Procedimiento y dispositivo de elaboración de una mezcla de constituyentes con restricciones, particularmente con premezcla.

Procedimiento de control de la elaboración de una mezcla M de n constituyentes,

que comprende: en un tiempo t≥0 una etapa (i) de estimación de una formulación de referencia u a partir de 5 las propiedades de los n constituyentes reunidos en una matriz Bˆ de valor inicial Bo que utiliza una ley de adaptación correspondiente a la siguiente ecuación (1)**Fórmula**

siendo j el índice de las propiedades de la mezcla que varía de 1 a m, en la que

• Bj, un número real estrictamente positivo, es una constante de regulación del tiempo de convergencia que permite diferenciar la rapidez de convergencia de la estimación, propiedad a propiedad

• la matriz H es una matriz simétrica definida positiva que se utiliza para asegurar una normalización al tener en cuenta la desviación medición-predicción que permite el cálculo de la desviación de la predicción de calidad de los constituyentes, con el fin de asegurar las propiedades de convergencia del procedimiento.

• t j Bˆ es la transpuesta de j Bˆ , en la que j es el índice de las propiedades de la mezcla,

y tal que las propiedades Bˆ u de la mezcla estén comprendidas entre unos umbrales mínimo y máximo predeterminados, y/o para al menos una parte de entre las mismas iguales a los valores objetivo predeterminados, y la aplicación de ésta a una mezcla real de los constituyentes, en un tiempo t' ≥ t+Δt, siendo Δt el período de paso entre dos iteraciones de cálculo consecutivas, una etapa (ii) de corrección de la matriz B a partir de las propiedades medidas ymed de la mezcla M fabricada, para establecer el cálculo de una nueva formulación u correspondiente a la matriz corregida B de las propiedades estimadas de los constituyentes de la mezcla, y posteriormente la aplicación de esta nueva formulación u a los constituyentes para la fabricación de la mezcla M, comprendiendo esta etapa (ii) las siguientes operaciones

(1) se miden las propiedades ymed de la mezcla M obtenida aplicando la formulación calculada en el tiempo precedente,

(2) se establece una matriz corregida Bˆ a partir de las propiedades ymed de (1), representando esta matriz la estimación de las propiedades de los constituyentes tal como en (i),

(3) se determina una nueva formulación u a partir de la matriz Bˆ establecida en la etapa (2), de manera que las propiedades u Bˆ de la mezcla estén comprendidas entre dichos umbrales predeterminados y/o, para m' de entre las mismas, iguales a dichos valores objetivo predeterminados,

(4) esta nueva formulación u se aplica a los constituyentes, en un tiempo t"≥t'+Δt en una etapa (iii) idéntica a la etapa (ii), repitiéndose esta etapa (ii) de modo idéntico a lo largo de la duración de la elaboración de las mezclas de los constituyentes,

estando el procedimiento caracterizado por que la matriz B de la etapa (ii) se corrige mediante el menos una operación de corrección complementaria que introduce al menos una restricción correspondiente a restricciones de límites, de relación de orden y/o de igualdad sobre el menos una de las propiedades de los constituyentes.

Procedimiento y dispositivo de elaboración de una mezcla de constituyentes con restricciones, particularmente con premezcla La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de control de la elaboración de una mezcla de constituyentes, particularmente de una mezcla con volúmenes muertos de premezcla.

Más particularmente, se aplica a la regulación automática de mezclas de constituyentes en línea, tales como, por ejemplo, mezclas de productos petrolíferos, en los que las mezclas elaboradas cumplen un conjunto de especificaciones o de parámetros significativos. En estas aplicaciones, cada producto contenido en la mezcla actúa sobre el conjunto de las características o de los parámetros de la mezcla final obtenida.

La invención se aplica particularmente a la elaboración de mezclas en las que las características o los parámetros de los diferentes constituyentes no se conocen bien o pueden evolucionar durante la elaboración de la mezcla. En particular, las mezclas de productos petrolíferos presentan estos aspectos, aunque el procedimiento y dispositivo de la invención puede aplicarse a mezclas de otros productos, tales como, por ejemplo, cementos, pinturas, etc...

En todos los casos, se trata de obtener una mezcla que tenga un estado o que presente unos parámetros de constitución definidos por adelantado. Estos parámetros se refieren a las características físico-químicas de las mezclas a obtener. Para una mezcla de productos petrolíferos, por ejemplo, estos parámetros podrían ser el contenido de azufre de la mezcla, su índice de octano, etc... Para una mezcla de cementos, los parámetros serían, por ejemplo, el contenido en cal, el módulo de silicio, el módulo alumínico-férrico, etc.

Los procedimientos y dispositivos conocidos en el estado de la técnica permiten elaborar una mezcla en línea o en bucle cerrado, es decir con una realimentación a partir de informaciones medidas en tiempo real, continua o periódicamente, a partir de aparatos de medición (analizadores en línea) dispuestos aguas abajo de la instalación de mezcla (mezcladora) . Estos procedimientos y dispositivos se aplican generalmente en unos flujos de constituyentes que proceden de cubetas de productos intermedios.

Una realimentación típica utiliza la desviación entre una consigna objetivo y la medida. Se trata de una realimentación mediante retorno de salida.

Otra realimentación típica consiste en corregir las predicciones de las características o parámetros de la mezcla, añadiéndole un término que es el resultado de un filtrado de primer orden de la diferencia entre la medida y la predicción sin corrección.

El documento US 6 120 173 A describe un sistema de control de las proporciones de una mezcla para la fabricación de cemento cuyo objetivo es mejorar la convergencia entre las propiedades de la mezcla y las propiedades objetivo de la mezcla y reducir los cambios bruscos de control de la mezcla con respecto a unos métodos de control en bucle cerrado que utilizan como entrada la desviación de las propiedades de la mezcla con respecto a las propiedades objetivo de la mezcla y generan nuevas propiedades objetivo a alcanzar en la etapa siguiente. Con este fin, el documento US 6 120 173 A describe un sistema en el que un controlador utiliza unos valores objetivo y la composición química de los materiales de base para generar unas acciones de control y cambiar continuamente las proporciones de los materiales de base. En el modelo descrito, las propiedades de los constituyentes son, o bien medidas en línea, o bien consideradas no cambiantes en el transcurso de la mezcla, mientras que los valores de las propiedades de la mezcla se miden en el transcurso de una primera etapa por medio de un captador, y después se calculan. Este documento no hace alusión a la estimación de las propiedades de los constituyentes de la mezcla ni a los problemas asociados a una mala estimación de las propiedades de estos constituyentes.

El documento US 2004/221889 A1 describe un procedimiento y un sistema para controlar una mezcla de fluidos. El objetivo de este documento es proponer un método de optimización simultánea de magnitudes denominadas cuantitativas (del tipo de la presión) y de magnitudes denominadas cualitativas (del tipo de las propiedades de la mezcla) de un proceso de mezcla de fluidos, gases o líquidos. Los valores corrientes de las cantidades (asociados a los constituyentes de la mezcla o a los caudales que salen del sistema de mezcla) y de las cualidades (asociados a los constituyentes de la mezcla) se determinan en una primera etapa. En la etapa siguiente, el control se determina por medio de un proceso de realimentación. En particular, un filtro de Kalman extendido permite modificar las predicciones, realizadas por el modelo durante el cálculo del control, añadiendo a la salida prevista la integral de la desviación de la predicción. En este procedimiento, las desviaciones medidas sobre las cualidades de la mezcla no son imputadas a las cualidades de los constituyentes.

Estas realimentaciones típicas presentan el inconveniente de aplicarse sobre la mezcla en la salida de la mezcladora, y no sobre las características de los constituyentes aguas arriba de la mezcladora.

Las regulaciones utilizadas tienen generalmente en cuenta restricciones de calidad de la mezcla a fabricar, así como restricciones relacionadas con las vías de la alimentación de los constituyentes (por ejemplo límites relacionados con las restricciones hidráulicas tales como el dimensionamiento de las bombas, restricciones de homogeneidad en las proporciones calculadas, cuya suma debe ser igual a 1 en el conjunto de las vías) . Permiten igualmente supervisar el caudal total de producción de la mezcla.

Los dispositivos y procedimientos conocidos presentan el inconveniente de asegurar el contenido de las diferentes especificaciones de la mezcla en función de las propiedades de mezcla integradas (acumuladas o promediadas en volumen) en una cubeta de destino de la mezcla situada inmediatamente aguas abajo de la mezcladora. La medición de las propiedades de la mezcla se efectúa en efecto en general sobre la mezcla instantánea en la salida de la mezcladora, aguas arriba de la cubeta de destino de la mezcla, permitiendo estas medidas obtener una estimación de la calidad integrada (vertido a la salida de la mezcladora o en la cubeta) que es el objeto de la regulación en modo integrado de la mezcla o integrado en la cubeta (la definición de estos modos se dará más adelante) .

Aunque estos procedimientos y dispositivos que funcionan como medición integrada están bien adaptados a unas áreas de mezcla tradicionales, con unas cubetas de constituyentes, en vertido-descarga eventual, es decir alimentados a medida de su consumo, y una cubeta de destino de la mezcla, son insuficientes para un funcionamiento con un flujo continuo directo aguas abajo de los constituyentes y, eventualmente, una expulsión directa continua de la mezcla elaborada, sin paso por una cubeta de destino.

En efecto, dependen de las cualidades de los constituyentes, que pueden variar, particularmente durante un flujo continuo aguas abajo de los constituyentes.

Por otro lado, en una configuración de flujo aguas abajo continuo directo de la mezcla, las proporciones de los constituyentes de la mezcla obtenida por los dispositivos conocidos se corrigen teniendo en cuenta el volumen de mezcla presente en la cubeta de destino. De ese modo, en el transcurso de la elaboración de un volumen dado de mezcla en la cubeta de destino, las propiedades de la mezcla son susceptibles de variar considerablemente, lo que no sería aceptable para una expulsión directa continua de la mezcla.

Otro inconveniente de los dispositivos y procedimientos conocidos es que difícilmente gestionan lo que no puede realizarse mediante solución de compromiso óptimo. Es decir, cuando no se pueden respetar una o varias restricciones, la solución obtenida conduce a una mezcla de la que no se controla correctamente la desviación respecto a las especificaciones requeridas.

Los procedimientos de realimentación tradicionales son igualmente insuficientes para gestionar una sincronización de las instalaciones que comprenden premezclas de constituyentes aguas arriba, en particular en caso de premezclada múltiples en serie y/o en paralelo. Dichas premezclas producen en efecto un retardo sobre los flujos de ciertos constituyentes que necesitan la utilización de márgenes de fabricación importantes con el fin de respetar las especificaciones de la mezcla en la cubeta de destino, pero que inducen una calidad excesiva no necesaria y costosa. Además, este defecto de sincronización puede conducir a unos bombeos (oscilaciones) que entrañan una solicitación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de control de la elaboración de una mezcla M de n constituyentes, que comprende:

en un tiempo t=0 una etapa (i) de estimación de una formulación de referencia u a partir de las propiedades de ˆ

los n constituyentes reunidos en una matriz B de valor inicial Bo que utiliza una ley de adaptación correspondiente a la siguiente ecuación (1)

ˆ t

dB

j med

= –Jj Hu ( yj _ yj ) (1)

dt

siendo j el índice de las propiedades de la mezcla que varía de 1 a m, en la que

•Jj, un número real estrictamente positivo, es una constante de regulación del tiempo de convergencia que permite diferenciar la rapidez de convergencia de la estimación, propiedad a propiedad

• la matriz H es una matriz simétrica definida positiva que se utiliza para asegurar una normalización al tener en cuenta la desviación medición-predicción que permite el cálculo de la desviación de la predicción de calidad de los constituyentes, con el fin de asegurar las propiedades de convergencia del procedimiento.

• Bˆtj es la transpuesta de Bˆ j , en la que j es el índice de las propiedades de la mezcla,

ˆ

y tal que las propiedades Bu de la mezcla estén comprendidas entre unos umbrales mínimo y máximo predeterminados, y/o para al menos una parte de entre las mismas iguales a los valores objetivo predeterminados, y la aplicación de ésta a una mezcla real de los constituyentes, en un tiempo t’ = t+"t, siendo "t el período de paso entre dos iteraciones de cálculo consecutivas, una etapa (ii) de corrección de la matriz B a partir de las propiedades medidas ymed de la mezcla M fabricada, para establecer el cálculo de una nueva formulación u correspondiente a la matriz corregida B de las propiedades estimadas de los constituyentes de la mezcla, y posteriormente la aplicación de esta nueva formulación u a los constituyentes para la fabricación de la mezcla M, comprendiendo esta etapa (ii) las siguientes operaciones

(1) se miden las propiedades ymed de la mezcla M obtenida aplicando la formulación calculada en el tiempo precedente,

(2) se establece una matriz corregida Bˆ a partir de las propiedades ymed de (1) , representando esta matriz la estimación de las propiedades de los constituyentes tal como en (i) ,

(3) se determina una nueva formulación u a partir de la matriz Bˆ establecida en la etapa (2) , de manera que ˆ

las propiedades Bu de la mezcla estén comprendidas entre dichos umbrales predeterminados y/o, para m’ de entre las mismas, iguales a dichos valores objetivo predeterminados,

(4) esta nueva formulación u se aplica a los constituyentes, en un tiempo t”=t’+"t en una etapa (iii) idéntica a la etapa (ii) , repitiéndose esta etapa (ii) de modo idéntico a lo largo de la duración de la elaboración de las mezclas de los constituyentes,

estando el procedimiento caracterizado por que la matriz B de la etapa (ii) se corrige mediante el menos una operación de corrección complementaria que introduce al menos una restricción correspondiente a restricciones de límites, de relación de orden y/o de igualdad sobre el menos una de las propiedades de los constituyentes.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que para corregir la matriz Bˆ , el valor inicial de Bˆ , es decir B0, se modifica reemplazando la ecuación (1) por una ecuación que corresponde a una nueva ley de adaptación y/o por la adición de un término complementario o.

ˆ

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la matriz B se modifica reemplazando la ecuación (1) inicial por una ecuación que comprende la adición de una función complementaria a la ecuación (l) según:

ˆ

j med t

dBt = –Jj Hu ( yj _ yj ) + Af ( Bˆ j ) , (1.1)

dt

siendo j el índice de las propiedades de la mezcla que varía de 1 a m en la que

• f es una función no nula, elegida según un perfil que permite introducir al menos una restricción correspondiente a restricciones de límites, de relación de orden y/o de igualdad,

•A es un coeficiente de ponderación que permite ajustar la rapidez de retorno de las propiedades estimadas de

los constituyentes en un campo admisible definido por unas limitaciones, y

• H es la matriz diagonal con el fin de asegurar las propiedades de convergencia del procedimiento.

ˆ

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la matriz B se modifica reemplazando la ecuación inicial (1) por una ecuación que corresponde a la ley de adaptación según la siguiente ecuación:

ˆ 1

j ˆ med

(1.2)

dBt = _J jH 1 fU (BjU _ yj \ds dt o t

t _ot

siendo j el índice de las propiedades de la mezcla que varía de 1 a m en la que ot es la ventana de integración temporal y s la variable temporal bajo la integral.

ˆ

5. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la matriz B se modifica reemplazando la ecuación inicial (1) por una ecuación que corresponde a la ley de adaptación según la siguiente ecuación:

ot t _"+

ˆ t 2

dBJ

j j med

= _ H fu (s) (Bˆ ju (s) _ y \ds (1.3)

dt ot otj

t _"_

siendo j el índice de las propiedades de la mezcla que varía de 1 a m en la que ot es la ventana de integración temporal y " el retardo de la medición y s la variable temporal bajo la integral.

ˆ

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la matriz B se modifica añadiendo un término complementario o a al menos una de las ecuaciones (1) , (1.1) , (1.2) o (1.3) y que corresponde al siguiente cálculo:

Bˆ completaj = ( Bˆ j + o t) (1.4)

en la que el vector o cumple la ecuación o t * u = 0, con el fin de que las predicciones permanezcan inalteradas (predicción uniforme) en virtud de la ecuación:

y = Bˆ j * u = ( Bˆ j + o t) * u (1.5)

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que el vector o se define o bien mediante un cálculo algebraico directo o bien mediante optimización secuencial bajo restricción.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las propiedades ymed de la mezcla, medidas durante la etapa (ii) , se miden mediante un proceso de medición continuo sobre la mezcla elaborada.

9. Procedimiento de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que cuando hay al menos una premezcla de al menos dos de los constituyentes antes de la preparación de la mezcla, se modifica la variable u determinada durante la operación (3) de la etapa (ii) para tener en cuenta los retardos debidos a los volúmenes muertos presentes en la instalación en las zonas de premezcla.

ˆ

10. Procedimiento de control según la reivindicación 9, caracterizado por que en la corrección de la matriz Bdurante la etapa (ii) , la variable u utilizada para la implementación de la ley de adaptación según una de las ecuaciones (1.1) , (1.2) , (1.3) y (1.4) se reemplaza por una variable U en la que U (t) = (U1 (t) , ... Un (t) ) t, en el tiempo t, vector formulación que tiene en cuenta los volúmenes muertos.

11. Procedimiento de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la formulación u determinada al final de la etapa (ii) se obtiene mediante un procedimiento de optimización que comprende etapas secuenciales durante las cuales se busca la solución de un problema mínimo que respete un mínimo de restricciones prioritarias si no es factible un problema completo que respete todas las restricciones, aumentando en cada etapa el número de restricciones prioritarias a respetar, hasta obtener una formulación u que respete el máximo de restricciones prioritarias.

12. Procedimiento de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, destinado a una instalación de preparación de una mezcla de n constituyentes y de aditivos, caracterizado por que, para una propiedad j de la

mezcla sobre la que influye el aditivo, el modelo de control tiene en cuenta el efecto d de la adición del aditivo durante las operaciones (2) y (3) de la etapa (ii) según: y = Bˆ ju + d.

13. Dispositivo de elaboración y de control de una mezcla de constituyentes, que comprende vías de transporte (4, 5, 6) de los constituyentes (1, 2, 3) a mezclar hacia una vía principal (7) unida al emplazamiento (9) de recepción de la mezcla, medios (10) para controlar los caudales de los constituyentes en cada vía de transporte, medios (11) de medida continua en la vía principal de los parámetros representativos de la mezcla durante la elaboración, y medios de cálculo (12) de las proporciones de los diferentes constituyentes que entran en la mezcla, un estimador (13) unido a los medios de cálculo, comprendiendo el estimador medios programados para producir una estimación de las propiedades de los constituyentes utilizando las medidas de las propiedades de la mezcla medidas por los medios de medición (11) , comprendiendo los medios de cálculo medios programados para calcular por medio de esta estimación las proporciones de los diferentes constituyentes que entran en la mezcla con el fin de obtener una mezcla que comprenda unas propiedades predeterminadas, estando este dispositivo caracterizado por que el estimador (13) comprende medios programados para introducir al menos una restricción correspondiente a restricciones de límites, de relación de orden y/o de igualdad, sobre al menos una de las propiedades de los ˆ

constituyentes, para corregir la matriz B de la etapa (ii) del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado por que el estimador (13) comprende medios de sincronización programados para tener en cuenta los retardos debidos a los volúmenes muertos en las zonas de premezcla, estando programados dichos medios de sincronización para implementar la ecuación (2)

t

d ˆ

Bj med

= -Jj HU (t) (yj (t) _ yj (t) ) siendo U (t) = (U1 (t) , ... Un (t) ) t, de la operación (3) de la etapa (ii) de dicho dt procedimiento.

15. Dispositivo según la reivindicación 13 o 14, caracterizado por que comprende un optimizador (14) unido a medios de cálculo (12) y a un medio de almacenamiento (15) de objetivos de mezcla, comprendiendo el optimizador medios programados para optimizar la formulación u de las proporciones de los constituyentes, determinada por los medios de cálculo (12) en función de objetivos de mezcla almacenados en dicho medio de almacenamiento (15) .

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado por que comprende al menos una cubeta (16) de aditivo unida mediante una vía de transporte (17) a la vía principal (7) , aguas abajo de la zona de mezcla de los constituyentes (1, 2, 3) , un medio de control (10) del caudal de aditivo asociado a la cubeta (16) previsto sobre la vía de transporte (17) , y un controlador de inyección de aditivo (18) unido a dicho medio de control (10) , al optimizador

(14) y al medio de almacenamiento de objetivos de mezcla (15) , siendo adecuado el controlador de inyección de aditivo (18) , para una propiedad j de la mezcla sobre la que influye un aditivo, para optimizar la proporción del aditivo con el fin de regular dicha propiedad j correspondiente de la mezcla, teniendo en cuenta un objetivo proporcionado por el medio de almacenamiento de objetivos de mezcla.