alcanza al cabo un cierto número de iteraciones a partir de un modelo inicial M0 que podría estar relativamente alejado del comportamiento de la unidad industrial.

El modelo MDL se caracteriza completamente por las 4 matrices A, B, C y D.

Del lado de las escrituras de esas ecuaciones, la toma en consideración de las relaciones entre las variables de entrada, de salida y de estado es intrínseca. Así una MV puede actuar sobre uno o varios componentes de estado X y por lo mismo actuar sobre varias CV a la vez. Alternativamente, una MV puede actuar directamente sobre varias CV a la vez (matriz D) . La operación denominada “identificación”, o fase de identificación, consiste en calcular el valor de los coeficientes de las 4 matrices A, B, C y D utilizadas en el modelo.

Esta operación se realiza automáticamente por un programa de identificación denominado ISIAC a partir de un conjunto de datos caracterizado por las medidas de las MV y de las CV. La expresión “conjunto de datos” designa uno o varios registros en el tiempo de las variables de entrada MV (t) y de las variables de salida CV (t) . Un registro así se denomina recopilación. Una recopilación se debe realizar como mínimo durante un intervalo de tiempo superior a la respuesta dinámica de la CV más lenta.

En efecto, es deseable que después de un periodo transitorio, que corresponde a la variación de CV consecutivas haya una o varias variaciones de las MV, la recopilación se prosigue hasta la estabilización de las CV medidas. Por otro lado, para poder ser utilizable por el programa de identificación ISIAC, una recopilación debe contener suficiente frecuencia de la información, es decir disponer de variaciones medidas de las CV, más importantes que las debidas a ruidos asociados a los captadores que aseguran la medición de las variables.

Examen de la técnica anterior

La técnica anterior en el dominio de las operaciones de identificación del procedimiento en bucle cerrado está representada esencialmente por el documento de patente US 6.819.964, que describe un método basado en la utilización de variables ocultas (denominadas “shadow system controlled variables” en la patente citada) . Para ser aplicado, este método necesita una modificación de la estructura del modelo utilizado por el controlador.

El método utilizado en la presente solicitud es un método de identificación del procedimiento en bucle cerrado, caracterizado por el hecho de que no recurre a ninguna variable oculta, lo que le diferencia significativamente del método descrito en la patente US 6.819.964. Éste descansa en la utilización particular de una funcionalidad disponible en el controlador MVAC, funcionalidad denominada objetivo externo para las MV (traducción de “cibles externes”) .

Esta funcionalidad del controlador MVAC, utilizable sin ninguna modificación de la estructura del modelo MDL, permite, cuando esto es posible, orientar simplemente las MV hacia unos objetivos especificados, mientras se continúan satisfaciendo prioritariamente los objetivos de las CV. Por otro lado, el MVAC permite alcanzar tan rápidamente como es deseado los objetivos definidos en las MV.

Finalmente, a diferencia del método descrito en la patente US 6.819.964, no es necesario de acuerdo con la invención verificar el estado de las CV con relación a su objetivo antes de lanzar el procedimiento de modificación de las MV.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 representa un esquema funcional del procedimiento utilizado en el ejemplo 1 que comprende dos magnitudes de entrada (MV1) y (MV2) y una magnitud de salida (CV) .

La figura 2 representa un esquema del procedimiento en curso de identificación con el controlador MVAC conectado al procedimiento en bucle cerrado y alimentado por dos magnitudes denominadas “cibles externes” (ET1) y (ET2) .

La figura 3 representa tres gráficos destinados a ilustrar el funcionamiento de la identificación: el gráfico superior corresponde a la variación de la (CV) con el tiempo, el gráfico intermedio corresponde a la variación de la (MV1) y el gráfico inferior corresponde a la variación de la (MV2) . La leyenda de estos 3 gráficos viene dada en el ejemplo en sí.

Breve descripción de la invención

La presente invención se puede definir como un procedimiento de control y regulación avanzado aplicable a toda unidad industrial que presente unas magnitudes de entrada y unas magnitudes de salida ligadas entre sí de manera lineal. Es decir una unidad susceptible de ser representada por un modelo lineal que liga las magnitudes de entrada y de salida, tal como se ha definido en el párrafo precedente.

El procedimiento de control o regulación recurre a una fase (u operación) de identificación de los parámetros del modelo dinámico lineal... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento avanzado de control y regulación de una unidad industrial representada mediante un modelo dinámico lineal MDL, que presenta magnitudes de entrada denominadas MV, y magnitudes de salida denominadas CV, dicho procedimiento funcionando en bucle cerrado y recurriendo a una fase de identificación de los parámetros del modelo MDL que se realiza mediante un controlador (MVAC) y un programa de identificación (ISIAC) y que consiste en la siguiente sucesión de etapas:

- una etapa 1 de inicialización en la que a partir de los datos recopilados a través de modificaciones manuales del operador, el programa ISIAC genera un primer modelo (MO) de la unidad industrial, modelo que a continuación utiliza el controlador MVAC para dirigir dicha unidad. -una etapa 2 de generación de las variaciones de las MV en la que, fuera de línea, es decir sin ningún vínculo con el funcionamiento de la unidad, ISIAC genera variaciones para cada MV, constituyéndose estas variaciones para cada MV de una serie de incrementos y decrementos, de amplitudes tales que inducen variaciones mesurables de todo o parte de los CV caracterizado por que -una etapa 3 de validación de las variaciones de las MV y del ajuste del controlador MVAC en la que, fuera de línea, las simulaciones del comportamiento de la unidad que dirige el controlador MVAC, se realizan conectando el controlador MVAC a un simulador dinámico, que reproduce aproximadamente el funcionamiento de dicha unidad, y utilizando el modelo M (n) disponible en dicha etapa, aplicándose las variaciones definidas en la etapa 2 en simulación mediante la función “objetivo externo” del MVAC, ajustando las amplitudes de las variaciones de las MV definidas en la etapa 2, relajando los objetivos para las CV, y afinándose el ajuste del controlador con la intervención de un operador. -una etapa 4 de generación de respuestas de la unidad en la que el controlador MVAC, tal y como se ajustó al finalizar la etapa 3, se conecta a dicha unidad en bucle cerrado y aplica automáticamente sobre la unidad las variaciones definidas en las MV durante la etapa 3, mediante la función “objetivo externo”. -una etapa 5 de generación de parámetros por parte de ISIAC en la que, fuera de línea, el programa de identificación ISIAC calcula los parámetros del modelo de la unidad a partir de los datos que se generaron en la etapa 4. -una etapa 6 de evaluación de la precisión del modelo en el que el programa de identificación ISIAC efectúa un cálculo de la precisión de los parámetros obtenidos al finalizar la etapa 5 a partir de un criterio que permite decidir a) detener las iteraciones si la precisión es satisfactoria; b) la iteración a partir de la etapa 2 si la precisión es insuficiente en uno o variaos parámetros; c) la iteración a partir de la etapa 4 en el caso de que la imprecisión proceda de perturbaciones en el funcionamiento de la unidad durante la aplicación de las variaciones en las MV.

2. Procedimiento avanzado de control y regulación de una unidad industrial de acuerdo con la reivindicación 1, que recurre a una fase de identificación de los parámetros de un modelo MDL de dicha unidad en la que las señales que genera ISIAC durante la etapa 2 son señales de tipo secuencia binaria pseudo-aleatoria (SBPA) que se aplican directamente a nivel del controlador MVAC.

3. Procedimiento avanzado de control y regulación de una unidad industrial de acuerdo con la reivindicación 1 que recurre a una fase de identificación de los parámetros de un modelo MDL de dicha unidad, en la que el criterio de iteración que se utiliza en la etapa 6 que desencadena la vuelta a la etapa 4, se define por la relación entre: por una parte, el tiempo transcurrido por las MV en los objetivos definidos en las etapas 2 y 3, y por otra parte el tiempo total de recopilación, efectuándose dicha iteración a partir del modelo MDL (n) que contiene los últimos parámetros fiables obtenidos al finalizar la etapa 5.

4. Aplicación del procedimiento de control y regulación de acuerdo con la reivindicación 1 en una unidad de hidrodesulfuración de una carga hidrocarbonada de tipo gasolina o gasóleo, en la que las magnitudes de entrada son el caudal de alimentación (MV1) de la unidad y la temperatura en la entrada de la unidad de hidrodesulfuración (MV2) y la magnitud de salida (CV) es el contenido en azufre de la gasolina o gasóleo tratado.

5. Aplicación del procedimiento de control y regulación de acuerdo con la reivindicación 1 en una unidad de hidrogenación de gasolinas olefínicas obtenidas a partir de un procedimiento de craqueo catalítico en el que las magnitudes de entrada son el caudal de hidrógeno (MV1) y el caudal de fluido frío que tiene por objeto bloquear las reacciones (MV2) y las magnitudes de salida son el contenido en estireno a la salida de la unidad (CV1) y la diferencia de temperatura entre la salida y la entrada de la unidad (CV2) .