ES2232989T3 - Ajuste automatico de carga. - Google Patents
Ajuste automatico de carga.Info
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Abstract
Procedimiento para la variación de carga de una instalación de separación de aire o para el arranque de una instalación de separación de aire, en que al menos una magnitud regulada es variada desde un valor inicial a un valor final y en que en función del valor inicial y final de la magnitud regulada se determina el objetivo de valor de una magnitud de ajuste y el valor de la magnitud de ajuste es conducido desde su valor inicial a su objetivo de valor, en que se mide una variable de control y el valor de la variable de control se compara con un valor de comparación, caracterizado porque el valor de la magnitud de ajuste es conducido mediante una función de transferencia dependiente de parámetros desde su valor inicial a su objetivo de valor y en caso de desviaciones del valor de la variable de control respecto al valor de comparación se corrige al menos un parámetro de la función de transferencia.
Description
Ajuste automático de carga.
La invención se refiere a un procedimiento para
la variación de carga de una instalación de separación de aire o
para el arranque de una instalación de separación de aire, en que
al menos una magnitud regulada es variada desde un valor inicial a
un valor final y en que en función del valor inicial y final de la
magnitud regulada se determina el objetivo de valor de una magnitud
de ajuste y el valor de la magnitud de ajuste es conducido desde su
valor inicial a su objetivo de valor, en que se mide una variable
de control y el valor de la variable de control se compara con un
valor de comparación.
El control y regulación de instalaciones de la
técnica de operaciones y procesos se produce en medida creciente de
forma automática. Así, para el ajuste automático de carga de
instalaciones de baja temperatura, en particular instalaciones de
separación de aire, se aplican programas de automatización, que
para un aumento o reducción planificado de una o varias magnitudes
reguladas, por ejemplo de la cantidad producida de nitrógeno u
oxígeno gaseoso, calculan los objetivos de valor de las
correspondientes magnitudes de ajuste y conducen los reguladores
ligados a estas magnitudes de ajuste a través de una función de
rampa a los objetivos de valor. Para compensar el comportamiento
dinámico complejo de estas instalaciones, las magnitudes de ajuste
son ajustadas mediante funciones de transferencia con retardo
temporal, por ejemplo sistemas P-T_{1}, o
PD-T_{1}.
Los parámetros de estas funciones de
transferencia no pueden ser determinados todavía hasta ahora con la
suficiente precisión mediante cálculos teóricos y tienen que ser
determinados por ello experimentalmente mediante extensos ensayos
durante la puesta en marcha de la instalación. Es problemático
aquí que frecuentemente para ajustes de carga diferentes son también
necesarios parámetros diferentes. La búsqueda de ajustes
satisfactorios de parámetros se configura por ello de forma muy
costosa en tiempo. Una precisión insuficiente de los parámetros y
con ello de las funciones de transferencia lleva sin embargo
durante la ejecución del ajuste de carga a una pérdida indeseada de
las unidades de producto.
En el documento EP 0 829 784 A1 se describe un
regulador de temperatura, que se aplica para la regulación de
temperatura de obleas en un reactor de deposición química en fase
de vapor (CVD, del inglés "Chemical Vapour Deposition"). El
documento US 5.748.467 se refiere a la aplicación de parámetros de
control en reguladores de proceso no lineales. El documento EP 0
786 708 A1 se ocupa de un regulador de lógica borrosa o
respectivamente de un procedimiento para afinar los parámetros de
regulación de un regulador, que se emplea por ejemplo en un
accionamiento en un dispositivo de electroerosión. También a partir
del documento US 5.488.560 se conoce un procedimiento para regular
un proceso. Además, en el documento US 5.404.289 se da a conocer un
regulador, en el que se emplea una función especial para la
ponderación de valores deseados. Finalmente, a partir del documento
EP 0 701 186 A2 se conoce un procedimiento para la regulación de
una instalación de separación de aire.
Constituye por ello la tarea de la presente
invención desarrollar un procedimiento del tipo citado al
principio, en el que se eviten en lo posible series de ensayos
costosas en tiempo para la determinación de los parámetros de las
funciones de transferencia.
Esta tarea se resuelve conforme a la invención
mediante el recurso de que el valor de la magnitud de ajuste es
conducido mediante una función de transferencia dependiente de
parámetros desde su valor inicial a su objetivo de valor y en caso
de desviaciones del valor de la variable de control respecto al
valor de comparación se corrige al menos un parámetro de la función
de transferencia.
En el nuevo procedimiento conforme a la presente
invención se miden magnitudes de proceso seleccionadas y se emplean
como variables de control, para determinar si para una variación de
una magnitud regulada las correspondientes magnitudes de ajuste son
conducidas a una velocidad excesivamente alta o excesivamente baja
a su nuevo objetivo de valor. En caso de desviaciones del valor de
una variable de control respecto a un valor de comparación
correspondiente, durante la variación de las magnitudes de ajuste
se calculan de nuevo y se corrigen los parámetros de la función de
transferencia correspondiente o también de varias funciones de
transferencia correspondientes. En el procedimiento de regulación
conforme a la invención se actúa por lo tanto ya durante el proceso
de regulación, es decir antes de que las correspondientes magnitudes
reguladas y de ajuste hayan alcanzado sus objetivos de valor,
sobre la evolución temporal de la conducción de magnitudes de
ajuste.
Preferentemente, en caso de desviaciones del
valor de la variable de control respecto al valor de comparación,
no se varía el objetivo de valor de la magnitud de ajuste. Se
regula por lo tanto sólo la evolución temporal de una conducción a
valores deseados, es decir la velocidad con la que se aproxima el
valor de una magnitud de ajuste a su objetivo de valor, pero no el
valor final estacionario, que se alcanza una vez terminada la
conducción a valores deseados.
La detección de las variables de control y su
comparación con el valor de comparación puede producirse de forma
discontinua o continua. Una medida continua de las variables de
control y dado el caso una corrección continua de los parámetros de
la función de transferencia ha demostrado ser ventajosa, ya que de
este modo pueden satisfacerse mejor condiciones de contorno
proporcionadas, por ejemplo las unidades de producto en caso de una
variación de carga de una instalación de separación de aire.
Frecuentemente es ventajoso y suficiente, en caso
de una desviación del valor de las variables de control respecto
al valor de comparación, corregir la constante temporal de la
función de transferencia correspondiente.
Ventajosamente el valor de comparación, con el
que se compara la variable de control, se proporciona de forma
fija. Es sin embargo también posible dotar de factores de
corrección al valor de comparación, los cuales dependen de la
evolución previa de la variación del valor de la magnitud de
ajuste.
Mediante el procedimiento conforme a la invención
se consigue que los ajustes de parámetros de las funciones de
transferencia no tengan que determinarse ya exactamente, sino sólo
aproximadamente mediante series de ensayos. En exploraciones
amplias se ha visto que teniendo en cuenta el esfuerzo experimental
unido a la determinación de parámetros y la precisión resultante
de ello para la conducción de magnitudes de ajuste es favorable
proporcionar el valor de los parámetros de la función de
transferencia hasta un orden de magnitud. Los parámetros se
proporcionan preferentemente hasta un factor 5, de forma
particularmente preferida hasta un factor 3. Así es suficiente por
ejemplo fijar una constante temporal en un valor entre 100 y 300
segundos.
Si se conoce el orden de magnitud de los valores
de los parámetros, se emplean ventajosamente funciones matemáticas
sencillas, para realizar una aplicación de un intervalo de la
variable de control medida sobre un intervalo de parámetros.
Básicamente, esta función de aplicación debe ser escogida de tal
modo que una variación del valor de las variables de control tenga
una influencia correctora sobre la evolución de la conducción de
magnitudes de ajuste. Preferentemente se escoge para ello la
ecuación de una recta, es decir se establece una dependencia lineal
de los parámetros de la función de transferencia respecto a la
desviación del valor de la variable de control respecto al valor
de comparación.
Es también favorable establecer la realimentación
de la variable de control sobre los parámetros de la función de
transferencia mediante reglas de lógica borrosa. Como en la lógica
borrosa típicamente no es necesario mantener exactamente ningún
valor determinado, la función de transferencia puede ser formulada
de forma relativamente poco definida. Esto se refleja en un menor
esfuerzo temporal para la determinación de los parámetros y para la
formulación de la función de transferencia.
Se ha observado que con vistas a las condiciones
de contorno a satisfacer durante una variación de una magnitud
regulada es ventajoso, en caso de un aumento del valor deseado de
la magnitud regulada, escoger otra función de transferencia o
respectivamente una función de transferencia con parámetros
distintos que en caso de una reducción del valor deseado de la
magnitud regulada.
El procedimiento conforme a la invención puede
aplicarse preferentemente a todos los tipos de controles directos y
aplicaciones de perturbaciones para el control y regulación.
Conforme a la invención, el procedimiento
encuentra aplicación en la regulación de una instalación de
separación de aire de baja temperatura. De forma particularmente
preferida, la magnitud regulada consiste aquí en la cantidad de uno
o más de los productos oxígeno, nitrógeno o argón, en forma
gaseosa o bien en estado de agregación líquido.
Como variables de control han demostrado ser
ventajosas las magnitudes nivel de líquido, presión, temperatura,
caudal o análisis.
El procedimiento conforme a la invención ha
demostrado su adecuación en particular también en el arranque
automático de instalaciones. Para poner en marcha una instalación es
necesario ya sólo proporcionar los valores deseados buscados en el
estado de funcionamiento estacionario, por ejemplo cantidades de
producto y unidades de producto, el arranque de la instalación se
produce entonces automáticamente.
El nuevo valor final de una magnitud regulada es
determinado ventajosamente en función de determinados sucesos o
determinados valores de control. Así, por ejemplo es favorable en
el caso del control de una instalación de separación de aire
observar la presión en un depósito de oxígeno producido, la
cantidad transferida de oxígeno producido al usuario y/o sus
dependencias temporales. Estas magnitudes permiten deducciones
acerca de la necesidad actual y esperable de oxígeno producido y
pueden aprovecharse por ello para introducir automáticamente un
aumento de carga o bien una reducción de carga de la instalación de
separación de aire.
Preferentemente, el ajuste de carga de la
instalación no se lleva a cabo de forma cuasiestacionaria, sino que
se prevén para las distintas magnitudes reguladas diferentes
gradientes, tiempos muertos, retrasos y/o retardos.
En caso de una desviación excesiva del valor de
las variables de control medidas respecto al valor de comparación
ha demostrado también ser adecuado aplicar de una vez a la magnitud
regulada una perturbación que compense la desviación.
El procedimiento conforme a la invención trae un
considerable ahorro de tiempo en la puesta en marcha de la
automatización de una instalación de separación de aire de baja
temperatura. Los costes de puesta en marcha de la instalación pueden
ser reducidos considerablemente con ello. Además, mediante el nuevo
procedimiento se consigue un aumento de calidad del sistema de
automatización. Las condiciones de contorno exigidas para la
variación de una de las magnitudes reguladas del proceso de la
técnica de operaciones pueden satisfacerse de forma segura. Así,
por ejemplo en caso de un cambio de carga de una instalación de
separación de aire se garantiza el mantenimiento de las unidades de
producto.
La invención, así como otros detalles de la
invención, se explican a continuación más detalladamente en lo que
sigue con ayuda del ejemplo de realización representado en el
dibujo. Aquí, la figura muestra esquemáticamente la regulación y
control de una instalación de separación de aire.
Una instalación de separación de aire 1 es
regulada por un sistema automático de variación de carga 2, el cual
actúa mediante un sistema de regulación 3 sobre diversos
componentes de la instalación de separación de aire 1. A través de
las entradas 4a hasta c pueden ser proporcionados al sistema 2 los
nuevos valores deseados para determinadas magnitudes reguladas.
Éstas pueden ser por ejemplo la cantidad de aire introducido, la
cantidad de oxígeno gaseoso producido y la cantidad de nitrógeno
líquido producido.
El sistema automático de variación de carga 2
comprueba en una primera etapa 5 si los nuevos valores deseados
introducidos 4a hasta 4c son compatibles entre sí, es decir si
existe un estado estable, en el que se cumplen todos los valores
deseados nuevos. Cuando los nuevos valores deseados 4a hasta c
corresponden a las condiciones de contorno físicas del
procedimiento de separación de aire, son suministrados como
objetivos de valor 6a hasta c a un ordenador de proceso 7. En otro
caso, se proponen al operador que está haciendo funcionar el
sistema de variación de carga 2 valores deseados corregidos y se le
solicita introducir nuevos valores deseados 4a hasta c.
El ordenador de proceso 7 actúa a través de
reguladores 8, 9, 10 sobre diversos elementos de ajuste 11, 12, 13,
para variar las magnitudes reguladas desde su valor inicial
progresivamente hasta el valor final deseado. Estas variaciones se
producen respectivamente según funciones de transferencia
dependientes del tiempo y de parámetros. Mediante los caudalímetros
14 y 16 así como el analizador 15 son medidas durante la variación
de carga continuamente variables de control, a saber la cantidad de
aire introducido, la cantidad de oxígeno gaseoso producido y el
contenido de oxígeno en el centro de la columna de presión, y sus
valores son suministrados al ordenador de proceso 7. El ordenador
de proceso 7 compara las variables de control medidas con valores
de comparación correspondientes y actúa dado el caso sobre los
parámetros de las funciones de transferencia, con los cuales las
magnitudes de ajuste 11, 12, 13 son conducidas a su objetivo de
valor.
Así por ejemplo se determina con el analizador 15
el contenido de oxígeno en el centro de la columna de presión y se
compara en el ordenador de proceso 7 con un valor de comparación
proporcionado. Si el análisis de la columna de presión muestra un
contenido excesivo de oxígeno, la cantidad de aire introducido es
aumentada más lentamente en caso de un aumento de carga o
respectivamente es reducida más rápidamente en caso de una
reducción de carga. Correspondientemente actúa el regulador 9 sobre
la válvula 12. El valor final, que alcanza la cantidad de aire
introducido tras la finalización de la variación de carga en el
estado estacionario, no es modificado aquí.
Claims (12)
1. Procedimiento para la variación de carga de
una instalación de separación de aire o para el arranque de una
instalación de separación de aire, en que al menos una magnitud
regulada es variada desde un valor inicial a un valor final y en
que en función del valor inicial y final de la magnitud regulada se
determina el objetivo de valor de una magnitud de ajuste y el
valor de la magnitud de ajuste es conducido desde su valor inicial
a su objetivo de valor, en que se mide una variable de control y el
valor de la variable de control se compara con un valor de
comparación, caracterizado porque el valor de la magnitud de
ajuste es conducido mediante una función de transferencia
dependiente de parámetros desde su valor inicial a su objetivo de
valor y en caso de desviaciones del valor de la variable de
control respecto al valor de comparación se corrige al menos un
parámetro de la función de transferencia.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque en caso de desviaciones del valor de la
variable de control respecto al valor de comparación no se varía el
objetivo de valor de la magnitud de ajuste.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el valor de la
variable de control es comparado continuamente con el valor de
comparación.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque se corrige
una constante temporal de la función de transferencia.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado porque el valor de
la variable de control se compara con un valor de comparación
proporcionado.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque el
parámetro de la función de transferencia es calculado a partir de
la desviación del valor de la variable de control respecto al valor
de comparación mediante una función de aplicación matemática.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado porque el
parámetro de la función de transferencia y la desviación del valor
de la variable de control respecto al valor de comparación están
ligados a través de reglas de lógica borrosa.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 7, caracterizado porque sólo se
proporciona el orden de magnitud del parámetro de la función de
transferencia.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 8, caracterizado porque en caso de
un aumento del valor deseado de la magnitud regulada se escoge una
función de transferencia distinta que en caso de una reducción del
valor deseado.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 9, caracterizado porque se emplea
una regulación directa o una aplicación de perturbación.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 10, caracterizado porque la cantidad
de argón y/o nitrógeno y/u oxígeno gaseoso y/o líquido constituye
la magnitud regulada.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 hasta 11, caracterizado porque se mide al
menos una de las magnitudes nivel de líquido, presión, temperatura,
caudal o análisis como variable de control.
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