Fuzzykontrol- og ekspertsystemer til regulering af biogasreaktorer

Teknologisk Institut

Indenfor biogassektoren foregår styring og regulering af anlæg og proces stort set manuelt. En manuel kontrolstrategi er baseret på vurdering af aktuelle måledata, intuition, erfaring og tommelfingerregler. Denne form for regulering kan omsættes til et sæt af sproglige regler, som danner basis for fuzzy regulering, som er en mere automatiseret form for regulering.

Projektbeskrivelse

Projektets formål er, med baggrund i konklusionerne fra EFP-93 projektet:'Modellering og regulering af biogasprocessen', at udvikle et prototype system til automatisk regulering af biogasreaktorer, basered på fuzzykontrol og ekspertsystemteknik. Reguleringssystemet vil kombinere erfaringerne fra tidligere EFP projekter indenfor styring og regulering af biogasanlæg og modellering af biogasprocessen, med sprogligt formulerede operatørerfaringer fra eksisterende biogasfællesanlæg, til et anvendeligt værktøj til kontrol og regulering af biogasreaktorer. Den anvendte indgangsvinkel til udvikling af kontrolsystemet vil tage udgangspunkt i de eksisterende kontrolstrategier, som kan formuleres sprogligt og som procesoperatøren anvender i sin dagligdag, og kombinere disse med eksperimentelle erfaringer og modelbestemmelse af vigtige procesparametre. En manuel kontrolstrategi er baseret på vurdering af aktuelle måledata, intuition, erfaring, heuristiske beslutninger og tommelfingerregler. Denne form for kontrolstrategi kan omsættes til et sæt af sprogligt formulerede regler, som danner basis for udvikling for fuzzy-regulering og andre former for ekspertsystemer. Fuzzy kontrol er en af de reguleringsmetoder, der kan vise sig at være yderst anvendelig til regulering af biogasanlæg og andre anaerobe processer. Fuzzy kontrol systemer anvendes i dag i stor udstrækning til regulering af industrielle processer lige fra regulering af togtrafik til regulering af kemiske processer. Projektplan: 1) Litteraturopdatering af eksisterende viden. 2) Definering og udvikling af regelsæt for fuzzyregulering af biogasprocessen baseret på en kombination af eksisterende proceserfaringer og tommelfingerregler, der i praksis anvendes ved manuel regulering af biogasanlæg, eksperimentelle erfaringer fra tidligere EFP-projekter indenfor modellering og regulering af biogasprocessen. 3) Udvikling af delmodeller til bestemmelse af centrale ukendte procesparametre. 4) Opbygning af et prototype reguleringssystem baseret på fuzzy-reguleringsteknik. 5) Afprøvning af modellen v.h.a. EDB simulering og afprøvning/verifikation på eksisterende datasæt. 6) Eksperimentel afprøvning i laboratorieskala: Identifikation af fejltilstande i biogasprocessen; Optimereret indfødning af forskellige substrattyper. 7) Formidling af projektresultater

Resultater

Fuzzy regulering er yderst anvendelig på komplekse systemer , hvor det er en ekspert det står for den daglige drift, som biogas anlæg må karakteriseres. Teknologisk Institut har i samarbejde med Elsamprojekt, Niras, B og W Scandinavia Contractors og Filskov Energiselskab genemført et projekt indeholdende: En opdatering omkring eksisterende viden om fuzzy regulering af anaerobe processer; Udvikling af et regelsæt for fuzzy regulering af biogasprocessen; Udvikling af delmodeller til bestemmelse af central ukendte procesparametre; Opbygning af et prototype reguleringssystem; Afprøvning af modellen vha. EDB simulering og verifikation på data fra fuldskala biogasanlæg. Efter flere overvejelser og gennemførsel af en undersøgelse på biogasanlæg, blev reguleringsstrategien udviklet. Den indeholder tre trin, hvor op til to trin kan udelades hvis der ikke er nok data tilgængelig. De tre triner en 'forgiftningsregulator', en 'stabilitetsregultor' og en 'maksimeringsregulator'. Princippet er, at den laveste regulator (Maksimeringsregulator) kan fungere alene, med input om den forventede biogasproduktion fra råvarer, og hvor output er regulering af fødestrømmen. Hvis der er flere data tilgængelig på biogasanlægget, som f.eks. koncentrationen af fede flygtige syrer og methanindholdet i biogasssen bliver stabilitetsregulatoren aktiv, og i sidste ende forgiftningsregulatoren. Testen af prototypen er foretaget på data fra Filskov Biogasanlæg og ved at benytte data fra labortoriebiogasreaktorer. Det har vist sig at reguleringssystemet kvalitativt reagerer efter hensigten, og at konceptet formår at afspejle den komplekse probelmstilling på en overskuelig måde. Test af systemet giver gode forhåbninger om, at det kan anvendes i praksis, idet det er robust overfor såkaldete 'outliners', som er måleværdier der er enkeltstående peaks (f.eks. fejlmålinger, mekaniske uheld), og ikke et udtryk for en trend

Key figures

Periode:

1997 - 1999

Bevillingsår:

1997

Egen finansiering:

0,13 mio.

Støttebeløb:

1,09 mio.

Støtteprocent:

89 %

Projektbudget:

1,23 mio.

Kategori

Oprindelig title

Fuzzykontrol- og ekspertsystemer til automatisk regulering af biogasreaktorer

Program

EFP

Fælles overordnet teknologiområde

Bio og affald

Projekttype

Udvikling

Journalnummer

1383/97-0008

Deltagere

Teknologisk Institut (Main Responsible)

Partner og Økonomi

Partner	Tilskud	Eget bidrag
Energinet
Burmeister & Wain Scandinavian Contractor A/S
NIRAS A/S
Filskov Energiselskab

Kontakt

Kontakperson

Jungersen, Gert

Adresse

Teknologisk Institut. Center for Bioteknik
Postboks 141
DK-2630 Taastrup, Denmark
Hamann, Finn ; Projektleder: Jungersen, Gert (cand.scient.), 43504350, gert.jungersen@dti.dk
Øvr. Partnere: Elsamprojekt A/S; Burmeister og Wain Scandinavian Contractor A/S; NIRAS A/S; Filskov Energiskelskab