모델예측제어 기법을 이용한 제지공정에서의 지종교체 제어

Control of Grade Change Operations in Paper Plants Using Model Predictive Control Method

본 연구에서는 제지공정에서의 wet-end 와 dry section 부분을 통합한 모델을 구하고 이를 바탕으로 하여 지종교체 공정의 모델예측제어 방법을 제안하였다. 폐회로 공정 인식기법을 이용하여 state-space 모델을 구한 후 지종교체 제어를 모사한 결과와 실제 제지공장의 지종교체 운전데이터를 비교 분석하였다. 입력 변수로서 이전까지는 간과되어 왔던 4가지 변수(thick stock, filler flow, speed, steam pressure), 그리고 출력변수로서 3가지 변수(basis weight, ash content, moisture content)를 고려하였으며, output trajectory는 1차 전달함수 형식으로 하여 적용하였다. 모델예측제어 모사결과를 지종교체 운전데이터와 비교하여 본 결과 지종교체 시간이 짧아지고 보다 안정적으로 정상상태에 이르는 것을 확인할 수 있었다. 아울러 모델예측제어로 인하여 지종교체 이후 입력 변수들이 큰 진동이 없이 보다 신속하게 정상상태에 도달함을 확인하였다.

In this work an integrated model for paper plants combining wet-end and dry section is developed and a model predictive control scheme based on the plant model is proposed. Closed-loop process identification method is employed to produce a state-space model. Thick stock, filler flow, machine speed and steam pressure are selected as Input variables and basis weight, ash content and moisture content are considered as output variables. The desired output trajectory is constructed in the form of 1st-order dynamics. Results of simulations for control of grade change operations are compared with plant operation data collected during the grade change operations under the same conditions as in simulations. From the comparison, we can see that the proposed model predictive control scheme reduces the grade change time and achieves stable steady-state.