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Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die jüngsten Ergebnisse einer laufenden Pilotanwendung eines nichtlinearen MPC (Model Predictive Controller) für einen industriellen Polymerisationsprozess. Sowohl der MPC als auch der Soft-Sensor verwenden denselben digitalen Zwilling des verfahrenstechnischen Prozesses, ein dynamisches Fließschema-Modell hoher Genauigkeit, dasauf grundlegenden Bilanzgleichungen beruht und auch das Herzstück eines Schulungssystems für die Anlagenfahrer ist.

Der Artikel beschreibt ein Konzept für die Entwicklung und durchgängige Nutzung eines Digital Twins über den gesamten Lebenszyklus einer Prozessanlage. Dabei werden zuerst verschiedene Aspekte und Sichtweisen des Digital Twins definiert und erläutert. Die Möglichkeiten und der Nutzen für die verschiedenen Phasen des Lebenszyklus werden ausführlich dargestellt. Als praktisches Anwendungsbeispiel dient ein Steam Cracker zur Ethylenherstellung, für den das Konzept in Form eines Demonstrators realisiert ist.

Ein in das Prozessleitsystem integrierter modellbasierter Prädiktivregler bietet hinsichtlich Verfügbarkeit, Benutzerfreundlichkeit, Wartung und Kosten dieselben Vorzüge wie ein konventioneller PID-Regler, hat aber das Potenzial zu deutlich höherer Regelgüte. Dies ermöglicht die Erschließung neuer Einsatzmöglichkeiten, bei denen ein separates full-blown MPC-Softwarepaket auf einem externen PC aus wirtschaftlichen Gründen nicht zu rechtfertigen ist. Der Beitrag fasst Aspekte zusammen, die bei der Auswahl von Einsatzmöglichkeiten für leitsystemintegrierte MPC-Lösungen relevant sind. Durch die Einbindung von MPC-Funktionen in wiederverwendbare Module auf der Ebene von Equipment Modules und auf der Ebene verfahrenstechnischer Units (Unit Templates) kann APC-Know-how einfach angewendet und der Engineering-Aufwand für MPC-Projekte reduziert werden.

Fur viele Anwender (Anlagenbetreiber, Anlagenbauer, EPCs, Systemintegratoren) ist es eine gute Nachricht, dass gehobene Regelungsfunktionen (APC = Advanced Process Control) in zunehmendem Umfang direkt innerhalb von Prozessleitsystemen angeboten werden, wie beispielsweise von Siemens mit der Simatic PCS 7 APC-Bibliothek bzw. Advanced Process Library. Angesichts der grosen Auswahl verschiedener APC-Funktionen stellt sich jetzt die Frage, welcher Ansatz fur welche Aufgabenstellung auszuwahlen ist, um die Performance der Anlage zu verbessern und den grostmoglichen Nutzen mit dem geringstmoglichen Aufwand zu erzielen. Der folgende Beitrag gibt zunachst einen Uberblick gangiger APC-Verfahren anhand der in Prozessleitsystemen verfugbaren Werkzeuge. Darauf aufsetzend wird im zweiten Teil eine typische Vorgehensweise zur Verbesserung der Prozessfuhrung [1.] mit Hilfe gehobener Regelungsverfahren skizziert und mit einem Fallbeispiel illustriert.