Post on 22-Jun-2020
AUDITORIA DE MALHAS DE CONTROLE UTILIZANDO A PLATAFORMA EPM
Diego Balsante Lopes
Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Ivan Goytia Mejía
Porto AlegreAbril 2018
Slide 2Apresentado por:
Diego Balsante Lopes
Introdução1Estrutura da Apresentação
Fundamentação Teórica2
Revisão Bibliográfica3
Métodos e Procedimentos4
Estudo de Caso5
Conclusão e Considerações Finais6
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1Introdução
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• É um conjunto formado por um controlador e por um atuador em umdeterminado processo, o principal objetivo é regular uma variável doprocesso mantendo no ponto de operação desejado.
• Exemplos:
• Malha de controle de nível
• Malha de controle de temperatura
• Malha de controle de vazão
• Malha controle de pressão
• Malha de controle de posição.
IntroduçãoO que é uma malha de controle ?
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• Os sistemas de controle estão dividas em 2 tipos:
• 1 – Sistema de Malha Aberta
A saída não exerce qualquer ação no sinal de controle, neste casoa saída não é medida nem comparada com o sinal referência.
• 2 – Sistema de Malha Fechada
A saída é medida através de um sensor e comparada com o sinalde referencia desejado, onde a diferença entre o sinal de referência e asaída do sistema, chamado de erro, é introduzida no controlador para queeste diminua o erro e mantenha a saída no valor desejado.
IntroduçãoTipos de sistemas de controle
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• 1 – Sistema em Malha Aberta
IntroduçãoTipos de sistemas de controle
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• 2 – Sistema em Malha Fechada
IntroduçãoTipos de sistemas de controle
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• Conforme pesquisas em torno de 60% das malhas de controle existentesna indústria apresentam problemas de performance.
• Algumas das principais causas que levam a malha a apresentarproblemas como comportamento oscilatório:
IntroduçãoPorque fazer auditoria em malhas de controle?
• Ajuste incorreto nos Controladores;
• Problemas nos equipamentos;
• Agarramento em válvulas de controle;
• Desgaste nos atuadores;
• Variações no Processo;
(Karra and Karin 2009)Fonte: Adaptado de Jelali (2006).
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• Existência de vários sistemas de suporte
a decisão com algoritmos consagrados.
• Auxílio na identificação de problemas
nas malhas de controle.
IntroduçãoContextualização
• Tecnologia mais acessível
para empresas de médio e
pequeno porte.
Fonte: Adaptado de Jelali (2006).
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IntroduçãoDelimitação do Trabalho
• Estruturar e implementar um cenário para integrar
a planta SMAR e softwares Matlab, Elipse EPM e
linguagem Python.
• Desenvolvimento de algoritmos para avaliar
potencial de melhoria, correta sintonia e
detecção de oscilações em malhas de controle.
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Objetivo GeralIntrodução
• Estudar algumas das principais técnicas de auditoria
de malhas de controle.
• Implementar algumas técnicas na plataforma EPM.
• Caso de estudo em uma planta piloto SMAR.
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Objetivos Específicos Introdução
• Estudar e operacionalizar a planta SMAR;
• Desenvolver um guia de operação da Planta;
• Estudar e implementar indicadores desempenho,
avaliação sintonia e detecção oscilações no EPM;
• Validar indicadores em diferentes cenários.
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IntroduçãoJustificativa
• Grande quantidade de malhas controle presentes na indústria em
processos cada vez mais complexos.
• Dificuldades na identificação de malhas com comportamento
oscilatório, mal sintonizadas
• Implementação de bibliotecas no sistema EPM para auditoria de
malhas de controle.
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2Fundamentação Teórica
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Fundamentação Teórica
• Modelagem de Processos;
• Sintonia controladores PID;
• Avaliação baseada em indicadores de integral dos sinais;
• Avaliação para aumento de desempenho;
• Avaliação da Sintonia de Controladores;
• Detecção Automática de Oscilações.
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3Revisão Bibliográfica
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Fonte: Elaborado pelo autor.
Revisão Bibliográfica
• Principais Softwares Comerciais Avaliação Desempenho.
Fonte: Adaptado de Jelali (2013)
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Fonte: Adaptado de Andrzej W. Ordys (2007)
Revisão Bibliográfica
• Principais Técnicas de Detecção de Oscilações
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Fonte: Elaborado pelo autor.
Revisão Bibliográfica
• Principais Técnicas de Avaliação de Desempenho.
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4Métodos e Procedimentos
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Planta Piloto SMARMétodos e Procedimentos
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Planta Didática SMARMétodos e Procedimentos
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Principais SoftwaresMétodos e Procedimentos
• Matlab
• Spyder (IDE Python)
• EPM
• Plataforma SMAR System 302
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Métodos e Procedimentos
Fonte: Elaborado pelo autor.
Arquitetura do Sistema Integrado
Windows 7 64 bits
Máquina Virtual
Elipse E3EPM
Interface Server E3
EPM ServerEPM StudioSMAR System 302
OPC ServerMATLAB
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5Estudo de Caso
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Implementação Malhas de Nível e VazãoEstudo de Caso
Fonte: Adaptado de SMAR.
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Identificação Malhas de ControleEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Malha controle de nível
• Malha controle de vazão
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• Foram criadas sintonias de modo a obter os seguintes
comportamentos das malhas de controle :
• Sintonia inapropriada
• Sintonia Moderada
• Sintonia Conservativa
• Sintonia Agressiva
• Sintonia Oscilatória
Sintonia Malhas ControleEstudo de Caso
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Sintonia Malhas ControleEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Sintonia Malhas de Nível
• Sintonia Malhas de Vazão
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Malhas Controle de NívelEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Malhas Controle de NívelEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Malhas Controle de NívelEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Malhas Controle de NívelEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Malhas Controle de VazãoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
Slide 35Apresentado por:
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Malhas Controle de VazãoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Malhas Controle de VazãoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
Slide 37Apresentado por:
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Malhas Controle de VazãoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
Slide 38Apresentado por:
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Avaliação Indicadores DesempenhoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Avaliação Desempenho malha de nível moderada
Slide 39Apresentado por:
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Avaliação Indicadores DesempenhoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Avaliação Desempenho malha de vazão moderada
Slide 40Apresentado por:
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Avaliação Indicadores DesempenhoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Indicadores Desempenho Malha de Nível
Slide 41Apresentado por:
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Avaliação Indicadores DesempenhoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Indicadores Desempenho Malha de Nível
Slide 42Apresentado por:
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Avaliação Indicadores DesempenhoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Indicadores Desempenho Malha de Nível
Slide 43Apresentado por:
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Avaliação Indicadores DesempenhoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Indicadores Desempenho Malha de Nível
Slide 44Apresentado por:
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Avaliação Indicadores DesempenhoEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Indicadores Desempenho Malha de Vazão
Slide 45Apresentado por:
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Avaliação Sintonia ControladoresEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Avaliação Sintonia Malha de Nível comportamento Agressivo
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Avaliação Sintonia ControladoresEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Avaliação Sintonia Malha de Vazão Inapropriada
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Avaliação Sintonia ControladoresEstudo de Caso
Fonte: Elaborado pelo autor.
• Tabela Avaliação Sintonia malhas de Nível
• Tabela Avaliação Sintonia malhas de Vazão
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6Conclusão e Considerações Finais
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Problemas e dificuldades encontradosConclusão e Considerações Finais
• Conhecimento da plataforma SMAR System 302.
• Colocar a planta em operação.
• Fazer a comunicação via OPC entre Elipse e SMAR
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ConclusãoConclusão e Considerações Finais
• Diante dos objetivos propostos a realização do trabalho atingiu umresultado satisfatório;
• Os indicadores baseados em variância mínima, servem para se ter umabase de como está a malha, ter uma ideia de quanto ainda se podemelhorar, entretanto estes indicadores são teóricos e podem na práticanunca atingir o desempenho ótimo.
• O índice de Idle foi certeiro nas avaliações, mas para isso foramnecessárias algumas modificações, como por exemplo avaliar apenasem regime, ignorar mudanças de referencia e sempre utilizar emconjunto com uma técnica de detecção de oscilações.
• O sistema EPM nos permitiu desenvolver trabalhos de pesquisa eimplementação de varias tecnologias na área de análise dedesempenho de malhas de controle. O fato do EPM possuir a integraçãocom Python foi essencial para a realização deste trabalho.
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ContribuiçõesConclusão e Considerações Finais
• Este trabalho foi o primeiro a ser executado dentro de uma Universidadeonde se utilizou a plataforma EPM para Auditoria de Malhas de Controle.
• Elaboração do Guia de Operação da Planta SMAR, incluindo uma tabelacom os principais endereços OPC para comunicação com outrossistemas.
• Implementação dos cenários com a inclusão das novas malhas decontrole no supervisório e CLP SMAR.
• Implementação de alguns plugins na ferramenta EPM.
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Considerações FinaisConclusão e Considerações Finais
Sugestão de trabalhos futuros:
• Implementar estes algoritmos e outros para operação em modoonline no sistema EPM, de modo que os algoritmos fiquemdurante todo o tempo analisando a serie temporal em uma janelae caso ocorra algum problema na malha de controle este jásinalize para o operador tomar uma providência.
• Instalação e implementação de um medidor de nível no tanque demistura, possibilitando que sejam aplicadas mais configurações decontrole de nível, como por exemplo enchimento por cima dotanque e controle de vazão saída pela válvula de controle.
Slide 53Apresentado por:
Diego Balsante Lopes
Coloco‐me à disposição para esclarecer dúvidas!
Obrigado pela atenção!
Slide 54Apresentado por:
Diego Balsante Lopes
CONTATO!
Email: balsante@gmail.com
Slide 55Apresentado por:
Diego Balsante Lopes
Referências Bibliográficas
ANDRZEJ W. ORDYS, D. U., MICHAEL A. JOHNSON. Process Control Performance Assessment From Theory toImplementation. Springer. 2007
ÅSTRÖM, K. J. Introduction to Stochastic Control Theory. 1970.
BARBOSA, T. A.; BARROS, P. R. Comparativo de desempenho de controladores PID utilizando o índice de Harris. SICOMP 2011, 2011.
COUGHRAN, M. T. Lambda Tuning the universal method for PID controllers in process control. http://www.controlglobal.com/assets/13WPpdf/131022‐coughran‐controllers.pdf 2013.
DESBOROUGH, L.; HARRIS, T. Performance assessment measures for univariate feedback control. The Canadian Journalof Chemical Engineering, p. 1186‐1197, 1992.
FORSMANN, K.; STATTIM, A. A new criterion for detecting oscillations in control loops. European Control Conference, 1999.
ELIPSE, C. Elipse EPM. 2016. Disponível em: < http://www.elipse.com.br/port/epm.aspx >.
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Slide 56Apresentado por:
Diego Balsante Lopes
Referências Bibliográficas
HÃGGLUND, T. A. A Control‐Loop Performance Monitor. Control Engineering Practice, p. 1543‐1551, 1995.
HARRIS, T. J. Assessment of Control Loop Performance. The Canadian Journal of Chemical Engineering, v. Volume 67, 1989.
HARRIS, T. J.; SEPPALA, C. T.; DESBOROUGH, L. D. A review of performance monitoring and assessment techniques for univariate and multivariate control systems. Journal of Process Control 9, n. Elsevier, p. 1‐17, 1999.
HUANG, B.; SHAH, S. L. Performance limits: practical control loop performance assessment. Proceedings of AIChEAnnual Meeting, 1996.
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JELALI, M. Control Performance Management in Industrial Automation ‐ Assessment, Diagnosis and Improvement ofControl Loop Performance. Springer, 2013.
KARRA, S.; KARIN, M. N. Comprehensive methodology for detection and diagnosis of oscillatory control loops. ControlEngineering Practice, v. 17, p. 939‐956, 2009.
MEJIA, R. I. G., COELHO, A. A. R., TRIERWEILER, J. O., FARENZENA, M. & NUNES, G. C. Auditoria de Malhas de Controle em Processos Industriais. Congresso Brasileiro de Automática CBA 2008, v. Vol. 1, n. Book Editora, p. 160‐217, 2008.
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