Modelling and controlling a steam generator with hybrid control structure

Almost every major industrial process includes a steam generator unit. Consequently, improving performance of the steam generators is appealing. On the other hand, recent technological improvements in the field of hardware makes it possible to implement advance control structures on the steam producers. This thesis begins with introducing the model of a fire tube steam producer. Then the traditional control architecture of the plant is analyzed and a strategy for tuning its PI regulators is designed. This method can be applied to all the boilers of this type. The performance of the system is affected by measurement noise on the water level and quantization on pressure measurements. A Kalman filter approach is introduced to tackle these problems and improve control action. The control actions are become smoother which can extend effective life of actuators. Then a new hybrid MPC controller is introduced and implemented. This hybrid control structure is able to improve the performance significanlty. The model of the plant and the control structure are implemented in MATLAB Simulink. This work is focused on practical issues encountered on field on the control architecture of fire tube steam generators produced by Bono Energia S.p.A., model: SG-800

Quasi tutti i principali processi industriali includono un'unità di produzione di vapore. Di conseguenza, c’è interesse nel miglioramento delle prestazioni dei generatori di vapore. D'altra parte, i recenti miglioramenti tecnologici nel campo dell'hardware consentono di implementare strutture di controllo più avanzate. Questa tesi inizia con l'introduzione del modello di un generatore di vapore a tubi di fumo. Quindi viene analizzata l'architettura di controllo tradizionale dell'impianto e viene progettata una strategia per il tuning avanzato dei suoi regolatori PI. Questo metodo può essere applicato a tutte le caldaie di questo tipo. Le prestazioni del sistema sono influenzate dal rumore di misura di livello dell'acqua e dalla quantizzazione sulla misura di pressione. Successivamente viene introdotto un approccio a filtro di Kalman per affrontare questi problemi e migliorare le prestazioni del sistema. Quindi viene introdotto e implementato un nuovo controllore Hybrid MPC. Questa struttura di controllo ibrida è migliorare le prestazioni del sistema. Il modello dell'impianto e le strutture di controllo sono implementati in MATLAB Simulink. Questo lavoro si è concentrato sulle problematiche pratiche incontrate sul campo relative all'architettura di controllo dei generatori di vapore a tubi di fuoco prodotti da Bono Energia S.p.A., modello: SG-800