Malliprediktiivisen pääsäädön yhdistäminen höyryvoimalaitoksen automaatiojärjestelmään ja toiminnan verifiointi

Tämän työn tavoitteena oli liittää erään höyryvoimalaitoksen automaatiojärjestelmään uusi toiminto, malliprediktiiviseen säätöön perustuva optimaalisen nopea ja tehokas sähkötehon muutos. Malliprediktiivinen säätö on moderni säätömenetelmä, joka perustuu säädettävän prosessin tulevan käytöksen ennakoimiseen. Tyypiltään se on monimuuttujamenetelmä, joka käyttää ohjattavan prosessin dynaamista käyttäytymistä kuvaavaa matemaattista mallia optimaalisten ohjausten etsimiseen. Malliprediktiivisen säädön eräs merkittävä ominaisuus on luonteva mahdollisuus ottaa huomioon prosessin ja sen laitteiden erilaiset rajoitukset. Tavoitteena oli, että uudentyyppinen säädin pystyy aiempaa tehokkaampaan sähkötehon säätöön ja on sen lisäksi mahdollisimman turvallinen, varmatoiminen sekä riittävän helppokäyttöinen. Uusien automaatiojärjestelmien arkkitehtuuri mahdollistaa tällaisten kehittyneiden lisätoimintojen liittämisen kohtuullisin kustannuksin. Työssä kehitettiin ensin järjestelmälle sopiva toimintakonsepti, joka käsittää laitteistojen, ohjelmistojen sekä tiedonsiirron arkkitehtuurin. Tämän jälkeen säätöalgoritmia muokattiin tilanteeseen sopivaan muotoon ja automaatiojärjestelmään tehtiin tarvittavat uuden toiminnon liittämisen mahdollistavat muutokset. Viimeinen vaihe oli uuden säädön virittäminen ja testaus. Kehitetty säädin toimii omassa tietokoneessaan ja se on yhdistetty automaatiojärjestelmään OPC-tekniikalla. Automaatiojärjestelmään on rakennettu erityinen hallintapiiri, joka hallinnoi yhteyttä malliprediktiiviseen säätimeen ja tarkkailee säätimen toimintaa. Säädintä operoidaan automaatiojärjestelmään sijoitetun valvomonäytön avulla. Käynnistyessään malliprediktiivinen säädin ottaa tietyt automaatiojärjestelmän alatason säätöpiirit hallintaansa ja ohjaa prosessia niiden avulla. Automaatiojärjestelmän omat säädöt ovat koko ajan taustalla toimintavalmiina siltä varalta, että säätimen toiminta jonkin yllättävän vian tai häiriön johdosta estyy. Testausvaiheessa todettiin, että kehitetty säädin toimii hyvin muun automaatiojärjestelmän kanssa, eikä aiheuta mitään häiriötä muille järjestelmille. Uusi säädin todettiin varmatoimiseksi ja turvalliseksi. Sen säätötulos oli testatuissa tilanteissa odotetusti hyvä, ylittäen selvästi perinteisen automaation suorituskyvyn. Säätimen avulla voimalaitoksen tehoa voidaan muuttaa aiempaa nopeammin ja voimakkaammin. Uuden säätimen erikoisuutena on, että se osaa valmistautua tulevaisuudessa tapahtuvaksi tiedettyyn tehon nostoon jo ennakolta, mikä tietyissä tilanteissa parantaa laitoksen tehonmuutoskapasiteettia selvästi. Tätä ominaisuutta testattiin vain vähän, mutta tulokset olivat hyvin lupaavia