Department of Instrumentation and Control Engineering

Centrum aplikované kybernetiky 3

Období řešení projektu: 2012-2019
Kód projektu CEP: TE01020197 - Technologická agentura České republiky
Link na CEP: https://www.isvavai.cz/cep?s=jednoduche-vyhledavani&ss=detail&n=0&h=TE01020197

Projektový tým ústavu:
T. Vyhlídal, P. Zítek, J. Fišer, G. Simeunovič, J. Bušek, D. Pilbauer, P. Skopec, A. Peichl
Popis projektu:

Centrum kompetence CAK 3 (http://cak.ciirc.cvut.cz/), které koordinoval prof. Ing. Vladimír Kučera, DrSc., dr. h. c. bylo zaměřeno na následující oblasti výzkumu a vývoje, formulované Cíli:

  1. Modelování a řízení výroby, distribuce a konverze elektrické energie
  2. Inteligentní interakce člověk-stroj
  3. Strojové vnímání a analýza obrazů v průmyslových aplikacích4
  4. Optimalizační nástroje pro průmyslovou informatiku.

Projektový tým ústavu participoval na řešení Cíle 4, kde vedl pracovní balíčky 11 a 22, v rámci kterých byla vyvinuta knihovna softwarových modulárních aplikací složená z modulů pro výpočetní a optimalizační operace vyšších vrstev řídicích systémů v oblastech hutního průmyslu a modulární softwarová platforma pro podporu v optimalizaci, monitorovánı́ a řı́zenı́ průmyslových procesů. Aplikovaný výzkum a vývoj v oblasti hutního průmyslu (viz ukázka na obr. 1) byl založen na spolupráci s firmou PT Solutions Worldwide spol. s r.o., zastoupenou panem Ing. Janem Knoblochem. Platforma implementovaná firmou PTSW s.r.o. integruje knihovnu softwarových modulů, softwarové aplikace a nástroje pro optimalizaci výrobních procesů ocelárenského a hutního průmyslu v oblastech

  1. Automatického řízení válcovacích procesů (válcovací tratě za tepla a za studena)
  2. Monitorování a řízení energeticky náročných procesů (průběžné ohřívací pece, proces kontilití, pece pro tavbu oceli)
  3. Chlazení ocelových plechů a pásů

Konkrétními výsledky v uvedených oblastech jsou zejména regulace s vnitřním modelem pro kompenzaci dopravního zpoždění a excentricity válců v procesu válcování s implementací v PLC, včetně Hardware-In-the-Loop (HIL) simulace hydropohonu válcovací stolice, predikce a optimalizace silových a momentových korekčních faktorů pomocí polynomiálních neuronových jednotek, řízení a monitorování průběžné ohřívací pece, určené do druhé úrovně řízení (L2), dále estimace teploty v procesu kontilití založená na redukovaném 3D modelu (obr. 2) metodou konečných objemů s implementací v C++, a algoritmus odhadu délky vývalku za studena. Firma PTSW s.r.o. již úspěšně nasadila vyvinuté softwarové moduly a aplikace u zahraničních zákazníků v Indii, Pákistánu či Francii.

Výsledky:

Software – hlavní výsledky

  • Vyhlídal, T.; Knobloch, J.; Bušek, J.; Skopec, P.; Simeunovič, G.; Fišer, J.: Modulární softwarová platforma pro monitorování, řízení a optimalizaci distribuovaných výrobních procesů. [Software] 2019.
  • Vyhlídal, T.; Simeunovič, G.; Fišer, J.; Bušek, J.; Pilbauer, D.; Skopec, P.; Zítek, P.; Knobloch, J. et al.: Knihovna softwarových modulů pro monitorování a řízení průmyslových procesů. [Software] 201

Publikace – výběr

  • Zítek, P.; Fišer, J.; Vyhlídal, T.: Dynamic similarity approach to control system design: delayed PID control loop
    International Journal of Control. 2019, 92(2), 329-338.
  • Fišer, J.; Zítek, P.; Skopec, P.; Knobloch, J.; Vyhlídal, T.: Dominant root locus in state estimator design for material flow processes: A case study of hot strip rolling. ISA Transactions. 2017, 68 381-401.
  • Zítek, P.; Fišer, J.; Vyhlídal, T.: Dimensional analysis approach to dominant three-pole placement in delayed PID control loops, Journal of Process Control. 2013, 23(8), 1063-1074.

Jeřábový anti-sway systém pro manipulaci s hutním materiálem s aplikací původní návrhové metody tvarování trajektorie. Původní metodika kombinuje robustní tvarovač signálu s pre-filtrujícími technikami, které zajišťují respektování omezení na rychlost, zrychlení a jerk pohonné jednotky. Dané řešení s pokročilými funkcionalitami vyniká svou návrhovou jednoduchostí, která výrazně snižuje implementační náklady realizace systému řízení.
3D znázornění tepelného pole bramy v několika řezech
Aplikací repetitivního kompenzátoru se zpožděním byl navržen a implementován systém řízení s kompenzací excentricity válců. V případě, kdy excentricita válců není kompenzována, způsobuje nežádoucí zvlnění tloušťky válcovaného plechu. Funkcionalita kompenzace excentricity byla aplikována původním způsobem do struktury robustního regulátoru s vnitřním modelem, který zároveň kompenzuje dopravní zpoždění vznikající mezi pracovním bodem válcovací stolice a senzorem tloušťky plechu.
Sada modulů pro řízení a monitorování průběžné ohřívací pece s využitím redukovaného numerického modelu pece a koncepce prediktivního řízení. Vedení tepla, sálání a proud spalin popisují parciální diferenciální rovnice a pro jejich řešení na počítači je třeba prostor pece a vsázku jemně prostorově diskretizovat. Každý diskrétní element má pak svou teplotu. Všechny tyto teploty pak tvoří celkový stav. K numerickému řešení na definované prostorové diskretizaci je použita Metoda konečných a objemů (FVM) a Metoda konečných diferencí (FDM).