PSI : Pilotage et contrôle des systèmes industriels

Concilier les contraintes technico-économiques de la production et le développement durable

A contrario des autres thèmes orientés sur l’activité de conception, ce thème s’intéresse au développement de méthodologies et de stratégies avancées pour la conduite et l’amélioration (retrofit) de systèmes industriels en exploitation. Ces techniques s’appuient, entre autres, sur l’optimisation combinatoire et la simulation dynamique des procédés. 
Elles sont utilisées pour définir des politiques de pilotage efficientes (tactique et opérationnel) des procédés et des réseaux (chaleur, énergie, etc.) qui satisfassent les contraintes technico-économiques inhérentes à la production (qualité, délais, flexibilité, coût, etc.) tout en réduisant l’impact environnemental des unités. Ainsi, afin de rendre les procédés moins énergivores et plus propres, le scope de ce thème est large et couvre notamment des activités allant de de l’ordonnancement et l’intégration énergétique des procédés discontinus jusqu’à la contrôlabilité des opérations.

Des méthodologies pour quantifier et optimiser les performances

Intégration de l’efficience énergétique dans la conduite des procédés continus et discontinus

En étroite relation avec les activités du thème 2, des travaux comparables sont étendus à l’échelle du site [2]. Notamment, ils s’intéressent à la mise en oeuvre de stratégies d’ordonnancement qui prennent en compte de manière explicite les contraintes énergétiques (fonctionnement des centrales, caractéristiques des réseaux d’échangeurs de chaleur installés, disponibilité des utilités, contrat avec les prestataires, etc.) dans le but d’améliorer la performance globale du système (productivité, efficacité énergétique, etc.). Ces méthodologies orientées sur la gestion intégrée matière – énergie s’appuient d’une part, sur un formalisme de modélisation (formalisme Extended Resource Task Network) et d’autre part, sur la programmation mathématique.

Intégration de la contrôlabilité et de la diagnosticabilité des colonnes de distillation réactive dès la phase de conception

La distillation réactive, qui consiste à coupler dans un seul appareil des opérations de séparation et de réaction, est un exemple emblématique de l’intensification de procédés. Cependant, ce couplage génère des complexités importantes en termes de dynamique, de contrôle et de supervision qui constituent une barrière pour sa mise en oeuvre industrielle. Ces aspects doivent être considérés dès la phase de conception sous peine de concevoir une colonne difficilement contrôlable. Au cours de ces travaux, une méthodologie développée au LGC a été étendue afin d’y intégrer les aspects de contrôlabilité et de diagnosticabilité.

L’étape de conception étudie les courbes de résidu et extractives réactives, identifie les paramètres opérationnels et propose différentes configurations de colonne respectant les spécifications. La meilleure configuration est choisie sur des critères de contrôlabilité par l’analyse de différents indicateurs quantitatifs et qualitatifs et accessibles par des simulations en régime permanent et dynamique. Appliquée à la production d’acétate d’éthyle, la méthodologie a permis d’identifier les sensibilités et a montré qu’il est possible d’agir sur les trois degrés de liberté de la colonne à double alimentation pour atteindre les spécifications industrielles ; les variables contrôlées sont sélectionnées dans des sections spécifiques, similaires pour différentes configurations de colonne. L’étude de la diagnosticabilité, réalisée en mettant en oeuvre la technique de classification LAMDA basée sur la logique montre que l’utilisation de capteurs de composition est la solution la plus pertinente même si leur coût limite la mise en oeuvre industrielle. Des résultats comparables peuvent être obtenus par la sélection d’un nombre plus important de capteurs de température judicieusement positionnés.