Modellbildung und Regelung des Überdrucks in Reinraumanlagen

Abstract

In der pharmazeutischen Industrie sollen strenge Spezifikationen der Qualitätssicherung im Hinblick auf einen definierten Überdruck in den Produktionsräumen bzw. die Überdruckregelung garantieren, dass nur vorkonditionierte Luft in diese sogenannten Reinräume gelangt.<br />Ein modular aufgebautes und leicht zu parametrierendes Modell wird in Simulink implementiert, um die reale Systemdynamik abzubilden und um die in der Praxis beim Schließen von Verbindungstüren angrenzender Regelzonen auftretenden Druckstöße hintanzuhalten. Darüber hinaus soll es möglich sein, Störgrößenszenarios zu simulieren.<br />Der mathematische Modellierungsprozess, der auf instationären Massenbilanzen und thermodynamischen Grundgleichungen basiert, bedient sich state-of-the-art Methoden. Das stark nichtlineare Verhalten einiger Komponenten wird aus experimentellen Daten eines Laborversuchsaufbaus sowie der realen Anlage identifiziert. Simulierten Daten werden gemessene gegenübergestellt und bestätigen damit neben der Modellqualität die Annahme, dass die in der Praxis auftretenden Druckstöße eine Folge des Zusammenspielens von integraler Stellaktivität und Sensoroffsets ist.<br />Eine Bewertung unterschiedlicher, anwendungsorientierter Regelkonzepte im Hinblick auf Stabilität und Robustheit liefert auf der Grundlage von Simulationsergebnissen eine Empfehlung für die praktische Umsetzung von neuen Regelkonzepten in der Anlage.

In the pharmaceutical industry strict specifications concerning overpressure and the respective control schemes should guarantee that only preconditioned air enters clean room facilities.<br />A modular and easily to parameterize model is created in Simulink to describe the system dynamics and to avoid pressure surges, which occure when doors between different control zones are closed. Moreover, it should be possible to simulate scenarios for different disturbances.<br />The mathematical modelling follows state of the art procedures using non-stationary mass balances and basic thermodynamic equations. The strongly non-linear behaviour of some components is identified from experimental data of a laboratory test set-up and of the real plant.<br />Simulated and measured data were compared confirming not only the model quality, but also the assumption that the observed pressure surges are the consequence of integral controller action and measurement bias.<br />An evaluation of different application-driven control concepts in terms of stability and robustness on the basis of simulation results delivers a recommendation for the practical implementation of the proposed control concepts in the plant.