[email protected] metodologia para melhoria do desempenho de malhas de controle mauricio moreno - copene...
TRANSCRIPT
![Page 1: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/1.jpg)
METODOLOGIA PARA MELHORIA DO
DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE
Mauricio Moreno - COPENE
Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA
![Page 2: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/2.jpg)
Ferramentas para
Aumento da Produtividade
Objetivos Ferramentas• Maximização do Lucro• Minimização dos Custos• Melhoria da Qualidade• Aumento da Segurança
Operacional • Diversificação da
Produção• Aumento da Produção
• Troca da tecnologia• Aperfeiçoamento do
processo• Melhoria da gestão• Otimização da produção• Controle Estatístico do
Processo (CEP)• Controle Automático do
Processo (CAP)
![Page 3: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/3.jpg)
Pirâmide de Automação
Model Predictive Control
Otimização
Instrumentação (sensores e atuadores)
ERP
Controle básico
Controle avançado no SDCD
PROCESSO
ORGANIZAÇÃO
![Page 4: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/4.jpg)
Elos do projeto do sistema de controle
Implementação não é trivial!!!!
Sintonia do controlador
Algoritmos de controle e
configuração do SDCD
Dependente do hardware Independente do hardware
Por onde começar?Pelo processo, não há duvida!!
Infra-estrutura de Hardware
Estrutura do sistema de
controle
Projeto do processo
![Page 5: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/5.jpg)
Elos da melhoria do sistema de controle
Por onde começar?Pelo processo, não há duvida!!
Mas na maioria das vezes o engenheiro ou técnico se esquece
de PEQUENO detalhe.
Sintonia do controlador
Algoritmos de controle e
configuração do SDCD
Infra-estrutura de Hardware
Estrutura do sistema de
controle
Análise do processo
![Page 6: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/6.jpg)
Sucesso está nos detalhes!
Fornecedores de tecnologia não divulgam
Por quê?
$$$!!!!
![Page 7: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/7.jpg)
Investimento Inicial
PID + CA + MPC +Otimização
Investimento Inicial
PID + Ctrl. Avançado +Controle Preditivo Multivariável (MPC)
PID + Ctrl. Avançado (Feedforward + Inferencial + Ganho Programado + ...)
Investimento Inicial
CAP: Controle Automático de Processos
QUALIDADE
QUANTIDADESEGURANÇA
Controladores (PID)
Investimento Inicial
![Page 8: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/8.jpg)
CAP + Sofisticado?Perguntas:
• O processo pode ser controlado?• A instrumentação de campo é adequada?• A estrutura de controle atual é eficiente?• Outras estratégias serão mais eficazes?• A sintonia dos controladores é correta?• Qual a relação custo/benefício atual e qual
a esperada com a sofisticação do sistema de controle?
![Page 9: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/9.jpg)
O processo pode ser controlado?
• Processos com integração energética, mas sem equipamentos pulmões
• Faixas de operação restritas, menores que a resolução dos instrumentos
• Áreas de trocas térmicas pequenas, em regime transiente
![Page 10: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/10.jpg)
A instrumentação de campo é adequada?
• Os elementos primários de medição são apropriados?
• Os elementos primários estão instalados corretamente?
• Os elementos finais de controle estão dimensionados corretamente?
• A manutenção dos sensores e válvulas é realizada periodicamente?
![Page 11: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/11.jpg)
A estrutura de controle atual é eficiente?
• As variáveis controladas (PV) e manipuladas (MV) são as mais indicadas?
• Os pares PV-MV são os mais apropriados?• A documentação das malhas de controle está
correta?• As variáveis medidas são coletadas nos
locais adequados?
![Page 12: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/12.jpg)
A sintonia dos controladores é correta?
• Mesmo operando em malha fechada, a sintonia atual é a mais adequada do ponto de vista econômico?
• Qual a metodologia utilizada para sintonizar os controladores?
• Quando foi realizada a última verificação da sintonia? As condições operacionais se modificaram?
![Page 14: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/14.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema SoluçãoPerturbações externas Feedforward
Controle preditivo
![Page 15: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/15.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema SoluçãoPerturbações externas Feedforward
Controle preditivoElevado tempo morto Compensação do tempo morto
Controle preditivo
![Page 16: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/16.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema SoluçãoPerturbações externas Feedforward
Controle preditivoElevado tempo morto Compensação do tempo morto
Controle preditivoRuído nas medições Filtros analógicos ou digitais
![Page 17: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/17.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema SoluçãoPerturbações externas Feedforward
Controle preditivoElevado tempo morto Compensação do tempo morto
Controle preditivoRuído nas medições Filtros analógicos ou digitaisVariáveis não medidas Controle inferencial
Filtro de KalmanControle preditivo
![Page 18: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/18.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema SoluçãoPerturbações externas Feedforward
Controle preditivoElevado tempo morto Compensação do tempo morto
Controle preditivoRuído nas medições Filtros analógicos ou digitaisVariáveis não medidas Controle inferencial
Filtro de KalmanControle preditivo
Não linearidades Ganho não-linear ou programadoControle adaptativoControle preditivo
![Page 19: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/19.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema SoluçãoPerturbações externas Feedforward
Controle preditivoElevado tempo morto Compensação do tempo morto
Controle preditivoRuído nas medições Filtros analógicos ou digitaisVariáveis não medidas Controle inferencial
Filtro de KalmanControle preditivo
Não linearidades Ganho não-linear ou programadoControle adaptativoControle preditivo
Dinâmica complexa Controle preditivo
![Page 20: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/20.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema SoluçãoPerturbações externas Feedforward
Controle preditivoElevado tempo morto Compensação do tempo morto
Controle preditivoRuído nas medições Filtros analógicos ou digitaisVariáveis não medidas Controle inferencial
Filtro de KalmanControle preditivo
Não linearidades Ganho não-linear ou programadoControle adaptativoControle preditivo
Dinâmica complexa Controle preditivoRestrições Controle preditivo com restrições
![Page 21: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/21.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema SoluçãoPerturbações externas Feedforward
Controle preditivoElevado tempo morto Compensação do tempo morto
Controle preditivoRuído nas medições Filtros analógicos ou digitaisVariáveis não medidas Controle inferencial
Filtro de KalmanControle preditivo
Não linearidades Ganho não-linear ou programadoControle adaptativoControle preditivo
Dinâmica complexa Controle preditivoRestrições Controle preditivo com restriçõesInteração entre variáveis Desacoplamento
Controle preditivo multivariável
![Page 22: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/22.jpg)
Outras estratégias serão mais eficazes?
Problema Solução Perturbações externas Feedforward
Controle preditivo Elevado tempo morto Compensação do tempo morto
Controle preditivo Ruído nas medições Filtros analógicos ou digitais Variáveis não medidas Controle inferencial
Filtro de Kalman Controle preditivo
Não linearidades Ganho não-linear ou programado Controle adaptativo Controle preditivo
Dinâmica complexa Controle preditivo Restrições Controle preditivo com restrições Interação entre variáveis Desacoplamento
Controle preditivo multivariável Impacto econômico Otimização on-line
Controle Otimizante
![Page 23: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/23.jpg)
Qual a relação custo/benefício atual e qual a esperada com a sofisticação
do sistema de controle?Onde sofisticar?
• Alto consumo de matéria-prima
• Alto consumo de energia
• Produção elevada
• Produtos de grande valor econômico
• Limites operacionais rígidos
• Produção diversificada e flexível
![Page 24: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/24.jpg)
Sintonia? Não! Desempenho da malha? SIM
muitas perguntas,
uma solução...
ABORDAGEM SISTÊMICA
E SISTEMÁTICA
![Page 25: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/25.jpg)
ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
1. Definição dos objetivos
2. Estudo qualitativo do processo
3. Estudo QUANTITATIVO do processo em malha aberta
4. Projeto QUANTITATIVO do sistema de controle
5. Validação QUANTITATIVA do sistema de controle
6. Implementação na planta e ajuste fino
de acordo com oPlano Estratégico e
Plano Diretor de Automação
Entrevista com operadores e eng.Documentos (PFD, P&I, manuais,
artigos, livros, etc).Experiências de projetistas
Modelos do processoBalanços de massa e energia
Funções de transferênciaRedes neurais, etc
Modelagem e simulação dinâmica
Índices (RGA, MRI, CN, RPN)Método SINTONIA ÓTIMARuído, histerese, perturbações
simultâneas, erros de modelagem
Modelos lineares empíricosModelos não-lineares
![Page 26: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/26.jpg)
ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
3. Estudo QUANTITATIVO do processo em malha aberta
4. Projeto QUANTITATIVO do sistema de controle
5. Validação QUANTITATIVA do sistema de controle
PROCESSO
Reconciliaçãode dados
Projeto do sistema de controle
Simulação linearFunções de transferência
SimulaçãoFenomenológica
![Page 27: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/27.jpg)
METODOLOGIA QUANTITATIVA
PROCESSO
MODELOFENOMENOLÓGICO
MODELO LINEARSIMPLIFICADO
ESTIMATIVA INICIALDA SINTONIA
SINTONIA ÓTIMA
![Page 28: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/28.jpg)
Aplicações da metodologia
• COPENE – Cursos de Especialização (CEASI e CECAPI) com aplicações em processos reais – 11 processos
• GRIFFIN
• POLITENO
• DOW
• PETROBRAS
![Page 29: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/29.jpg)
Aplicações
• Coluna de destilação de isômeros da GRIFFIN• 15 anos em malha aberta
• Instrumentação - OK• Processo - OK• Estrutura de controle (PVs, MVs e PV-MV) - OK• Algoritmo de controle - OK• SINTONIA? - CAUSA RAIZ
• Resultados• Malha fechou na primeira implementação
• Ganho do controlador 10 vezes maior que o típico• Tempo integral 20 vezes maior que o típico
• Retorno econômico – US$ 100.000/ano em vapor
![Page 30: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/30.jpg)
Aplicação da metodologia em OTIMIZAÇÃO
• Operação do reator da OPP em baixa carga• Condição operacional atípica
• Instrumentação - OK• Processo - CAUSA RAIZ• Estrutura de controle (PVs, MVs e PV-MV)• Algoritmo de controle• Sintonia
• Resultados• Mudança na política operacional• Retorno econômico – R$ 4100.000/ano em etileno
![Page 31: LACOI@ufba.br METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022062312/552fc150497959413d8e337f/html5/thumbnails/31.jpg)
METODOLOGIA PARA MELHORIA DO
DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE
ABORDAGEM QUANTITATIVA
SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA
Física I (FIS130) (2012) Aula 13– Luz e Iluminação Prof. José Garcia Vivas Miranda [email protected]
ESTATÍSTICA Professora Responsável: Thereza Cristina Calmon de Bittencourt E-mail: [email protected]