Nichtlineare modellprädiktive Regelung der Bandtemperatur in einem Glühofen
Martin Niederer
In der Stahlindustrie werden Durchlaufglühöfen zur Wärmebehandlung von Bandprodukten verwendet. Die Wärmebehandlung verbraucht große Mengen an Energie, ist kostenintensiv und hat direkte Auswirkungen auf die Produktqualität. Um die hohen Anforderungen an die Qualität des Endprodukts zu erfüllen, muss jedes Band im Glühofen auf eine definierte Zieltemperatur erwärmt werden. Da es sich bei einem Glühofen um ein komplexes thermodynamisches Mehrgrößensystem mit vielfältigen Abhängigkeiten handelt, ist die Regelung der Bandtemperatur eine anspruchsvolle Aufgabe.
In dieser Arbeit wird ein modellprädiktives Regelungskonzept für die Bandtemperatur in einem kombiniert direkt- und indirekt-befeuerten Glühofen vorgestellt. Das Regelungskonzept bestimmt optimale Trajektorien für die Brennstoffzufuhr und die Bandgeschwindigkeit so, dass die Bandtemperatur auf die gewünschte Zieltemperatur geregelt wird. Darüber hinaus maximiert der Regler den Produktdurchsatz und minimiert den Energieverbrauch.
Die Leistungsfähigkeit des entwickelten modellbasierten Temperaturreglers wird in einer software-basierten Simulationsumgebung unter Verwendung von Prozessdaten der Pilotanlage nachgewiesen. In dieser Simulationsumgebung wird anstelle des realen Glühofens ein mit Messdaten validiertes Ofenmodell verwendet. Das Potential des Reglers zur Erhöhung der Regelungsgenauigkeit, zur Maximierung des Materialdurchsatzes und zur Minimierung des Energieverbrauchs wird schließlich anhand unterschiedlicher Kennzahlen einer Pilotanlage dargestellt.
