DE102020000464A1 - Method for modeling and operating a process engineering device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modellieren und Betreiben einer verfahrenstechnischen Vorrichtung, wobei in Abhängigkeit von theoretischen und/oder empirischen Hintergrunddaten ein computerimplementiertes Modell der verfahrenstechnischen Vorrichtung erzeugt wird (200), mittels welchem eine stationäre und/oder dynamische Simulation der verfahrenstechnischen Vorrichtung durchführbar ist, wobei im Zuge einer Auslegungsphase (210) unter Verwendung des Modells eine Auslegung der technischen Vorrichtung durchgeführt wird und wobei im Zuge einer Betriebsphase (220) die verfahrenstechnische Vorrichtung unter Verwendung des Modells betrieben wird. The present invention relates to a method for modeling and operating a procedural device, with a computer-implemented model of the procedural device being generated (200) as a function of theoretical and / or empirical background data, by means of which a stationary and / or dynamic simulation of the procedural device can be carried out wherein, in the course of a design phase (210) using the model, a design of the technical device is carried out, and in the course of an operating phase (220) the procedural device is operated using the model.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modellieren und Betreiben einer verfahrenstechnischen Vorrichtung.The invention relates to a method for modeling and operating a process engineering device.
Stand der TechnikState of the art
Als verfahrenstechnische Vorrichtung werden Apparate oder Anlagen zur Durchführung von Stoffänderungen und/oder Stoffumsetzungen mit Hilfe zweckgerichteter physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer und/oder nuklearer Wirkungsabläufe verstanden. Beispielsweise kann es sich bei verfahrenstechnischen Vorrichtungen um eine verfahrenstechnische Anlage wie eine Luftzerlegungsanlage oder allgemein eine Anlage zur Trennung von Stoffgemischen aufgrund physikalischer Eigenschaften handeln oder auch um Komponenten, die in einer derartigen Anlage verwendet werden, beispielsweise Wärmetauscher, Kolonnen, Behälter zur Phasentrennung usw.Process engineering devices are understood to mean apparatus or systems for carrying out changes in substances and / or conversions of substances with the aid of purposeful physical and / or chemical and / or biological and / or nuclear activity processes. For example, process engineering devices can be a process engineering plant such as an air separation plant or, in general, a plant for separating mixtures of substances based on physical properties, or also components that are used in such a plant, for example heat exchangers, columns, containers for phase separation, etc.
Im Zuge einer Auslegungsphase kann eine derartige verfahrenstechnische Vorrichtung zunächst ausgelegt werden, bevor die Vorrichtung gemäß der entsprechenden gewählten Auslegung an einem entsprechenden Standort konstruiert bzw. errichtet und letztendlich in Betrieb genommen wird. Im Zuge dieser Auslegung können Auslegungsparameter der Vorrichtung gewählt werden, beispielsweise die Art und Dimensionen einzelner Elemente und Komponenten der verfahrenstechnischen Vorrichtung oder der spezifische Typ verschiedener Komponenten. Ferner kann im Zuge der Auslegungsphase eine Produktionsplanung durchgeführt werden, im Zuge derer ein Anlagenfahrplan erstellt wird, gemäß welchem die verfahrenstechnische Vorrichtung letztendlich betrieben wird. In diesem Anlagenfahrplan können Prozessparameter wie beispielsweise Eduktbedarf, Produktionsmengen usw. vorgegeben werden.In the course of a design phase, a process engineering device of this type can first be designed before the device is designed or set up in accordance with the corresponding selected design at a corresponding location and is finally put into operation. In the course of this design, design parameters of the device can be selected, for example the type and dimensions of individual elements and components of the process engineering device or the specific type of various components. Furthermore, in the course of the design phase, production planning can be carried out, in the course of which a plant timetable is created, according to which the process engineering device is ultimately operated. Process parameters such as educt requirements, production quantities, etc. can be specified in this plant schedule.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Modellieren und Betreiben einer verfahrenstechnischen Vorrichtung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for modeling and operating a process engineering device as well as a computing unit and a computer program for its implementation are proposed with the features of the independent claims. Advantageous configurations are the subject of the subclaims and the description below.
In Abhängigkeit von theoretischen und/oder empirischen Hintergrunddaten wird ein computerimplementiertes Modell der verfahrenstechnischen Vorrichtung erzeugt, mittels welchem eine stationäre und/oder dynamische Simulation der verfahrenstechnischen Vorrichtung durchführbar ist. Im Zuge einer Auslegungsphase wird in Abhängigkeit von dem Modell eine Auslegung der technischen Vorrichtung durchgeführt. Im Zuge einer Betriebsphase wird die verfahrenstechnische Vorrichtung unter Verwendung des Modells betrieben, besonders zweckmäßig mit der Unterstützung von durch das Modell erzeugten Informationen und/oder Daten, die üblicherweise nicht im Prozessleitsystem verfügbar sind.Depending on theoretical and / or empirical background data, a computer-implemented model of the process engineering device is generated, by means of which a stationary and / or dynamic simulation of the process engineering device can be carried out. In the course of a design phase, the technical device is designed depending on the model. In the course of an operating phase, the process engineering device is operated using the model, particularly expediently with the support of information and / or data generated by the model that are usually not available in the process control system.
Als Auslegungsphase sei in diesem Zusammenhang insbesondere eine Planungs- bzw. Anlagenbauphase zu verstehen, während welcher die verfahrenstechnische Vorrichtung von Grund auf geplant, dimensioniert, konstruiert bzw. errichtet und letztendlich an einem entsprechenden Standort in Betrieb genommen wird. Als Betriebsphase sei insbesondere der Zeitraum zu verstehen, während welchem die verfahrenstechnische Vorrichtung aktiv betrieben wird. Die Auslegungsphase und die Betriebsphase charakterisieren in diesem Zusammenhang den kompletten Lebenszyklus der verfahrenstechnischen Vorrichtung, insbesondere den Zeitraum von der ersten theoretischen Planung bis hin zum endgültigen Abschalten nach typischerweise bis zu mehreren Jahrzehnten.In this context, the design phase is to be understood in particular as a planning or plant construction phase, during which the process engineering device is planned, dimensioned, constructed or erected from the ground up and finally put into operation at a corresponding location. The operating phase is to be understood in particular as the period of time during which the process engineering device is actively operated. In this context, the design phase and the operating phase characterize the entire life cycle of the process engineering device, in particular the period from the first theoretical planning to the final shutdown after typically up to several decades.
Im Zuge der Auslegungsphase wird das Modell zweckmäßigerweise verwendet, um eine Auslegung der verfahrenstechnischen Vorrichtung durchzuführen und um dabei insbesondere Auslegungsparameter zu bestimmen, wie etwa die Art und Dimension einzelner Komponenten oder den spezifischen Typ einzelner Komponenten. Ferner wird das Modell im Zuge der Auslegungsphase insbesondere verwendet, um eine Produktionsplanung durchzuführen und um dabei zweckmäßigerweise einen Anlagenfahrplan zu erstellen, gemäß welchem die verfahrenstechnische Vorrichtung letztendlich betrieben werden soll. Insbesondere werden dabei Prozessparameter, wie etwa Eduktbedarf, Produktionsmengen usw, insbesondere unter Einhaltung bestimmter Randbedingungen, wie etwa Energiekosten, Lebensdauerverbrauch, usw., bestimmt.In the course of the design phase, the model is expediently used to design the process engineering device and in particular to determine design parameters, such as the type and dimensions of individual components or the specific type of individual components. Furthermore, the model is used in the course of the design phase, in particular, to carry out production planning and to expediently create a plant timetable according to which the process engineering device is ultimately to be operated. In particular, process parameters, such as educt requirement, production quantities, etc., are determined, in particular, while observing certain boundary conditions, such as energy costs, service life consumption, etc.
Im Zuge der Betriebsphase wird das Modell zweckmäßigerweise verwendet, um den entsprechenden verfahrenstechnischen Prozess überwachen und bestmöglich durchführen zu können. Beispielsweise kann mit Hilfe des Modells ein optimierter Betrieb der Vorrichtung simuliert und als Soll-Zustand vorgegeben werden, mit welchem der tatsächlich durchgeführte Prozess als Ist-Zustand abgeglichen werden kann. Ferner kann während der Betriebsphase zweckmäßigerweise auch der Anlagenfahrplan verändert werden. Insbesondere können dabei Prozessparameter wie Eduktbedarf, Produktionsmengen usw. angepasst werden, um den Betrieb der Vorrichtung zu optimieren.In the course of the operating phase, the model is expediently used in order to monitor the corresponding procedural process and to be able to carry it out as best as possible. For example, with the aid of the model, an optimized operation of the device can be simulated and specified as a target state, with which the process actually carried out can be compared as the actual state. Furthermore, the system schedule can also be changed during the operating phase. In particular, process parameters such as educt requirement, production quantities, etc. can be adapted in order to optimize the operation of the device.
Als Hintergrunddaten sind in dem vorliegenden Zusammenhang insbesondere Daten zu verstehen, welche bereits existierende verfahrenstechnische Vorrichtungen theoretisch und/oder empirisch charakterisieren. Die Hintergrunddaten können dabei beispielsweise während der Auslegung und/oder dem Betrieb einer oder mehrerer weiterer verfahrenstechnischer Vorrichtungen gesammelt worden sein, welche baugleich oder identisch oder zumindest ähnlich und vergleichbar zu der aktuellen auszulegenden und zu betreibenden verfahrenstechnischen Vorrichtung sind. Insbesondere stellen die Hintergrunddaten somit Erfahrungswerte für die Auslegung und den Betrieb der verfahrenstechnischen Vorrichtung dar. Das Modell wird somit zunächst zweckmäßigerweise basierend auf Erfahrungswerten abgeschätzt und nach und nach im Laufe der verschiedenen Phasen zweckmäßigerweise angepasst und mit Hilfe von jeweils aktuellen Daten präzisiert und verbessert.Background data in the present context are, in particular, data understand which existing process engineering devices characterize theoretically and / or empirically. The background data can for example have been collected during the design and / or operation of one or more further procedural devices which are structurally identical or identical or at least similar and comparable to the current procedural device to be designed and operated. In particular, the background data thus represent empirical values for the design and operation of the process engineering device. The model is therefore initially appropriately estimated based on empirical values and gradually adjusted over the course of the various phases and refined and improved with the aid of current data.
Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens wird somit ein theoretisches computerimplementiertes Modell der verfahrenstechnischen Vorrichtung bereitgestellt, welches über den gesamten Lebenszyklus der verfahrenstechnischen Vorrichtung während unterschiedlicher Phasen durchgehend, konsistent verwendet werden kann. Im Zuge dieser verschiedenen Phasen kann das Modell jeweils insbesondere zu verschiedenen Zwecken und jeweils zum Erreichen unterschiedlicher, phasenspezifischer Ziele verwendet werden.In the context of the present method, a theoretical computer-implemented model of the process engineering device is thus provided, which can be used consistently throughout the entire life cycle of the process engineering device during different phases. In the course of these different phases, the model can be used in particular for different purposes and in each case to achieve different, phase-specific goals.
Auf herkömmliche Weise ist es zumeist nicht möglich, ein einziges Modell über den gesamten Lebenszyklus einer verfahrenstechnischen Vorrichtung zu verwenden. Verschiedene Arbeitsschritte während verschiedener Phasen des Lebenszyklus werden oftmals von unterschiedlichen Parteien durchgeführt, z.B. von unterschiedlichen Firmen, Fachabteilungen, Betreibern usw. So können beispielsweise für Planung, Auslegung und Bau der Vorrichtung andere Parteien zuständig sein als für den späteren Betrieb. Ferner kann der Betreiber auch während der Betriebsphase wechseln, wenn die Vorrichtung beispielsweise an einen anderen Betreiber verkauft wird. Herkömmlicherweise wird dabei von jeder Partei zumeist ein eigenes, auf die jeweiligen Bedürfnisse und Anforderungen zugeschnittenes Modell erstellt und verwendet, da die unterschiedlichen Parteien zumeist unterschiedliche Anforderungen an die Genauigkeit bzw. die Rechenzeit der jeweiligen Modelle haben. So wird im Laufe des Lebenszyklus einer verfahrenstechnischen Vorrichtung oftmals eine Vielzahl verschiedener Modelle entwickelt, welche zumeist nicht kompatibel miteinander sind und nicht konsistent weiterverwendet werden können. Zwar werden zumeist Informationen in Form von Daten zwischen einzelnen Arbeitsschritten unter den jeweils zuständigen Parteien kommuniziert, Modelle werden jedoch zumeist immer problemspezifisch neu an die Aufgabenstellung angepasst und implementiert.In the conventional way, it is mostly not possible to use a single model over the entire life cycle of a process engineering device. Different work steps during different phases of the life cycle are often carried out by different parties, e.g. by different companies, specialist departments, operators, etc. For example, different parties may be responsible for planning, designing and building the device than for later operation. Furthermore, the operator can also change during the operating phase if the device is sold to another operator, for example. Conventionally, each party usually creates and uses its own model tailored to the respective needs and requirements, since the different parties usually have different requirements for the accuracy or the computing time of the respective models. In the course of the life cycle of a process engineering device, a large number of different models are often developed, which are mostly not compatible with one another and cannot be used consistently. Although information is mostly communicated in the form of data between individual work steps between the respective responsible parties, models are usually always adapted and implemented anew to the task specific to the problem.
Ein besonders gravierender Bruch ergibt sich herkömmlicherweise zumeist beim Wechsel von der Auslegungsphase in die Betriebsphase, wobei in der Auslegungsphase zumeist dynamische, insbesondere thermo- und hydrodynamische Gesamtmodelle der Vorrichtung verwendet werden, wohingegen während der Betriebsphase teils vollkommen unterschiedliche Modelle verwendet werden, etwa lineare, datengetriebene Modelle basierend auf Betriebsdaten. Darüber hinaus können sich die Anforderungen für den Betrieb der Vorrichtung auch während der Betriebsphase noch ändern, etwa wenn ein Umbau oder eine Erweiterung der Vorrichtung durchgeführt wird. So wird nach einem derartigen Umbau oftmals ein neues Modell erzeugt, wenn etwa Genauigkeit und Detailtiefe des bisherigen Modells nicht mehr den neuen Anforderungen genügen.A particularly serious break usually occurs when changing from the design phase to the operating phase, with dynamic, in particular thermodynamic and hydrodynamic overall models of the device being used in the design phase, whereas completely different models are used during the operating phase, such as linear, data-driven models Models based on operational data. In addition, the requirements for the operation of the device can also change during the operating phase, for example when the device is converted or expanded. After such a conversion, a new model is often created if, for example, the accuracy and depth of detail of the previous model no longer meet the new requirements.
Durch das vorliegende Verfahren wird nun die Möglichkeit einer konsistenten Modellverwendung über den gesamten Lebenszyklus der verfahrenstechnischen Vorrichtung bereitgestellt. Ein und dasselbe Modell kann zweckmäßigerweise als ein digitaler Zwilling der verfahrenstechnischen Vorrichtung in verschiedenen Phasen und Arbeitsschritten während des gesamten Lebenszyklus konsistent verwendet werden. Arbeitsaufwand und Kosten für die Erzeugung neuer Modelle während des Lebenszyklus können somit eingespart werden. Das vorliegende Modell genügt unterschiedlichen Anforderungen und Bedürfnissen während verschiedener Arbeitsschritte und Phasen des Lebenszyklus gleichermaßen, insbesondere in Bezug auf Genauigkeit und Rechenzeit. Das Modell kann auf einfach Weise an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.The present method now provides the possibility of a consistent use of the model over the entire life cycle of the process engineering device. One and the same model can expediently be used consistently as a digital twin of the process engineering device in different phases and work steps during the entire life cycle. Labor and costs for the creation of new models during the life cycle can thus be saved. The present model equally satisfies different requirements and needs during different work steps and phases of the life cycle, especially with regard to accuracy and computing time. The model can easily be adapted to different requirements.
Insbesondere kann das Modell bereits zu Beginn oder vor Beginn der Auslegungsphase erzeugt werden, zweckmäßigerweise im Zuge der ersten theoretischen Planung der verfahrenstechnischen Vorrichtung, und kann daraufhin während des gesamten Lebenszyklus flexibel an neue Gegebenheiten und neue Anforderungen angepasst, variiert und erweitert werden. Beispielsweise kann das Modell jederzeit flexibel mit aktuellen Daten, etwa mit Ergebnissen einer detaillierten Berechnung von verfahrenstechnischen Komponenten bzw. Bauteilen oder aktuellen Betriebsdaten, abgeglichen werden und zweckmäßigerweise kontinuierlich verbessert werden.In particular, the model can be generated at the beginning or before the start of the design phase, expediently in the course of the first theoretical planning of the process engineering device, and can then be flexibly adapted, varied and expanded to new circumstances and new requirements during the entire life cycle. For example, the model can be flexibly compared at any time with current data, for example with the results of a detailed calculation of process engineering components or parts or current operating data, and expediently continuously improved.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht deutliche Verbesserungen sowohl für den Bau bzw. die Auslegung als auch den Betrieb von verfahrenstechnischen Vorrichtungen. Insbesondere können verbesserte Auslegungsmethoden bzw. verbesserte Tools zur Auslegung bereitgestellt werden. Ferner kann eine Konsistenz der Auslegungsmethoden mit Betriebsdaten ermöglicht werden.The present method enables significant improvements both for the construction or the design as well as the operation of process engineering devices. In particular, improved design methods or improved tools for design can be provided. Furthermore, a consistency of the design methods with operating data can be made possible.
Eine Integration von Engineering-Workflows durch Verwendung eines gemeinsamen Modells bzw. gemeinsamer Modellschnittstellen werden ermöglicht. Insbesondere wird eine verbesserte Integration zwischen Prozessdesign und Prozessdynamik und ferner zwischen Prozessdynamik und Auslegung von Maschinenschutzsystemen ermöglicht.An integration of engineering workflows through the use of a common model or common model interfaces is made possible. In particular, an improved integration between process design and process dynamics and also between process dynamics and the design of machine protection systems is made possible.
Des Weiteren kann der Betrieb der verfahrenstechnischen Vorrichtung verbessert werden beispielsweise durch Vorhersage und Reduktion des Lebensdauerverbrauchs, durch Erhöhung der Anlageneffizienz, durch Unterstützung einer Laststeuerung (engl. „Demand Side Management“, DSM), also der Steuerung der Nachfrage nach netzgebundenen Dienstleistungen, durch Verwendung von nichtlinearer modellprädiktiver Regelung (engl. „non-linear model predictive control“, NMPC) sowie durch die Entwicklung von weiteren Regelalgorithmen.Furthermore, the operation of the process engineering device can be improved, for example, by predicting and reducing the service life consumption, by increasing the system efficiency, by supporting a load control ("Demand Side Management", DSM), that is to say controlling the demand for network-based services through use of non-linear model predictive control (NMPC) and the development of further control algorithms.
Mit der konsistenten Verwendung eines Modells über den gesamten Lebenszyklus der verfahrenstechnischen Vorrichtung können ferner die folgenden Vorteile erzielt werden: Der Betrieb der verfahrenstechnischen Vorrichtung kann durch Modelldaten unterstützt werden, was eine Optimierung von Betriebsparameter sowie die Verringerung von Produktionsengpässen bzw. der Steigerung der Produktionskapazität (sog. „Debottlenecking“) erlaubt. Ferner werden modellgestützte Regelungsalgorithmen und Parameterschätzung von nicht gemessenen Größen ermöglicht. Des Weiteren wird zweckmäßigerweise eine Adaption von Auslegungsmethoden an reale Anlagendaten ermöglicht, insbesondere eine Anpassung empirischer Korrelationen. Insbesondere wird ein selbstlernendes Modell bereitgestellt, welches Parameter an Betriebsdaten anpassen kann.With the consistent use of a model over the entire life cycle of the process engineering device, the following advantages can also be achieved: The operation of the process engineering device can be supported by model data, which optimizes operating parameters and reduces production bottlenecks or increases production capacity (so-called . "Debottlenecking") allowed. Furthermore, model-based control algorithms and parameter estimation of non-measured variables are made possible. Furthermore, an adaptation of design methods to real system data is expediently made possible, in particular an adaptation of empirical correlations. In particular, a self-learning model is provided which can adapt parameters to operating data.
Ferner wird durch die Verwendung eines digitalen Zwillings Wissenstransfer von Kenngrößen und Messwerten zwischen Auslegung und Betrieb erheblich erleichtert. Auslegungsdaten können im Betrieb genutzt werden und umgekehrt. Die Auslegung kann durch integrierte, automatisierbare Arbeitsabläufe beschleunigt werden. Konsistente Datenhaltung sowie die Vermeidung von Redundanz werden ermöglicht.Furthermore, the use of a digital twin considerably facilitates the transfer of knowledge of parameters and measured values between design and operation. Design data can be used in operation and vice versa. The design can be accelerated through integrated, automatable workflows. Consistent data management and the avoidance of redundancy are made possible.
Vorteilhafterweise wird das Modell aus mehreren Teilmodellen zusammengesetzt erzeugt, welche jeweils wenigstens eine Komponente der technischen Vorrichtung charakterisieren. Einzelne Teilmodelle können dabei jeweils beispielsweise einzelne Komponenten beschreiben. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Komponenten zu einem gemeinsamen Teilmodell zusammengefasst werden. Zweckmäßigerweise kann mittels der Teilmodelle somit der Betrieb der jeweiligen Komponenten stationär und/oder dynamisch simuliert werden. Das Modell ist somit zweckmäßigerweise modular bzw. nach dem Baukastenprinzip aus einer Vielzahl von Teilmodellen zusammengesetzt.The model is advantageously generated composed of several partial models, which each characterize at least one component of the technical device. Individual sub-models can each describe individual components, for example. As an alternative or in addition, several components can also be combined to form a common partial model. The operation of the respective components can expediently be simulated stationary and / or dynamically by means of the partial models. The model is therefore expediently modular or composed of a large number of partial models according to the building block principle.
Die Verwendung derartiger Teilmodelle erhöht die Flexibilität des Modells und ermöglicht es, das Modell während des gesamten Lebenszyklus der Vorrichtung auf einfache Weise anzupassen und zu erweitern. Das Modell und insbesondere dessen Teilmodelle können im Zuge der Auslegungsphase flexibel variiert werden und insbesondere an die tatsächlich gebaute Anlage angepasst werden. Ferner können das Modell bzw. dessen Teilmodelle während der Betriebsphase flexibel angepasst werden z.B. wenn Betriebsszenarien einzelner Komponenten geändert werden oder falls z.B. einzelne Komponenten ausgetauscht werden.The use of such partial models increases the flexibility of the model and makes it possible to adapt and expand the model in a simple manner during the entire life cycle of the device. The model and in particular its sub-models can be varied flexibly in the course of the design phase and, in particular, adapted to the system actually built. Furthermore, the model or its sub-models can be flexibly adapted during the operating phase, e.g. if operating scenarios of individual components are changed or if, for example, individual components are replaced.
Unterschiedliche Teilmodelle können beispielsweise jeweils mit unterschiedlichem Detailgrad erzeugt werden, je nach spezifischen Anforderungen. Ferner können einzelne Teilmodelle ausgetauscht werden, beispielsweise gegen neu erzeugte Teilmodelle mit verbessertem Detailgrad. Somit ist es nicht notwendig, im Laufe des Lebenszyklus der Vorrichtung ein komplett neues Modell zu erzeugen, etwa wenn konstruktive Veränderungen an der Vorrichtung vorgenommen werden. Stattdessen können auf einfache Weise einzelne Teilmodelle verändert bzw. ausgetauscht werden.Different partial models can be generated, for example, each with a different level of detail, depending on the specific requirements. Furthermore, individual partial models can be exchanged, for example with newly created partial models with an improved level of detail. It is therefore not necessary to create a completely new model in the course of the life cycle of the device, for example when design changes are made to the device. Instead, individual sub-models can be changed or exchanged in a simple manner.
Vorzugsweise werden für einzelne Teilmodelle jeweils verschiedene Versionen erzeugt, welche die jeweilige wenigstens eine Komponente auf verschiedene Weise charakterisieren. Zweckmäßigerweise charakterisieren die verschiedenen Versionen eines Teilmodells jeweils verschiedene Betriebsszenarien der jeweiligen wenigstens einen Komponente. Ebenso ist es denkbar, dass die verschiedenen Versionen eines Teilmodells die jeweilige wenigstens eine Komponente jeweils mit verschiedenen Detailgraden charakterisieren. Die in dem Modell verwendeten Versionen der einzelnen Teilmodelle können zweckmäßigerweise jeweils gegen eine andere Version ausgetauscht werden. Die verschiedenen Versionen der Teilmodelle können zweckmäßigerweise in einer Bibliothek hinterlegt werden. Diese Bibliothek umfasst somit insbesondere unterschiedliche Ausprägungen verfahrenstechnischer Grundoperationen der Vorrichtung zweckmäßigerweise in unterschiedlicher Modelltiefe bzw. in unterschiedlichem Detaillierungsgrad. Die Verwendung derartiger verschiedener Versionen der Teilmodelle erhöht die Flexibilität des Modells weiter. Einzelne Teilmodelle können somit flexibel und auf einfache Weise gegen vorgegebene alternative Versionen ausgetauscht werden.Different versions, which characterize the respective at least one component in different ways, are preferably generated for individual partial models. The different versions of a partial model expediently each characterize different operating scenarios of the respective at least one component. It is also conceivable that the different versions of a partial model characterize the respective at least one component with different degrees of detail. The versions of the individual partial models used in the model can expediently be exchanged for a different version. The different versions of the partial models can be stored in a library for practical purposes. This library thus includes, in particular, different versions of basic procedural operations of the device, expediently in different model depths or in different degrees of detail. The use of such different versions of the partial models further increases the flexibility of the model. Individual sub-models can thus be exchanged flexibly and easily with predefined alternative versions.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Teilmodelle unabhängig voneinander bearbeitbar. Jedes einzelne Teilmodell kann somit individuell bearbeitet und angepasst werden. Vorzugsweise sind die einzelnen Teilmodelle austauschbar. Jedes Teilmodell kann somit bei Bedarf individuell ausgetauscht werden, zweckmäßigerweise gegen eine andere Version des jeweiligen Teilmodells, welche in der Bibliothek hinterlegt ist. Bevorzugt sind die einzelnen Teilmodelle mittels einer einheitlichen Schnittstelle zusammensetzbar. Durch diese Schnittstelle wird es auf einfache Weise ermöglicht, das Model baukastenartig bzw. modular aus einer Vielzahl von einzelnen Teilmodellen zusammenzusetzen.According to a preferred embodiment, the individual sub-models are independent editable from each other. Each individual partial model can thus be edited and adapted individually. The individual sub-models are preferably interchangeable. Each partial model can thus be exchanged individually if necessary, expediently for a different version of the respective partial model that is stored in the library. The individual partial models can preferably be put together by means of a uniform interface. This interface makes it possible in a simple manner to assemble the model in a modular manner from a large number of individual sub-models.
Vorteilhafterweise wird das Modell, ferner insbesondere jeweils die einzelnen Teilmodelle, als ein rigoroses Modell und/oder als ein reduziertes Modell und/oder als ein Grey-Box-Modell und/oder als ein Black-Box-Modell erzeugt. Diese verschiedenen Modelltypen zeichnen sich durch unterschiedliche Detaillierungsgrade aus. Verschiedene Teilmodelle bzw. verschiedene Versionen von Teilmodellen können daher zweckmäßigerweise je nach Anforderungen an Genauigkeit gemäß einem dieser Modelltypen erzeugt werden. Durch die geeignete Kombination dieser Modelltypen kann ein weites Anwendungsspektrum (insbesondere über den gesamten Lebensdauerzyklus) für die Simulation der verfahrenstechnischen Vorrichtung mit einer einheitlichen Modellplattform dargestellt werden.The model, furthermore in particular the individual partial models, is generated as a rigorous model and / or as a reduced model and / or as a gray box model and / or as a black box model. These different model types are characterized by different levels of detail. Different partial models or different versions of partial models can therefore expediently be generated according to one of these model types depending on the accuracy requirements. Through the appropriate combination of these model types, a wide range of applications (in particular over the entire life cycle) for the simulation of the process engineering device can be represented with a uniform model platform.
Rigorose Modelle bilden dabei einen technischen Mechanismus mit exakter wissenschaftlicher Methodik ab. Der in der Vorrichtung bzw. in Komponenten der Vorrichtung durchgeführte verfahrenstechnische Prozess wird simuliert, indem alle Abläufe und Reaktionen mit Kennlinien, Differentialgleichungen und Bilanzgleichungen nachgebildet werden.Rigorous models represent a technical mechanism with exact scientific methodology. The procedural process carried out in the device or in components of the device is simulated by simulating all processes and reactions with characteristic curves, differential equations and balance equations.
Ein reduziertes Modell stellt eine Vereinfachung eines rigorosen Modells dar, bei welchem Teilaspekte der Modellierung durch eine einfachere mathematische Formulierung beschrieben oder weggelassen werden. Vernachlässigbare Terme in der Beschreibung des verfahrenstechnischen Prozesses werden zweckmäßigerweise nicht berücksichtigt. Eine einfachere mathematische Formulierung kann hierbei auch durch Messdaten und/oder Anlagendaten (datengetriebener Ansatz) gewonnen werden.A reduced model represents a simplification of a rigorous model in which partial aspects of the modeling are described or omitted by a simpler mathematical formulation. Negligible terms in the description of the procedural process are expediently not taken into account. A simpler mathematical formulation can also be obtained through measurement data and / or system data (data-driven approach).
Ein Grey-Box-Modell stellt eine Kombination aus einer theoretischen Beschreibung sowie der Verwendung von tatsächlich erfassten Daten (datengetriebener Ansatz) dar. Beispielsweise kann ein Grey-Box-Modell die Vorrichtung bzw. ihre Komponenten zumindest zum Teil theoretisch nachbilden und unbekannte Teile mittels Ersatzmodellen aus erfassten Daten oder direkt mittels Datensätzen ergänzen.A gray box model represents a combination of a theoretical description and the use of actually recorded data (data-driven approach). For example, a gray box model can at least partially simulate the device or its components theoretically and unknown parts using substitute models supplement from recorded data or directly using data sets.
Als „Black Box“ werden Modelle bezeichnet, welche nur ein äußeres Verhalten, jedoch nicht die innere Struktur betrachten. Ein Black-Box-Modell beschreibt zumeist die Beziehung von Eingabe (Input) und Ausgabe (Output) zueinander und wird zweckmäßigerweise für die Beschreibung von unbekannten Zusammenhängen oder mathematisch schwierig beschreibbaren verfahrenstechnischen Operationen verwendet.Models that only consider external behavior, but not internal structure, are referred to as “black boxes”. A black box model mostly describes the relationship between input and output and is expediently used to describe unknown relationships or procedural operations that are difficult to describe mathematically.
Vorzugsweise wird ein Black-Box-Modell in Bezug auf eine oder mehrerer der folgenden Faktoren erzeugt, insbesondere um entsprechende unbekannte Zusammenhänge in der verfahrenstechnischen Vorrichtung nachzubilden: ein Unterschied zwischen einer geplanten und einer tatsächlichen Ausführung einer Komponente der verfahrenstechnischen Vorrichtung; ein Unterschied zwischen einem geplanten und einem tatsächlichen Betrieb der verfahrenstechnischen Vorrichtung, insbesondere ein Anlagenbetrieb jenseits getroffenen Modellannahmen bzw. Auslegungspunkte durch z.B. Fehlplanung des Produktbedarfs; ein Einfluss von Umgebungsbedingungen; ein Einfluss eines peripheren insbesondere nicht exakt modellierten Systems; ein Fehlverhalten einer Komponente der verfahrenstechnischen Vorrichtung; eine Veränderungen des Verhaltens einer Komponente der verfahrenstechnischen Vorrichtung aufgrund von Alterungseffekten, insbesondere Verschleiß und Verschmutzung; ein insbesondere komplexer thermodynamischer Vorgang in einer Komponente der verfahrenstechnischen Vorrichtung.A black box model is preferably generated in relation to one or more of the following factors, in particular in order to simulate corresponding unknown relationships in the process engineering device: a difference between a planned and an actual execution of a component of the process engineering device; a difference between a planned and an actual operation of the process engineering device, in particular a plant operation beyond model assumptions or design points, e.g. due to incorrect planning of the product requirement; an influence of environmental conditions; an influence of a peripheral system, in particular not precisely modeled; a malfunction of a component of the process engineering device; a change in the behavior of a component of the process engineering device due to aging effects, in particular wear and soiling; a particularly complex thermodynamic process in a component of the process engineering device.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Hintergrunddaten Daten bzw. Auslegungsdaten, welche im Zuge wenigstens einer weiteren Auslegungsphase einer weiteren verfahrenstechnischen Vorrichtung gesammelt wurden. Diese Auslegungsdaten beschreiben insbesondere ein Vorwissen aus bereits in der Vergangenheit durchgeführten Auslegungsmethoden.According to an advantageous embodiment, the background data include data or design data that were collected in the course of at least one further design phase of a further process engineering device. These design data describe, in particular, prior knowledge from design methods already carried out in the past.
Alternativ oder zusätzlich umfassen die Hintergrunddaten vorzugsweise Daten bzw. Modelldaten, die mit Hilfe wenigstens eines weiteren Modells einer weiteren verfahrenstechnischen Vorrichtung gesammelt wurden. Insbesondere können diese Modelldaten mittels empirischer datengetriebener Modelle gesammelt worden sein.As an alternative or in addition, the background data preferably include data or model data that were collected with the aid of at least one further model of a further process engineering device. In particular, this model data can have been collected using empirical data-driven models.
Alternativ oder zusätzlich umfassen die Hintergrunddaten bevorzugt Daten bzw. Betriebsdaten, die im Zuge der Betriebsphase wenigstens einer weiteren verfahrenstechnischen Vorrichtung gesammelt wurden. Bei derartigen Hintergrunddaten handelt es sich somit zweckmäßigerweise um empirische Betriebsdaten, die mit Hilfe bereits existierender verfahrenstechnischer Vorrichtungen gesammelt wurden.As an alternative or in addition, the background data preferably include data or operating data that were collected in the course of the operating phase of at least one further procedural device. Background data of this type are therefore expediently empirical operating data that have been collected with the aid of already existing process engineering devices.
Somit umfassen die Hintergrunddaten zweckmäßigerweise empirische und theoretische Daten, die während der Auslegungs- und Betriebsphase weiterer verfahrenstechnischer Vorrichtungen gesammelt wurden, welche insbesondere baugleich oder zumindest vergleichbar mit der aktuell auszulegenden Vorrichtung sind.The background data therefore expediently include empirical and theoretical data that were collected during the design and operating phase of further process engineering devices, which in particular are structurally identical or at least comparable to the device currently to be designed.
Vorteilhafterweise werden im Zuge der Betriebsphase unter Verwendung des Modells eine Regelung und/oder Steuerung der verfahrenstechnischen Vorrichtung durchgeführt. Mit Hilfe des Modells kann insbesondere ein optimierter Betrieb der Vorrichtung simuliert werden, um optimierte Soll-Werte für den tatsächlichen Betrieb zu bestimmen.A regulation and / or control of the procedural device is advantageously carried out in the course of the operating phase using the model. With the aid of the model, in particular an optimized operation of the device can be simulated in order to determine optimized setpoint values for the actual operation.
Alternativ oder zusätzlich wird im Zuge der Betriebsphase unter Verwendung des Modells vorzugsweise eine modellprädiktive Regelung (MPC) der verfahrenstechnischen Vorrichtung durchgeführt. Für eine derartige MPC wird das zeitdiskrete, dynamische Modell verwendet, um das zukünftige Verhalten des in der Vorrichtung zu regelnden verfahrenstechnischen Prozesses in Abhängigkeit von Eingangssignalen zu berechnen. Dies ermöglicht zweckmäßigerweise die Berechnung optimaler Eingangssignale, die zu optimalen Ausgangssignalen führen. Der Begriff „optimal“ bezieht sich hierbei insbesondere auf die Optimalität aller freien Prozessparameter unter Einbehaltung aller Randbedingungen zur Minimierung aller notwendigen Betriebsmittel.Alternatively or additionally, a model predictive control (MPC) of the process engineering device is preferably carried out in the course of the operating phase using the model. The time-discrete, dynamic model is used for such an MPC in order to calculate the future behavior of the procedural process to be regulated in the device as a function of input signals. This expediently enables the calculation of optimal input signals, which lead to optimal output signals. The term “optimal” refers in particular to the optimality of all free process parameters while maintaining all boundary conditions to minimize all necessary operating resources.
Alternativ oder zusätzlich werden im Zuge der Betriebsphase unter Verwendung des Modells bevorzugt eine Planung und/oder eine Überwachung und/oder eine Optimierung des Betriebs der verfahrenstechnischen Vorrichtung durchgeführt. Im Zuge der Überwachung können beispielsweise Alarm- oder Fehlermeldungen erzeugt werden. Im Zuge der Planung können insbesondere ein Anlagenfahrplan, Prozesssowie Betriebsparameter vorgegeben werden. Im Zuge der Optimierung können diese Prozess- bzw. Betriebsparameter sowie der Anlagenfahrplan zweckmäßigerweise angepasst und optimiert werden.Alternatively or additionally, planning and / or monitoring and / or optimization of the operation of the process engineering device are preferably carried out in the course of the operating phase using the model. In the course of monitoring, for example, alarm or error messages can be generated. In the course of the planning, in particular a system schedule, process and operating parameters can be specified. In the course of the optimization, these process or operating parameters as well as the plant schedule can be appropriately adapted and optimized.
Vorteilhafterweise wird alternativ oder zusätzlich im Zuge der Betriebsphase unter Verwendung des Modells eine Bestimmung der verbleibenden Lebensdauer bzw. des Lebensdauerverbrauchs der verfahrenstechnischen Vorrichtung durchgeführt. Mit Hilfe des Modells lässt sich somit zweckmäßigerweise eine Überwachung der Lebensdauer (engl. „health monitoring“) online während des Betriebes der Vorrichtung realisieren.As an alternative or in addition, in the course of the operating phase, the model is advantageously used to determine the remaining service life or the service life consumption of the process engineering device. With the aid of the model, it is therefore expedient to monitor the service life (“health monitoring”) online while the device is in operation.
Alternativ oder zusätzlich werden im Zuge der Betriebsphase unter Verwendung des Modells vorzugsweise eine Hardware-in-the-Loop-Simulation (HIL) und/oder eine Operator-Trainings-Simulation (OTS) der verfahrenstechnischen Vorrichtung durchgeführt.Alternatively or additionally, a hardware-in-the-loop simulation (HIL) and / or an operator training simulation (OTS) of the process engineering device are preferably carried out in the course of the operating phase using the model.
Bei einer derartigen HIL-Simulation wird ein eingebettetes System der Vorrichtung, beispielsweise ein Steuergerät, über seine Ein- und Ausgänge an die HIL-Simulation angeschlossen, welche als Nachbildung der realen Umgebung des Systems dient. Mittels derartiger HIL-Simulationen können zweckmäßigerweise Regelungsalgorithmen für den Betrieb der verfahrenstechnischen Vorrichtung bestimmt werden.In such an HIL simulation, an embedded system of the device, for example a control unit, is connected via its inputs and outputs to the HIL simulation, which is used to simulate the real environment of the system. Control algorithms for the operation of the process engineering device can expediently be determined by means of such HIL simulations.
Mittels einer derartigen OTS wird die verfahrenstechnische Vorrichtung mittels dynamischer Simulation nachgebildet und ferner insbesondere ein Kontrollsystem der Vorrichtung emuliert. Mit Hilfe dieser OTS kann Betriebspersonal im Umgang mit der verfahrenstechnischen Vorrichtung geschult werden, zweckmäßigerweise ohne den Betrieb einer realen Anlage zu stören. Beispielsweise kann neues Betriebspersonal eingelernt werden und aktuelles Betriebspersonal kann ein Auffrischungstraining absolvieren. Ferner können neue Kontrollstrategien und Regelungsalgorithmen entwickelt und getestet werden.By means of such an OTS, the process engineering device is simulated by means of dynamic simulation and, furthermore, in particular a control system of the device is emulated. With the help of this OTS, operating personnel can be trained in handling the process engineering device, expediently without disrupting the operation of a real plant. For example, new operating personnel can be trained and current operating personnel can complete refresher training. Furthermore, new control strategies and control algorithms can be developed and tested.
Alternativ oder zusätzlich wird unter Verwendung des Modells bevorzugt ein Data-Mining von Daten durchgeführt, die während des Betriebs der verfahrenstechnischen Vorrichtung gesammelt werden. Im Zuge eines derartigen Data-Minings werden die gesammelten Daten mittels statistischer Methoden untersucht, insbesondere um neue, bisher unbekannte Zusammenhänge, Trends oder Querverbindungen erkennen zu können.Alternatively or additionally, using the model, data mining is preferably carried out on data that are collected during the operation of the process engineering device. In the course of such data mining, the collected data are examined using statistical methods, in particular in order to be able to identify new, previously unknown relationships, trends or cross-connections.
Vorteilhafterweise ist die verfahrenstechnische Vorrichtung eine verfahrenstechnische Anlage oder zumindest eine Komponente einer verfahrenstechnischen Anlage. Als eine verfahrenstechnische Vorrichtung sei in diesem Zusammenhang somit insbesondere eine Einheit oder ein System verschiedener Einheiten zum Ausführen eines verfahrenstechnischen Prozesses zu verstehen, ferner insbesondere ein Apparat oder eine Anlage zur Durchführung von Stoffänderungen und/oder Stoffumsetzungen mit Hilfe zweckgerichteter physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer und/oder nuklearer Wirkungsabläufe. Solche Änderungen und Umsetzungen umfassen typischerweise Zerkleinern, Sieben, Mischen, Wärmeübertragen, Rektifizieren, Kristallisieren, Trocknen, Abkühlen, Abfüllen und überlagerte Stoffumwandlungen, wie chemische, biologische oder nukleare Reaktionen.The process engineering device is advantageously a process engineering system or at least one component of a process engineering system. In this context, a process engineering device is to be understood as meaning in particular a unit or a system of different units for carrying out a process engineering process, furthermore in particular an apparatus or a system for carrying out substance changes and / or substance conversions with the aid of appropriate physical and / or chemical and / or biological and / or nuclear action processes. Such changes and conversions typically include grinding, sieving, mixing, heat transferring, rectifying, crystallizing, drying, cooling, filling and superimposed material conversions such as chemical, biological or nuclear reactions.
Vorteilhafterweise ist die verfahrenstechnische Vorrichtung eine verfahrenstechnische Anlage, insbesondere zur Trennung und/oder Verflüssigung von Gasen, beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage oder allgemein eine Anlage zur Trennung von Stoffgemischen aufgrund physikalischer Eigenschaften, eine Erdgasanlage, eine Wasserstoff- und Synthesegasanlage, eine Adsorptions- und Membrananlage, z.B. eine Druckwechseladsorptionsanlage, oder eine kryotechnische Anlage, z.B. zur Kühlung von Supraleitern und kalten Neutronenquellen, MRTs, Fusions- und Fissionsanwendungen oder bei der Verflüssigung von Helium und Wasserstoff.The process engineering device is advantageously a process engineering system, in particular for separating and / or liquefying gases, for example a Air separation plant or, in general, a plant for separating mixtures of substances based on physical properties, a natural gas plant, a hydrogen and synthesis gas plant, an adsorption and membrane plant, e.g. a pressure swing adsorption plant, or a cryotechnical plant, e.g. for cooling superconductors and cold neutron sources, MRIs, fusion and fission applications or in the liquefaction of helium and hydrogen.
Ferner kann es sich bei der verfahrenstechnischen Vorrichtung zweckmäßigerweise um eine Komponente handeln, die in einer derartigen Anlage verwendet wird, ferner insbesondere um einen fluiddurchströmten verfahrenstechnischen Apparat. Vorteilhafterweise ist die verfahrenstechnische Vorrichtung ein Wärmetauscher, z.B. ein Plattenwärmetauscher oder ein spiralgewickelter Wärmetauscher, oder eine Kolonne (hohle Säule mit Einbauten) oder ein Phasentrennapparat bzw. Behälter zur Phasentrennung (Behälter mit Einbauten).Furthermore, the process engineering device can expediently be a component that is used in such a system, furthermore in particular a process engineering apparatus through which a fluid flows. The process engineering device is advantageously a heat exchanger, e.g. a plate heat exchanger or a spiral-wound heat exchanger, or a column (hollow column with internals) or a phase separation apparatus or container for phase separation (container with internals).
Gemäß einer besonders vorteilhafteren Ausführungsform wird im Rahmen des Verfahrens als das Modell ein digitaler Zwilling einer Luftzerlegungsanlage erzeugt. Mit Hilfe des Modells kann der gesamte Betriebsbereich der Luftzerlegungsanlage abgedeckt werden. Schlüsselkomponente des Modells ist insbesondere ein Modell bzw. Teilmodell einer Doppelsäule der Luftzerlegungsanlage. Das Modell entsteht zweckmäßigerweise durch ein Baukastensystem für die Erstellung dynamischer, druckgetriebener modular-hierarchisch aufgebauter Simulationsmodelle, welche den gesamten Betriebsbereich für Destillationskolonnen abdecken. Die Genauigkeit der Kolonnenmodelle ist zweckmäßigerweise adaptiv. Ferner erlaubt das Baukastensystem auch die Erzeugung von Grey Box Kolonnenmodellen derart, dass thermodynamische und phänomenologische Anteile gelernt werden können, während für fluidmechanischen Anteile fundamentale quantenmechanische Beziehungen (im Zuge sog. „first principle“ Modelle) verwendet werden.According to a particularly advantageous embodiment, a digital twin of an air separation plant is generated as the model as part of the method. With the help of the model, the entire operating range of the air separation plant can be covered. The key component of the model is, in particular, a model or partial model of a double column of the air separation plant. The model is expediently created using a modular system for creating dynamic, pressure-driven, modular-hierarchical simulation models that cover the entire operating range for distillation columns. The accuracy of the column models is expediently adaptive. Furthermore, the modular system also allows the creation of gray box column models in such a way that thermodynamic and phenomenological components can be learned, while fundamental quantum mechanical relationships (in the course of so-called "first principle" models) are used for fluid-mechanical components.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, elektrische und optische Datenträger, wie Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the invention in the form of software is also advantageous, since this enables particularly low costs, in particular if an executing computing unit is also used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, electrical and optical data carriers such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. A program can also be downloaded via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.
FigurenlisteFigure list
-
1 zeigt schematisch eine verfahrenstechnische Vorrichtung, welche im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens modelliert und betrieben werden kann.1 shows schematically a process engineering device which can be modeled and operated in the course of a preferred embodiment of a method according to the invention. -
2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.2 shows schematically a preferred embodiment of a method according to the invention as a block diagram.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In
Die Luftzerlegungsanlage verfügt unter anderem über einen Hauptluftverdichter
In der Luftzerlegungsanlage wird im Zuge einer Luftzerlegung ein Einsatzluftstrom mittels des Hauptluftverdichters
Stromab des Reinigungssystems
In der Hochdrucksäule
Vom Kopf der Hochdrucksäule
In der Niederdrucksäule
Insgesamt wird der Kolonne bzw. der Niederdrucksäule
In
Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens wird in Schritt
Das computerimplementierte Modell wird dabei in Abhängigkeit von theoretischen und/oder empirischen Hintergrunddaten erzeugt, beispielsweise von Auslegungsdaten, welche im Zuge wenigstens einer weiteren Auslegungsphase einer weiteren verfahrenstechnischen Vorrichtung gesammelt wurden, von Modelldaten, die mit Hilfe wenigstens eines weiteren Modells einer weiteren verfahrenstechnischen Vorrichtung gesammelt wurden, und von Betriebsdaten, die im Zuge der Betriebsphase wenigstens einer weiteren verfahrenstechnischen Vorrichtung gesammelt wurden.The computer-implemented model is generated as a function of theoretical and / or empirical background data, for example design data that was collected in the course of at least one further design phase of a further process engineering device, of model data that was collected with the help of at least one further model of a further process engineering apparatus , and of operating data that were collected in the course of the operating phase of at least one further procedural device.
Das Modell wird modular erzeugt und aus einer Vielzahl von Teilmodellen zusammengesetzt, wobei einzelne Teilmodelle eine oder mehrere der Komponenten der Luftzerlegungsanlage repräsentieren. Die einzelnen Teilmodelle können dabei unabhängig voneinander bearbeitet und ausgetauscht werden und mittels einer einheitlichen Schnittstelle flexibel zu dem Model hinzugefügt oder wieder von diesem entfernt werden.The model is generated in a modular manner and composed of a large number of sub-models, with individual sub-models representing one or more of the components of the air separation plant. The individual partial models can be edited and exchanged independently of one another and flexibly added to or removed from the model using a uniform interface.
Das Modell kann flexibel erweitert und angepasst werden. Einzelne Teilmodelle können jeweils gegen eine andere Version ausgetauscht werden, welche beispielsweise mehr oder weniger detailliert sein kann als die aktuell in dem Modell verwendete Version des jeweiligen Teilmodells oder welche beispielsweise ein anderes Betriebsszenario beschreiben. Somit kann das Modell während des gesamten Lebenszyklus der Luftzerlegungsanlage flexibel an angepasst werden, beispielsweise an baulichen Veränderungen der Luftzerlegungsanlage oder an neue Anforderungen bezüglich des Detaillierungsgrads des Modells.The model can be flexibly expanded and adapted. Individual partial models can each be exchanged for a different version which, for example, can be more or less detailed than the version of the respective partial model currently used in the model or which, for example, describes a different operating scenario. The model can thus be flexibly adapted to during the entire life cycle of the air separation plant, for example to structural changes to the air separation plant or to new requirements with regard to the level of detail of the model.
Im Zuge der Auslegungsphase
Dabei wird zunächst in Schritt
In Schritt
In Schritt
Nachdem die Luftzerlegungsanlage in der Auslegungsphase
Dabei erfolgt in Schritt
In Schritt
In Schritt
Claims (13)
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DE102020000464.4A DE102020000464A1 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Method for modeling and operating a process engineering device |
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DE102020000464.4A DE102020000464A1 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Method for modeling and operating a process engineering device |
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DE102020000464.4A Withdrawn DE102020000464A1 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Method for modeling and operating a process engineering device |
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DE (1) | DE102020000464A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4230936A1 (en) | 2022-02-17 | 2023-08-23 | Linde GmbH | Cryogenic air rectification system, control unit, air separation unit and method of cryogenically separating air |
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2020
- 2020-01-27 DE DE102020000464.4A patent/DE102020000464A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4230936A1 (en) | 2022-02-17 | 2023-08-23 | Linde GmbH | Cryogenic air rectification system, control unit, air separation unit and method of cryogenically separating air |
WO2023156061A1 (en) | 2022-02-17 | 2023-08-24 | Linde Gmbh | Cryogenic air rectification system, control unit, air separation unit and method of cryogenically separating air |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |