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Modell HBOOfenführungssystem für Wiedererwärmungsöfen celFCS-rht

 

Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Ansätzen, die die Betrachtung auf einzelne Elemente (Führungsbrammen, kritisches Material) reduzieren, setzt die celano GmbH bei ihrem Ofenführungsmodell celFCS-rht (celano Furnace Control System Reheating) ein neues dreistufiges Verfahren ein, das den gesamten Ofeninhalt betrachtet, die Fahrweise optimiert und somit auf die bisher üblichen Vereinfachungen verzichten kann.


1. Stufe Beobachter
Die aktuelle Materialtemperatur wird ermittelt (Energiebilanzen im Ofenraum, 3-dimensionale Wärmeleitungsgleichung im Material). Dabei werden sowohl der Wärmeübergang durch Konvektion und Strahlung als auch die Wärmeleitung und die zugeführte Energie durch Verbrennung berücksichtigt.

2. Stufe Prognose
Die erwartet zukünftig lokale Temperaturverteilung aller im Ofen vorhandenen Materialien wird mit Hilfe der Prognose berechnet. Hierzu ruft die Prognose den Beobachter mehrfach auf, um die zukünftigen Materialbewegungen und die geplanten Veränderungen der Ofenraumtemperatur zu simulieren. Als Ergebnis liefert die Prognose den erwarteten zeitlichen Verlauf der lokalen Temperaturverteilung in jeder einzelnen Bramme.

3. Stufe Optimierung
Die Sollwertbestimmung erfolgt durch die Optimierung mit Hilfe eines evolutionären Algorithmus. Ausgehend von der aktuellen Situation werden veränderte Sollwerte (sogenannte Szenarien) vorgegeben. Die aus jedem Szenario resultierenden zeitlichen Verläufe der Materialtemperatur (Ergebnis der Prognose) werden mit Hilfe der sogenannten Fitnessfunktion bewertet. Durch Anwendung der Mechanismen Selektion, Vererbung und Mutation erzeugt der evolutionäre Algorithmus unter Berücksichtigung der Fitnesswerte neue Szenarien, die wiederum von der Prognose simuliert werden. Ziel der Optimierung ist die Ermittlung des Szenarios mit dem höchsten Fitnesswert. Ein großer Vorteil liegt in der flexiblen Struktur der Fitnessfunktion, die leicht auf kundenspezifische Schwerpunkte angepasst werden kann. Die einzelnen (sich möglicherweise widersprechenden) Ziele können darüber hinaus auch gewichtet werden.

Um die Onlinefähigkeit des Systems trotz der notwendigen komplexen und sehr rechenzeitintensiven Operationen zu gewährleisten, ist die Software mit parallelen Algorithmen für Multiprozessorsysteme konzipiert worden.

 

Überwachung der Thermoelemente
Eine besondere Funktion innerhalb des Modells stellt die Überwachung der Thermoelemente dar. Da das Modell zu jedem Zeitpunkt die Ofensituation nachbildet, kann es über zusätzliche Algorithmen schon frühzeitig ein, beispielsweise alterungsbedingtes, Abdriften der von den eingesetzten Thermoelementen gemessenen Temperaturen erkennen und entsprechende Hinweise bereit stellen.


Ofensimulator celFCS-simOfensimulator
In Verbindung mit dem celano Ofensim Tulator celFCS-sim, der die unterschiedlichsten Erwärmungsöfen und Einsatzmaterialien simuliert, kann das Ofenführungsmodell celFCS-rht auch für weitere Fragestellungen, wie z. B. die Analyse und Nachberechnung von Erwärmungsprozessen, Einfluss von Änderungen der Ofengeometrien und -leistungen, Einfluss der Änderungen von Materialdaten und Ofenfahrweisen ideal zur Weiterentwicklung der Produktionsprozesse und Durchführung von Studien verwendet werden.
Bereits im Vorfeld eines Projektes durchgeführte Simulationen tragen außerdem zu Reduktion der Inbetriebnahmezeiten des Onlineführungssystems bei.