Bachelorprosjektet er ferdig

Bacheloroppgaven leveres i dag og vi kan si oss godt fornøyde med prosjektet.

Vi kommet frem til en strategi som nå gjør det mulig å kjøre prosessen i automatisk modus, dette kan sees av trenden fra prosessen som er vist under (tag-oversikt er vist under trenden). Det er den grå linjen (effekt i rejektraffinør) som oppgaven har gått ut på få mest mulig stabil.

Trend fra prosessen ved prosjektslutt, 8 timers-trend.  (Aspen Technology,2000)

Tag-oversikt til trenden som vises ovenfor. (Aspen Technology, 2000)

 

Nå gjenstår bare forberedelsene til EXPO som finner sted 15. og 16.juni ved Høgskolen i Østfold, avd. Fredrikstad.

 

 

Modellen i simulink

En liten oppdatering fra prosjektet:

Modellen i simulink (Matlab) var klar til bruk den 30.april, kun to dager etter skjema.

Dermed ble første planlagte simulering kjørt 04.mai hvor tregere regulering (økt integraltid) av nivået i rejektkum 3 stod på agendaen. Dette mtp. å «flytte» nivåsvingningene fra rejektkum 2A/2B over til rejektkum 3 ettersom rejektkum 3 har større tankvolum. Simuleringen viste ingen særlig forbedring av svingninger og ble derfor ikke testet praktisk i prosessen.

Neste simulering var en foroverkobling fra injektstrømmen til primærsileriet og frem til nivåregulatoren i rejektkum 2A/2B (som gir pådrag til doseringsskruen som styrer massestrømmen ut av rejektkummen). Denne simuleringen var et ønske fra oppdragsgiver. Simuleringen gav positive resultater og ble derfor implementert i prosessen torsdag 11.mai. Foreløpig ser det ut til at foroverkoblingen fungerer som den skal, men det er rom for justering og optimalisering av denne.

Modell i Matlab simulink
(Matlab, 2016, versjon R2016a [Programvare], https://www.mathworks.com/products/matlab.html)

 

Test nr.3 er startet

Evaluering av test 2: 
Etter to dager ser vi at systemet ikke oppfører seg som ønsket. Det har vært perioder hvor operatørene igjen måtte styre systemet i manuelt. I tillegg har endringen medført at nivåreguleringen (når den har klart seg i auto) har blitt mer nøyaktig, med dette på bekostning av større effektsvingninger i rejektraffinøren.

Test 3:
Test nr. 3 ble startet i går. Denne testen baserer seg på justeringer av rene prosessparametre, altså ingen endringer av reguleringssløyfene. Når vi gravde dypt nok etter test 1, viste det seg av spevannsystemet tilknyttet rejektbehandlingens konsistensreguleringer var i metning. Det betyr at spevannsystemet ikke klarte å levere det ønskede trykket. Derfor ønsket vi å enten senke produksjonen slik at vannforbruket ble lavere, eller justere ned trykket på spevannsystemet slik at trykkreguleringsventilen som stod i 100 % ventilåpning skulle komme inn i et reguleringsområde (altså strupe ventilåpningen). Sistnevnte alternativ ble valgt fordi det av økonomiske årsaker er lite ønskelig å senke produksjonen. I tillegg til dette oppdaget vi at utspedningsventilene før sekundærsilene i primærsileriet også lå med 100 % ventilåpning når prosessen ble belastet med en viss produksjonsmengde. Det var disse ventilene som vekket vår interesse i utgangspunktet. Når operatørene reduserte totalproduksjonen til under denne grensen begynte disse ventilene å strupe ganske mye. Dette resulterte deretter i at trykket på spevannsystemet økte, noe som igjen påvirket alle de andre spevannsforbrukerne på nettet.

Ting ser mer lovende ut nå: Trendene fra kvelden i går og natten viser stabil effekt på rejektraffinøren og god regulering på nivået i rejektummen. I tillegg har det blitt gjort relativt store endringer i produksjonen (forstyrrelser) som prosessen har taklet fint. Hvorvidt dette skyldes endringene som er gjort i test 3, eller om dette er tilfeldigheter er foreløpig for tidlig å si noe om.

I løpet av dagen har vi fått operatørene til å pushe grensene (øker produksjonen) til systemet for å se hvordan det responderer, dette takler systemet godt selv om spevannsystemet igjen går i «metning» (som forventet). Det oppstår litt problemer når prosessen kjøres ned igjen i det øyeblikket spevannsystem-trykket blir høyt nok til at det oppnås regulering av dette, noe vi mener støtter vår teori. Det blir besluttet å sette tilbake prosessparametre til slik det var før test 3, og se om svingningene kommer tilbake i løpet av helgen. Det blir spennende å se hvordan dette har gått på mandag!

 

Test nr.2

Neste test er i gang! I test 2 gjeninnføres integralvirkningen i regulatoren, slik at vi igjen har en PI-regulator. Vi har forsøkt å beregne dempingsfaktoren slik at vi oppnår kritisk demping i nivåreguleringen av samme tank som vi arbeidet med ved forrige forsøk. Dette er ingen eksakt vitenskap siden det var/er meget vanskelig å beregne prosessforsterkningen i denne tanken. Den er såpass «koblet» at en endring i pådraget ikke gir et rent sprang i nivået. Med dette menes at nivået justerer seg inn etter det nye pådraget eller referansen (settpunktet), slik at man kan beregne nivåendring per pådragsendring.
Problemet vårt var at en endring i ønsket nivå (eller ren pådragsendring) også ble etterfulgt av ting som endringer i tilført vannmengde i konsentrasjonsreguleringer, tilbakestrømning fra rejektsileriet, spevannstilførsler, endret dampproduksjon i raffinøren, etc. Det var altså meget vanskelig å se hvilken effekt pådraget hadde på nivået alene. Prosessforsterkningen ble derfor beregnet etter beste evne vha. flere gunstige pådragsendringer funnet i Aspentech (trendprogram).

 

Evaluering av den første testen

Første test er nå ferdig og evaluert. Kort oppsummert så er operatørene veldig fornøyd med endringen, siden de ikke lenger trenger å justere manuelt. Nivåreguleringen som vi justerte har gått i automatisk modus i store deler av testperioden. Dette viser en god sammenheng mellom teorien og argumentet for testen i utgangspunktet. Figuren under viser et typisk utdrag fra denne testperioden hvor man ser at reguleringen er ganske stabil. Man ser også tydelig det statiske avviket mellom faktisk nivå i tanken (rosa linje) og settpunktet for nivået i tanken (rosa stiplet linje).

Prosesstrend

Typisk reguleringsytelse under P-regulering av nivået i rejektkum 2A/2B. (Aspen Technology (2000) Aspen Process Explorer (Versjon 6.0.1) [Programvare])

 I neste trend vises det at det et av tilfellene hvor det oppstod svingninger i nivå og effekt under denne testen. Imidlertid er ikke systemet ustabilt siden svingningene ikke er voksende i styrke. Sammenlignet med trendplottet som ble presentert under innlegget «Startskuddet» ser man at effekten på rejektraffinøren er mer stabilt under denne testen enn hva som var tilfellet før prosjektet startet. Den siste trenden nedenfor viser også trykkreguleringen av spevannsnettet som leverer vann til konsentrasjonsreguleringer og utvanningsventiler i rejektbehandlingen. Der virker det å være en sammenheng mellom nivå- og effekt svingninger, og svingninger i trykket i spevannsnettet. Altså tyder dette på at spevannsnettet er en mulig kilde eller bidragsyter til ustabiliteten som inntreffer i rejektkum 2A/2B og rejektraffinøren. I denne trenden er den røde linjen ventilåpningen til ventilen som regulerer trykket i spevannsnettet. Begge trendene under er fra samme tidsperiode.

Prosesstrend - svingninger

Svingninger i nivå og effekt som oppstod under P-regulering av nivået i rejektkum-2A/2B. (Aspen Technology (2000) Aspen Process Explorer (Versjon 6.0.1) [Programvare])

Prosesstrend - svingninger

Mulig kilde eller bidragsgiver til svingninger når nivået i rejektkum 2A/2B styres av P-regulering. (Aspen Technology (2000) Aspen Process Explorer (Versjon 6.0.1) [Programvare])

Oppdragsgiver er enig i at det er en forbedring som følge av denne testen, men mener at vi ikke er i mål med denne endringen alene. Det er fortsatt noe svingninger på rejektraffinørens effekt, dette må vi fortsette å jobbe med for å få redusert til et minimum. I tillegg er det den åpenbare svakheten i at man får statiske avvik mellom stabilisert nivå og ønsket nivå med P-regulatoren. Derfor må integralvirkningen reintroduseres, men dette må gjøres slik at vi oppnår stabilitet samt løser den faktiske problemstillingen. Utover dette har evalueringen av test 1 har også satt oss på sporet av at noe av problemet kan stamme fra  spevannsystemet (vist i figurer ovenfor). Dette er noe vi kommer til å undersøke videre.

 

Første praktiske test i prosessen

Første test er i gang! I påvente av den dynamiske modellen for prosessen som er under arbeid valgte vi å teste en endring i nivåreguleringen av tanken oppstrøms rejektraffinøren. Rejektraffinøren er prosessenheten vi skal stabilisere, hovedsakelig. Vi har nå gjort om denne nivåregulatoren fra en PI- regulator til en P-regulator. Det vil si at nivået reguleres proporsjonalt med måleavviket, altså er utgangen fra regulatoren lik måleavviket ganget en forsterkning.

Argumentet for denne testen er at I-leddet svekker stabilitetsegenskapene for prosessen. Hovedprosjektet baserer seg på at reguleringen av denne tanken er ustabil i utgangspunktet. I tillegg til at vi vet at det er tidsforsinkelser, og andre avhengigheter i form av tanker senere i prosessen som også er satt opp med PI-regulatorer. Altså fjerner vi integralleddet for å se om stabiliteten bedres tilstrekkelig, enkelt sagt.

En ulempe er at en slik type regulering vil medføre statiske avvik, som betyr at nivået i tanken vil avvike fra verdien operatøren ønsker, settpunktet. Altså kan regulatoren innstilles til et bestemt nivå i tanken, men endres settpunkt eller prosessforstyrrelser (andre prosessstrømmer inn/ut av tanken som ikke reguleres av nivåregulatoren) vil det oppstå avvik mellom der regulatoren er fornøyd med nivået (slutter å endre pådraget) og settpunktet i nivå som operatøren faktisk ønsker.

Neste test skal forhåpentligvis gjøres før påske. Følg med for videre oppdateringer!

 

Startskuddet

I går, 15.mars, startet vi offisielt vårt arbeid med bacheloroppgaven og hadde vår første arbeidsdag hos oppdragsgiver: Norske Skog Saugbrugs.

Tiden fremover kommer til å bli lærerik og vi gleder oss til å sette oss inn i oppgaven og få brukt tilegnet kunnskap fra studiet til å løse et praktisk problem.

Nedenfor vises et trendplot som reflekter problemstillingen for dette prosjektet. I denne trenden vises nivået av rejektkum-2A/2B av den rosa linjen, og effekten på rejektraffinøren representeres av den grå linjen. Som det fremkommer av trenden er nivået i rejektkummen og effekten på rejektraffinøren «godt koblet». Årsaken til dette er at doseringsskruen (lilla linje) er pådragsorganet til reguleringen av rejektkummen, samtidig som at den mater rejektmasse til raffinøren. Den sorte linjen i trenden representerer produksjonen av tremasse. I bunnen av bildet vises en tag-oversikt som beskriver de forskjellige trendene i plottet.

Problemstillingen i dette prosjektet er å stabilisere effekten på rejektraffinøren (grå linje i figuren nedenfor).

Prosesstrend - ustabilitet

Bildet viser et eksempel på hvordan nivå og effekt for henholdsvis rejektkum 2A/2B og rejektraffinøren typisk ble ustabilt når automatisk nivåregulering av rejektkum 2A/2B. (Aspen Technology (2000) Aspen Process Explorer (Versjon 6.0.1) [Programvare])

Rejektraffinør