Estructura de control plantwide simplificada para Williams-Otto Plant: una optimización descentralizada coordinada con IBMF
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v9i9.6638Palabras clave:
Descentralización; Optimización coordinada; Control jerárquico; Sistemas en gran escala.Resumen
Los sistemas de control de plantas enteras, también conocidos como control plantwide, pueden tener cientos de variables y esto resulta em un complejo problema de optimización, que requiere técnicas efectivas para resolver problemas a gran escala. Este artículo investiga la aplicación de un enfoque descentralizado coordinado por el Método de Equilibrio de Interacción (IBMF) para la capa de optimización de los sistemas de control jerárquico. Esta capa se basa en la descomposición del problema matemático original en problemas más pequeños de optimización local. La capa de coordinación tiene la tarea de garantizar que las soluciones del problema de optimización local también cumplan las restricciones de los otros subsistemas. Esta técnica se aplica a la planta Williams-Otto con coordinación de IBMF. Los resultados son satisfactorios y presentan una solución razonable al problema de optimización, obteniendo el valor de la función objetivo alrededor del 95-105% del obtenido para el mismo problema cuando se resuelve mediante el enfoque centralizado. Hay una reducción de hasta un 30% en las alteraciones de las variables manipuladas en presencia de una perturbación en el proceso.
Citas
Bakalis, P. S., & Ellis, J. E. (1992). The application of large-scale systems optimization control algorithms. Applied mathematical modelling, 16(4), 201–207.
Chai, T., Qin, S. J., & Wang, H. (2014). Optimal operational control for complex industrial processes. Annual Reviews in Control, 38(1), 81–92. https://doi.org/https: //doi.org/10.1016/j.arcontrol.2014.03.005
Cohen, G. (1978). Optimization by Decomposition and Coordination: A Unified Approach. IEEE Trasactions on Automatic Control, (2), 222–232.
Ebrahiimpour, M., Matias, J. O. A., Graciano, J. E. A., Martínez, E. E., Peña, A. M. A., Rincon, F. D., & Leroux, G. A. (2014). Desenvolvimento de Protótipo de RTO. Anais da XX Congresso Brasileiro de Engenharia Química, 1–8. Florianópolis/ SC.
Findeisen, W., Bailey, F. N., Brdys, M., Malinowski, K., Tatjewski, P., & Wãsniak, A. (1980). Control and Coordination in Hierarchical Systems. Jonh Wiley & Sons.
Findeisen, W., Pulaczewski, J., & Manitius, A. (1970). Multilevel Optimization and Dynamic Coordination of Mass FLows in a Beet Sugar Plant. Automatica, 6, 581–589.
Himmelblau, D. M. (1966). Decomposition of large scale system. I. Systems composed of lumped parameter elements. Chemical Engineering Science, 21(5), 425–438.
Hori, E. S. (2005). Contribuição ao controle plantwide: controle indireto e coordenação de controladores descentralizados. Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), São Carlos.
Inalhan, G., Stipanović, D. M., & Tomlin, C. J. (2002). Decentralized optimization, with application to multiple aircraft coordination. Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control, 1, 1147–1155. https://doi.org/10.1109/cdc.2002.1184667
Jung, B. S., Miroshi, W., & Ray, W. H. (1971). Large Scale Process Optimization Techniques Applied to Chemical Petroleum Processes. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 844–852.
Kwong, W. H. (1992). Otimizaç{ão}de Plantas Industriais Complexas. Escola Politécnica da Universidade de S{ão}Paulo (USP).
Larsson, T., & Skogestad, S. (2000). Plantwide control- A review and a new design procedure. Modeling, Identification and Control, 21(4), 209–240.
Liu, C., Zhang, H., Xiao, G., & Sun, S. (2019). Integral reinforcement learning based decentralized optimal tracking control of unknown nonlinear large-scale interconnected systems with constrained-input. Neurocomputing, 323, 1–11.
Luyben, W. L. (2019). Simplified plantwide control structure for the diethyl oxalate process. Computers and Chemical Engineering, 126, 451–464.
Moraru, M. D., & Bildea, C. S. (2017). Design and plantwide control of n-butyl acrylate production process. Journal of Process Control, 58, 46–62. https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2017.08.008
Skogestad, S. (2004). Control structure design for complete chemical plants. Computers and Chemical Engineering, 28, 219–234.
Thakur, S. S., Ojasvi, Kumar, V., & Nitin, K. (2017). Continuous diisobutylene manufacturing: Conceptual process design and plantwide control. Computers and Chemical Engineering, 97(59–75).
Xie, S., Xie, Y., Ying, H., Jiang, Z., & Gui, W. (2019). Neurofuzzy-Based Plant-Wide Hierarchical Coordinating Optimization and Control: An Application to Zinc Hydrometallurgy Plant. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 67(3), 2207–2219.
Yang, Y.-C. E., Zhao, J., & Cai, X. (2012). Decentralized optimization method for water allocation management in the Yellow River Basin. Journal of Water Resources Planning and Management, 138(4), 313–325.
Zhao, L., Cai, W.-J., Ding, X., & Chang, W. (2013). Decentralized optimization for vapor compression refrigeration cycle. Applied thermal engineering, 51(1–2), 753–763.
Zhu, J., Hao, L., Bai, W., Zhang, B., Pan, B., & Wei, H. (2019). Design of plantwide control and safety analysis for diethyl oxalate production via regeneration-coupling circulation by dynamic simulation. Computers and Chemical Engineering.
Zotică, C., Nord, L. O., Kovács, J., & Skogestad, S. (2020). Optimal operation and control of heat to power cycles: A new perspective from a systematic plantwide control approach. Computers & Chemical Engineering, 141, 106995. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2020.106995
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2020 Anamaria de Oliveira Cardoso, Wu Hong Kwong
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores que publican en esta revista concuerdan con los siguientes términos:
1) Los autores mantienen los derechos de autor y conceden a la revista el derecho de primera publicación, con el trabajo simultáneamente licenciado bajo la Licencia Creative Commons Attribution que permite el compartir el trabajo con reconocimiento de la autoría y publicación inicial en esta revista.
2) Los autores tienen autorización para asumir contratos adicionales por separado, para distribución no exclusiva de la versión del trabajo publicada en esta revista (por ejemplo, publicar en repositorio institucional o como capítulo de libro), con reconocimiento de autoría y publicación inicial en esta revista.
3) Los autores tienen permiso y son estimulados a publicar y distribuir su trabajo en línea (por ejemplo, en repositorios institucionales o en su página personal) a cualquier punto antes o durante el proceso editorial, ya que esto puede generar cambios productivos, así como aumentar el impacto y la cita del trabajo publicado.
