We install a pilot-scale distillation column facility and associated computer control system which can be used for advanced process control studies. In this study, we control the distillation column using two types of control schemes - PI control as decentralized control scheme and DMC(Dynamic Matrix Control) as centralized control scheme.
As a result, DMC shows a good performance compared to conventional PI controller. We perform a sensitivity analysis of tuning parameters of DMC and propose a tuning guideline for DMC. And, We demonstrate that DMC implementation with personal computers is feasible for small scale processing plants.
증류탑은 화학 공장에서의 대표적 분리공정 중의 하나로서, 에너지를 많이 소비하는 단위공정으로 분류된다. 그러므로, 증류탑은 원하는 SPEC에 잘 유지되도록 하며 에너지를 적게 소비하도록 제어되어야 한다. 이러한 사실에도 불구하고 실제 공장에서는 에너지가 많이 사용되는 one point composition 제어 구조를 사용한다. 따라서 에너지가 적게 사용되는 two point composition 제어를 사용하여야 한다.
본 연구에서는 pilot 크기의 증류탑을 설치하여 고급제어기법 중의 일종인 DMC(Dynamic Matrix Control)를 사용하여 증류탑을 제어하였다. 이 증류탑은 다목적 용도로 설치되었으며, 여러 제어 알고리듬 - PID 제어, Fuzzy control, 신경회로망 제어 등 - 을 사용하여 실험을 할 목적으로 제조되었다. 이 증류탑을 제어하기 위해 컴퓨터 제어 시스템을 구축하였다. 제어 software로서는 GENESIS(ICONIC 사)를 사용하였으며, 제어 hardware로서는 ADAC 4000 series(ADAC 사)를 사용하였다. 이 시스템은 몇개의 A/D, D/A converter와 frequency counter 등으로 구성되어 있다. 이러한 컴퓨터 제어 시스템과 증류탑을 사용하여 물/메탄올 계의 분리를 위해 분산형 제어 구조와 집중형 제어구조를 사용하였으며, PID 제어 시스템은 분산형 제어 구조의 대표적인 경우이며 가장 많이 사용된다. 그리고 다 변수 제어 시스템인 증류탑의 multi-loop SISO(single input single output) 제어를 위해 tuning 방법으로서 BLT(Biggest Log modulus Tuning) 방법을 사용한 PI 제어계를 사용하였다. 한편, MIMO(Multi-Input Multi-Output)제어를 위해 모델 예측제어기법 중의 하나인 DMC를 사용하였다. 또 DMC제어기의 여러 매개변수에 대한 sensitivity 분석을 행하였다.
본 실험의 결과로서 DMC가 PI 제어기보다 좋은 성능을 보였으며, 작은 공정에 대해서는 IBM-PC컴퓨터를 사용하여서도 컴퓨터 제어기를 구현할 수 있는 가능성을 보였다.