Zu den typischen verfahrenstechnischen Apparaten und Maschinen gehören Pumpe und Verdichter, Wärmetauscher, Rektifikationskolonne und chemischer Reaktor. Die Aufgabe der Regelung ist es, die gewünschten Zielwerte (z. B. Temperatursollwert) einzuhalten und die Wirkung eventueller Störungen (wie Laständerung) zu kompensieren. Regelungstechniker:innen approximieren die Prozesse oft mit einigen einfachen Modellen und entwerfen z. B. PID-Regelungen.
Im Kurs werden praktische Methoden ohne höhere Mathematik zur Modellbildung und zum Regelungsentwurf vermittelt. Die zu regelnden Prozesse weisen ähnliche Verhalten auf, wie die meisten verfahrenstechnische Anlagen: aperiodische Prozesse mit und ohne Ausgleich, sowie mit oder ohne Totzeit.
Dieses Grundlagenseminar wird mit dem Online-Seminar Anlagenautomatisierung – Automatisierung verfahrenstechnischer Prozesse ergänzt. Hier werden die Regelungstrukturen für typische verfahrenstechnische Apparate, wie Pumpe, Verdichter, Wärmetauscher, Rektifikationskolonne und chemischer Reaktor, gezeigt. Für einen chemischen Batch-Reaktor wird eine Ablaufsteuerung entwickelt.
Verfahrenstechniker:innen, Chemieingenieur:innen, Chemiker:innen, Maschinenbauer:innen, Projektleitende der Prozessindustrie, Projektingenieur:innen, MSR-Techniker:innen und MSR-Spezialist:innen
Die Kursteilnehmenden werden nach dem Seminar in der Lage sein, Regelungsziele für typische verfahrenstechnische Prozesse zu definieren. Sie können anhand von gezielten Versuchen (Messungen im stationären Zustand, Auswertung von Sprungantworten) Modelltypen und Kennwerte ermitteln und die geeigneten Reglertypen (P, I, PI, PID) sowie Reglerparameter bestimmen. Sie verstehen, wie durch Modifizieren des klassischen PI(D)-Reglers Stellgrößen begrenzen, den Sollwert verfolgen und Störungen unterdrücken kann. Des Weiteren werden Sie in der Lage sein, einschleifige Regelkreise zu erweitern, um Störungen effektiver zu unterdrücken, Regelgrößen abhängig voneinander, z. B. im Verhältnis, zu regeln sowie das Stellsignal über mehrere Stellgeräte (split-range) zu steuern. Sie lernen Regelungen anhand Annäherungsmodelle der Prozesse mit einer freiverfügbaren Software zu simulieren.
Nach den Grundbegriffen der Regelungstechnik (Blockschaltbild, Führungs- und Störverhalten) werden die einschleifigen Regelungen erweitert (Störgrößenaufschaltung, Kaskadenregelung, Verhältnisregelung, Begrenzungsregelung, usw.), um z. B. Störungen effektiver zu kompensieren. Die Teilnehmenden erfahren, wie Strukturen in Rohrleitungs- und Instrumentierungsfließbildern darstellbar sind. Typische verfahrenstechnische Prozesse, wie z.B. Wärmeübertrager, chemischer Reaktor werden mit deren (Näherungs-)Modellen vorgestellt. Diese Prozesse werden mit Kennwerten (Proportionalbeiwert, Zeitkonstante und Totzeit) charakterisiert. In Kenntnis dieser Werte werden PID-Regler entworfen und deren Parameter mit Faustformeln optimal eingestellt. Auch Einstellverfahren ohne Kenntnis des Prozessmodells werden vorgestellt. Die klassische PID-Regelung wird erweitert, um den unterschiedlichen Anforderungen an Führungs- und Störverhalten gerecht zu werden. Regelungsentwürfe und Regelungssimulationen für weitere, in der Praxis vorkommende Fälle, wie Dämpfung der Durchflussschwankungen mithilfe von Pufferbehältern und Prozesse mit großen Totzeiten runden das Themenspektrum ab. Simulationen, Methodenvergleiche, Fallbeispiele und Realisierungen in einem Prozessleitsystem illustrieren die vorgestellten Verfahren.
Die verschiedenen Methoden (Modellbildung und Regelung) werden teils an demselben verfahrenstechnischen Prozess (Heißluftgenerator) angewendet und verglichen. Dieses Gerät lag im Prozessleittechnik-Labor an der TH Köln, und wir werden die experimentelle Modellbildung anhand reeller Messwerte durchführen. Wir werden verschiedene Regelungsalgorithmen zusammen mit den Teilnehmern auslegen und simulieren. Für den Vergleich liegen die Ergebnisse der Echtzeitregelungen mit dem Heißluftgenerator aus dem Labor vor.
Themen
Vortrag, Rechen- und Simulationsübung, Diskussion, Seminarunterlagen.
Die Schritte der experimentellen Modellbildung und des Regelungsentwurfs werden auch mit Ablaufcharts dargestellt. Die Unterschiede der verschiedenen Methoden werden auch anhand Anwendungsbeispiele erklärt.
Prozessanregungen und Regelungen werden mit dem frei erhältlichen Programmpaket Scilab/Xcos simuliert (https://www.scilab.org/download/scilab-2024.1.0). Die Teilnehmenden erhalten Programmcodes und können das Programm schon während des Seminars anwenden, sofern das Programm im Voraus installiert wurde.
Regelungen werden nach klaren Rezepten und Faust-Regeln geplant und simuliert. Im Gegensatz zu den Hochschulbüchern kann man diese Methoden auch ohne höhere Mathematik (d.h. ohne Laplace-Transformation, Frequenzmethoden, Bode-Diagramm, Nyquist-Kriterium) verstehen.
Dieses Grundlagenseminar wird mit dem Online-Seminar Anlagenautomatisierung – Automatisierung verfahrenstechnischer Prozesse ergänzt. Hier werden die Regelungstrukturen für typische verfahrenstechnische Apparate, wie Pumpe, Verdichter, Wärmetauscher, Rektifikationskolonne und chemischer Reaktor, gezeigt. Für einen chemischen Batch-Reaktor wird eine Ablaufsteuerung entwickelt.
Prof. Dr.-Ing. Robert Haber
Regelungs- und Prozessleittechnik, Prozessdatenanalyse
Institut für Anlagen- und Verfahrenstechnik, Technische Hochschule Köln
Mitglied der Arbeitsgruppe „Prozessführung und gehobene Regelungsverfahren“ des VDI/VDE-GMA-Fachausschusses 2.19 „Engineering und Betrieb von Automatisierungssystemen“.
Autor des Kapitels „Steuern und Regeln von chemischen Reaktoren" in „Handbuch Chemische Reaktoren" (Springer, 2021) und Koautor des Buches "Predictive Control in Process Engineering: From the Basics to the Applications" (Wiley, 2011).
inkl. digitale Kursunterlagen und Teilnahmezertifikat
| 1.100,- € | |
| 1.085,- € | persönliche DECHEMA-Mitglieder |
Rabatte für Studierende/Doktoranden: auf Anfrage
(abhängig von Verfügbarkeit, Studierendenausweis als Nachweis erforderlich)
Vielbucher-Rabatte: auf Anfrage
(bei gleichzeitiger Anmeldung von mehr als fünf Teilnehmenden aus demselben Unternehmen)
