열 생성 및 분배의 최적 제어

현재 식품과 화학 산업에서 작동하는 제어 시스템의 90% 이상이 최적의 성능을 내지 못하는 것으로 추정돼요.특히 열 생성과 분배 공정에 필요한 수준의 제어 품질을 제공하지 못해요.그 결과 에너지 소비가 증가하고 환경에 미치는 영향이 커지며 과도한 생산 중단 시간이 발생해요.가장 일반적으로 사용되는 산업용 제어 솔루션인 PID 컨트롤러는 부적절한 튜닝이나 비효율적인 제어 구조 때문에 고성능을 거의 제공하지 않아요.

“산업 공정의 효율성을 개선하는 한 가지 방법은 산업 설비의 핵심 구성요소인 열 분배와 교환 시스템을 효과적으로 제어하는 것입니다.” 라고 실레지안 공과대학의 Michałl Frątczak 박사는 강조해요.

열 생성 및 분배 프로세스를 위한 고급 모델링과 시뮬레이션 방법이 프로젝트 전체에 사용돼요.

연구 프로젝트는 실레지안 공과대학 자동 제어, 전자 및 컴퓨터 과학부 자동화 로봇학과 기술 실험실에 있는 열 분배 및 교환 시설을 사용하여 수행되고 있어요.실험실 설치에는 가열 전력 조절이 가능한 전기 흐름 히터와 두 개의 판형 열교환기로 구성 가능한 시스템이 포함돼요.시설에는 산업용 온도, 압력, 유량 센서뿐만 아니라 히터와 두 열 교환 회로를 통한 액체 흐름을 조절하는 제어 밸브가 설치되어 있어요.이 구성을 통해 제어 가능한 열원과 구성 가능한 열 소비 세트를 갖춘 열 변전소를 시뮬레이션할 수 있어요.

프로젝트가 다섯 단계로 나뉘었어요.첫 번째는 프로세스 모델 매개변수를 조정하는 방법을 개발하고 IT 응용 프로그램 아키텍처를 설계하는 것이었어요.다음 단계에서 연구팀은 작동 중 변화하는 생산 조건에 적응할 수 있도록 자동 재조정 방법과 함께 제어 알고리즘을 개발했어요.그 후 연구진은 산업용 플로우 히터용 제어 시스템을 설계했고 이후에 열 교환기 주 회로의 물 흐름을 조절하는 DPB-Bac 컨트롤러를 개발했어요.프로세스 모델을 기반으로 하고 전용 튜닝 방법이 필요하기 때문에 컨트롤러는 매우 효율적인 시스템 작동을 가능하게 해요.

D-ACS 시스템은 엣지 시멘사 컴퓨터 또는 컴퓨터에서 작동해요. 제가 잊어버렸어요.

프로젝트의 세 번째 단계는 열 생성 및 분배 시스템의 제어 성능 평가에 초점을 맞췄어요.이 단계의 결과는 자동 제어 성능 평가 시스템을 응용 프로그램으로 구현한 거예요. 산업용 엣지 플랫폼 PLC 컨트롤러에 연결했어요.측정된 프로세스 변수를 기반으로 시스템이 작업자에게 제어 품질에 대한 정보를 제공해요.

“시스템은 PID 컨트롤러 같은 알고리즘이 구현된 기존 제어 설치에서도 사용할 수 있도록 설계되어 우리 솔루션의 다양성과 실용성이 크게 향상됐어요.” 실레지안 공과대학교 출신 미하우 프롱차크 (Michałt czak) 영어 박사에 대해 설명해요.

2024년 중반에 수행된 프로젝트의 네 번째 단계는 이전에 개발한 솔루션을 통합하고 전체 시스템의 실험실 검증을 수행하는 것이었어요.이 단계에서는 가상 커미셔닝 접근법을 사용했어요.이를 통해 어드밴스드 컨트롤러 펑션 블록을 구현하고 에서 만든 디지털 트윈과의 통합을 통해 1~3단계에서 개발된 방법을 통합할 수 있었어요. SIMIT 애플리케이션.그 결과, Siemens S7-1500 PLC를 기반으로 통합 자율 제어 시스템이 개발됐어요. 엣지 컴퓨터.가상 커미셔닝 기법으로 작동이 성공적으로 검증됐어요.

연구 프로젝트의 최종 결과는 2024년 4분기로 예정된 마지막 단계에서 검증될 거예요. 이때 시스템을 실제 산업 운영 조건에서 테스트할 거예요.

그 지멘스 SIMATIC ET200ECO 분산 I/O 모듈 (IP69K 포함) 프로젝트에 사용되는 보호는 필드 센서에서 데이터를 수집해요.제어 캐비닛 외부에서 작동할 수 있기 때문에 센서 바로 옆에 설치할 수 있어 케이블 요구 사항이 줄어들어요.혹독한 환경 조건에 대한 저항성이 향상되어 시스템이 작동해야 하는 식품 및 화학 산업 응용 분야에 특히 적합해요.IO-Link 프로토콜 지원으로 고객 사이트에 이미 설치되어 있을 수 있는 광범위한 필드 디바이스와 표준화된 연결이 가능해요.

솔루션에는 PLC 프로그램을 수정하지 않고도 IO-Link 장치에서 데이터를 투명하게 읽을 수 있는 필드 데이터 인에이블러 PN 앱도 통합되어 있어요.시스템 내에서 프로세스 데이터를 획득하는 다른 방법을 제공해요.

“이 접근 방식을 사용하면 고객의 실제 설치와 통합하기 위해 종종 매우 복잡하고 비즈니스에 중요한 제어 프로그램에 간섭을 받지 않아도 되고, 확보하기 어려울 수 있는 기계 제조업체의 추가 승인을 받을 필요도 없어요.이 개념은 안정성과 산업 응용 표준 준수를 보장하면서 시스템의 강력한 기반과 높은 유연성을 제공해요.” Siemens의 영업 개발 매니저 미로스와프 쿨리고프스키가 추가해요.

전체 시스템 작동은 디지털 트윈 기술을 사용해서 검증됐어요.

열 소비자의 효율적인 작동은 전체 설비의 에너지 성능 개선에 중대한 영향을 미치고 산업 플랜트의 생산 비용도 낮출 수 있어요.실레지안 공과대학 팀이 개발한 솔루션, 프로그래밍 가능한 컨트롤러와 고객 요구 사항에 맞춘 IT 인프라를 사용하면 현재 최적이 아닌 방식으로 운영되는 많은 제어 시스템의 현대화를 지원할 수 있어요.

“실레지안 공과대학에서 개발한 열 발생 및 분배용 공정 제어 시스템은 첨단 제어를 위해 IT 기술을 사용해요. 에너지 소비와 이산화탄소 배출과 관련된 여러 측면을 최적화할 수 있어요.결과적으로 산업 현실과 인더스트리 4.0 기술 사이의 격차를 줄이는 데 크게 도움이 될 수 있고 Industrial Edge 플랫폼을 사용하면 지속적이고 안정적인 운영이 보장돼요.”
Siemens의 아르투르 노보시엔을 요약해요.