Fuzzy controllers in chemical industry's process units

Sumea säätö on otettu kemianteollisuudessa laajasti käyttöön, ja sitä on tutkittu ahkerasti sen jälkeen, kun ensimmäinen sumea säädin esiteltiin 1970-luvun alkupuolella. Aikaisempien tutkimusten mukaan sumea säätö on potentiaalinen vaihtoehto kohteisiin, joissa perinteinen PID-säädin ei ole riittävä. Sumeat säädöt toteutetaan pääosin ylemmän tason järjestelmässä, vaikka nykyaikaiset käyttöautomaatiojärjestelmät (DCS) mahdollistaisivat sumeiden säätimien toteutuksen DCS-tasolla. DCS:ään toteutetut sumeat säätimet ovat yksinkertaisempia käyttöönottaa ja voivat näin madaltaa kynnystä ottaa käyttöön kehittyneitä säätöjä. DCS-tason sumeat säätimet voivat tarjota mahdollisuuksia pienten säätökokonaisuuksien optimointiin kustannustehokkaasti. Tämä työ on tehty eräälle kemianteollisuuden laitokselle, jotta DCS-tason sumeita säätimiä saataisiin laitoksella laajemmalti käyttöön. Työn tavoitteena on virittää ja käyttöönottaa kaksi jo rakennettua sumeaa säädintä, joita ei ole saatu toimimaan stabiilisti sekä määrittää DCS-tason sumean säädön soveltuvuus kahteen eri ennalta määrättyyn kohteeseen ja suositella kohteisiin sopivaa säätöratkaisua. Valmiiksi rakennetut sumeat säätimet viritettiin kolmen kuukauden pituisen koeajon aikana ”yritys ja erehdys” -periaatteella. DCS:ään rakennettujen sumeiden säätimien soveltuvuutta kahteen ennalta määrättyyn kohteeseen arvioitiin simulaatioiden ja prosessin asiantuntijoiden kanssa käytyjen keskustelujen avulla. Jo rakennetut sumeat säätimet käyttöönotettiin onnistuneesti. Operaattoreiden palaute sumeista säätimistä on ollut positiivista, mikä osoittaa DCS:ään toteutetun sumean säädön potentiaalisuuden pienten säätökokonaisuuksien optimoinnissa. Myös selvityksen tulokset sumean säädön soveltuvuudesta osoittavat, että sumea säätö kykenee tietyissä kohteissa parempaan säätöön kuin perinteiset säätömenetelmät. Työssä käy kuitenkin ilmi, että edes DCS-tason sumeaa säädintä ei ole välttämättä kannattavaa rakentaa kohteeseen, jossa perinteiset säätömenetelmät tuottavat lähes yhtä hyvän tuloksen.Fuzzy control is a well-established control method in process industry and it has been studied extensively after the first fuzzy controller was proposed in the early 1970s. Studies show that fuzzy control is a good option for applications where conventional PID control is not sufficient. Fuzzy controllers are mainly implemented in advanced control systems even though modern lower level distributed control systems (DCS) do allow implementation on DCS level. Implementation on DCS level is simpler and could make it easier to adopt advanced process control methods. Fuzzy control on DCS level could offer cost-effective solutions for small control problems. This thesis is done for a process industry plant to adopt DCS level fuzzy controllers more widely. The first objective of this thesis is to tune two already built inoperative fuzzy controllers and to take these into use. The second objective is to determine the applicability of DCS level fuzzy control to two different predefined control problems and give a recommendation for a control solution to these problems. The tuning was done during a three-month-long testing period using a trial and error method. The applicability of DCS level fuzzy control to two predefined control problems was determined by comparative simulations and consultation with process experts. The already built inoperative DCS level fuzzy controllers were tuned and taken into use successfully. The operators’ feedback of the fuzzy controllers has been positive which proves the potential of DCS level fuzzy controllers for optimizing small control systems. It was shown that the DCS level fuzzy control is a feasible solution for the predefined control problems, but the simulations indicate that tuning the fuzzy controller is time-consuming. When conventional control methods provide sufficient performance, it might not be reasonable to implement a fuzzy controller, even on a DCS level