Tislaimen virtuaalimallin toteutus kokeellisen identifioinnin avulla

Abstract

Diplomityön tavoitteena oli luoda malliratkaisu, miten tislaimen voi mallintaa virtuaalisesti käyttäen matemaattisia malleja. Mallien lähtökohtina olivat aiemmin toteutetun tislauksen mittaustulokset, joiden perusteella systeemi identifioitiin. Identifioinnin tuloksena saatiin tislaimesta järjestelmänä sen toimintaa ja dynamiikkaa sisältävät siirtofunktiot, jotka olivat pohjana varsinaisessa virtuaalimallissa.

Matlab:lla suunniteltujen eri matemaattisten mallien vertailujen pohjalta rakennettiin tislainta virtuaalisesti mallintava järjestelmä useita eri ohjelmistoja hyväksi käyttäen. Tavoitteena oli saada Matlab:ssa hyväksi havaittu malli Simitin käyttöön. Matlab:ssa suunniteltujen mallien parametrit välitettiin Simulink:n kautta Simit:iin käyttäen Shared Memory yhteyttä. Yhteyden avulla parametrit voidaan myös tarvittaessa päivittää aina ennen virtuaalisen tislauksen aloitusta. Siemens Simit:iin rakennettiin tislaimen toimintaa vastaavat simuloinnit, jotka käyttävät identifioinneista saatuja parametrejä tislaimen toiminnassa mittalaitteiden sekä lämpötilojen simulointiin.

Tislaimen ohjauksesta vastaa Siemensin Tia Portal. Tia Portalin avulla rakennettiin toiminnot, jotka ohjaavat tislaimen lämpötilaa sekä monitoroi lämpötilojen kehitystä. WinCC Runtime-ohjelmaan rakennettiin käyttöliittymänä, joka mahdollistaa tislauksen aloituksen ja lopetuksen, sekä lämpötilojen asetukset. PLCSIM Advanced toimii S7-1500 -sarjan logiikan simulointiohjelmana tässä virtuaalisessa järjestelmässä.

The aim of the master’s thesis was to create a model solution for modelling a distiller virtually using mathematical models. The starting points of the models were the measurement results of the already completed real life distillation, on the basis of which the system was identified. As a result of the identification, the transfer functions containing the operation and dynamics of the distiller as a system were obtained, which were the basis for the actual virtual model.

Based on the comparisons of different mathematical models designed in Matlab, a virtual modeling system of the distillery was built using several different software. The aim was to get a proven model in Matlab available to Simit. The parameters of the models designed in Matlab were transferred via Simulink to Simit using the Shared Memory coupling. With the help of the connection, the parameters can also be updated, if necessary, always before the start of the virtual distillation. Simulations corresponding to the distiller's operation were built into Siemens Simit, which use the parameters obtained from the identifications to simulate measuring devices and temperatures in the distiller's operation.

Siemens Tia Portal is responsible for controlling the distiller. With the help of Tia Portal, functions were built that control the temperature of the distiller and monitor the development of temperatures. A user interface was built into the WinCC Runtime program, which enables the start and stop of the distillation, as well as temperature settings. PLCSIM Advanced works as an S7-1500 series logic simulation program in this virtual system.