Orientadores: Rafael Santos Mendes, Paulo Augusto Valente Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-22T03:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paiva_ElyCarneirode_D.pdf: 7553730 bytes, checksum: 147655bd518280b0312a3f23c61f41c7 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia para o projeto de controladores robustos com relação a incertezas paramétricas do processo. O método utiliza a alocação de pólos em malha fechada numa região pré-definida do plano complexo. Para o caso em que os coeficientes do polinômio característico de malha fechada são funções lineares dos parâmetros do processo, derivam-se domínios de busca limitados, no espaço de parâmetros do controlador, contendo o conjunto de controladores factíveis para o problema. Estes domínios de busca são definidos por restrições lineares, no caso em que a região de alocação é conexa, ou então por restrições quadráticas, quando a região de alocação é dada por um conjunto de círculos disjuntos no plano complexo. ... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: This thesis presents a methodology for designing controllers that are robust with respect to parametric plant uncetainties using a stochatisc global search technique. Genetic algorithms (GAs), as the optimization tool. We adopt a pole placement approach, considering linear systems and linear interval uncertainties, provided that the characteristic polynomial coefficients are affine functions os plant parameters. With repect to the alocation region, we treat two different cases. The first case is concerned with a connected region in the complex plane, while the second one considers circular disjoint regions for the poles. In each case, a set of necessary conditions is derived, defining a bounded domain in the controller parameters space, which is used by a constraint handling GA in the optimization of the system robustness. ... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Sandra Lucia da Cruz, João Alexandre F. R. Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T15:50:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oisiovici_RoniaMarques_D.pdf: 4098399 bytes, checksum: e53dcc32c80f82bc98dfe9a977ac5466 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Os processos em batelada são largamente empregados nas indústrias de Química Fina, produtos bioquímicos, polímeros e fármacos. As plantas em batelada tendem a crescer, já que esse tipo de configuração apresenta características que são desejáveis nas chamadas "plantas do futuro": flexibilidade operacional, resposta rápida às exigências do mercado, capacidade de processar produtos de alta pureza e alto valor agregado. A destilação em batelada, em particular, é a operação unitária mais freqüentemente utilizada nas plantas em batelada. Algumas dificuldades encontradas na sua automação são: fortes não-linearidades, desvios entre o modelo e o processo, ganhos variáveis no tempo, presença de ruídos nas medidas, analisadores de composição "on-line" complexos ou lentos, estimativa do estado do sistema dificil e cara em termos computacionais. O controle de colunas de destilação contínuas de alta pureza é um tópico bastante abordado na literatura. Porém, trabalhos sobre destilação em batelada de alta pureza são escassos e, normalmente, apenas simulações são apresentadas. Esse trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema de controle por inferência para colunas de destilação em batelada de alta pureza robusto às dificuldades de automação encontradas na prática. O algoritmo de controle foi testado por simulação e, para confirmar a aplicabilidade do controlador desenvolvido, corridas experimentais foram realizadas numa coluna de destilação em batelada em escala piloto. Um Filtro de Kalman Estendido (FKE) para colunas de destilação em batelada foi desenvolvido para fornecer estimativas de composições instantâneas a partir de algumas medidas de temperatura. O FKE foi combinado a uma estratégia de controle baseada na estrutura GLC ("Globa1ly Linearizing Control"), resultando num sistema de controle por inferência que mantém constante a composição do produto de topo de colunas de destilação em batelada de alta pureza. O controlador GLC foi testado numa coluna de destilação em batelada em escala piloto com 29 pratos perfurados. As corridas experimentais foram realizadas com o sistema etanol/l-propanol. A interface entre o computador e o processo foi feita através de uma placa ADIDA. Termopares foram utilizados para medir temperaturas instantâneas em alguns estágios da coluna. A cada período de amostragem, o FKE fornece valores de composição instantâneos, utilizando os dados de temperatura lidos pelo computador. Com o objetivo de manter a pureza do produto de topo no valor especificado, o controlador GLC atualiza a razão de refluxo baseado nas estimativas mais recentes de composição. A razão de refluxo calculada é, então, implementada pelo computador que controla a posição e o tempo de abertura da válvula magnética de refluxo. O número de sensores e o intervalo de integração do modelo da coluna foram variáveis importantes no projeto do FKE. Convergência mais rápida e estimativas mais exatas foram obtidas aumentando-se o número de sensores e/ou reduzindo-se o intervalo de integração. No entanto, acima de um certo número de sensores, as melhorias na exatidão das estimativas são insignificantes. Nas corridas em malha fechada, a variável manipulada (razão de refluxo) apresentou um comportamento do tipo liga/desliga quando os sensores de temperatura foram posicionados nos estágios próximos ao topo da coluna, onde as variações de temperatura são pequenas. Afastando-se os sensores do topo da coluna, perfis mais suaves das variáveis manipulada e controlada foram observados e desvios inferiores a 0,2% entre a composição média do destilado estimada e a composição média do destilado medida foram obtidos. Para o controle da composição do destilado de alta pureza, os sensores devem ficar afastados do topo, mas não tão distantes a ponto de diminuir a exatidão das estimativas de composição. Devido à sua robustez em relação aos desvios entre o modelo e o processo, incerteza nas condições iniciais da coluna e a presença de ruídos nas medidas de temperatura, o controlador por inferência desenvolvido nesse trabalho, além de ser flexível, mostrou-se eficaz em aplicações práticas / Abstract: Batch processing has been widely used in the production of fine chemicaIs, biochemicals, polymers and phannaceuticals. Batch configurations present features which are desirable in the ca1led "future plants": flexibility of operation, rapid response to changing market demands, suitability for manufacturing high-quality and high value-added products. Batch distillation is the most frequent separation method in batch processes. Some ofthe challenges to be faced in the automation ofbatch plants are: pronounced nonHnearities, process/model mismatch, time varying process gains, presence of measurement noise, on-line sensors are unavailable or give delayed results, state estimation is difficult and computationally expensive. While the control of high-purity continuous distillation column is a subject often addressed in literature, there are very few papers regarding the control of high-purity batch distillation units. This work aimed to develop an inferential control system for high-purity batch distillation colurnns, which is able to cape with the automation difficulties common1yencountered in practice. The control algorithm was first tested by simulation and then experimental runs were carried out in a pilot-scale batch distillation column to confirm the practical appHcability ofthe designed inferential control system. An Extended Kalman Filter (EKF) for batch distillation columns was developed to provide fast and reHable instantaneous composition values from few temperature measurements. The EKF was then combined with a control strategy based on the Globally Linearizing Control (GLC) structure, resulting in an inferential control system for constant distillate operation of high-purity batch distillation columns. The GLC controller was tested in a pilot-scale batch distillation column with 29 sieve trays. The separation of ethanol/l-propanol mixtures were considered in the experimental runs. The interface between the computer and the process was achieved by an AD/DA converter. Thennocouples were used to measure instantaneous temperature values at some column stages. At each sampling period, the EKF provides instantaneous composition values from the temperature data the computer acquires. In order to keep the product quality at the set-point, the GLC controller updates the reflux ratio using the composition estimates, and the computer controls the position ofthe reflux magnetic valve to implement the calculated reflux ratio. The number of sensors and the model integration interval showed to be important variables in the design ofthe EKF. Faster convergence and more accurate estimates were obtained by increasing the number of sensors and/or reducing the integration intervalo However, above a certain number of sensors the improvement in the EKF performance may not be significant. Spiky reflux ratio profiles were observed when sensors were placed next to the top stages, where the temperature variations are small. As the sensors were placed further from the top stages, smoother manipulated and controlled variable profiles were obtained and the distillate product met the specified purity. The inferential control system achieved tight composition control. The selection of the sensors locations must be a trade-off between obtaining noise reduction and guaranteeing that the EKF will provide acceptable estimate accuracy. Due to its robustness with regards to plant model mismatch, uncertainty in the initial system state and measurement errors, the proposed inferential control scheme is flexible and demonstrated to be feasible for practical on-line applications / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Barbara Janet Teruel Mederos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-15T11:28:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JoaoCarlosTelesRibeiroda_M.pdf: 3235097 bytes, checksum: 605bf09061dc2c67806ba4d2281cc770 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho consiste no estudo da implementação de um controlador clássico utilizando o método de sintonia denominado por IMC (Controle de Modelo Interno, derivado do termo inglês Internal Model Control), visando à redução do consumo de energia elétrica que decorra na adequada relação entre este consumo e tempo de esfriamento do processo de resfriamento com ar forçado. Para isto, o sistema supervisório instalado é capaz de manipular a variável de freqüência do sinal de alimentação do motor de indução trifásico do exaustor (módulo de ar forçado), para acelerar ou desacelerar a perda de calor do produto a ser resfriado por intermédio da variação da vazão de ar que perpassa a massa deste produto. Obteve-se como resultado uma redução no consumo de energia elétrica de 64% e um acréscimo de apenas 8% no tempo de resfriamento para o sistema utilizando o controlador PI/IMC (Proporcional - Integral, com método de sintonia IMC), quando comparado ao sistema em seu funcionamento nominal. Ou seja, sistema que, nominalmente, consume 2,41 kWh para resfriar o produto em 58 minutos, consume 0,87 kWh para resfriar o produto em 63 minutos quando se emprega o controlador que utiliza o método IMC. Este controlador PI/IMC é passível de ser implementado diretamente em alguns modelos comerciais de inversores de freqüência, sem a necessidade de compra de um computador ou controlador lógico programável (CLP), tornando-o mais viável economicamente / Abstract: This work is a study of a classical controller implementation using tuning method referred to as IMC (Internal Model Control), aimed at reducing electrical energy consumption that proceed the appropriate relation between this consumption and cooling time of the cooling process with forced air. For this, the supervisory system installed is able to manipulate the variable of frequency signal power of the exhaust fan engine (forced air module), to accelerate or decelerate the loss of heat from the product to be cooled through of air flow variation that passes through the mass of this product. The results demonstrated a reduction in energy consumption from 64% and an increase of only 8% in the cooling time to the system using PI/IMC (Proportional - Integral with IMC tuning method) compared with the system in its operating nominal condition. In other words, the system, in nominal condition, consumes 2.41 kWh to cool the product in 58 minutes, but when it employs the controller using the IMC method, the system consumes 0.87 kWh to cool the product in 63 minutes. This PI/IMC controller may be implemented directly in some frequency inverter, without the need to purchase a computer or PLC (programmable logic controller), making it more economically viable / Mestrado / Maquinas Agricolas / Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Ana Maria Frattini Fileti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T11:59:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eyng_Eduardo_D.pdf: 1208739 bytes, checksum: c9be67bb6bff66ba4c64a7c49af4fe41 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O etanol perdido por evaporacao durante o processo de producao por fermentação pode ser recuperado por uma coluna de absorcao, a qual requer um sistema de controle robusto de acordo com sua complexidade. Este equipamento tambem e utilizado no tratamento do CO2, um co-produto deste processo. Neste sentido, no presente trabalho foi proposto e testado, o emprego de controladores feedforward-feedback, baseados em modelo inverso de redes neurais, os quais manipulam as vazoes de solvente que sao alimentados as colunas, para controlar a concentracao de etanol na corrente gasosa a saida da primeira coluna, e a concentracao de agua residual no efluente gasoso da segunda. Simulacoes foram feitas, sendo abordado tanto o problema regulatorio quanto o problema servo para as duas colunas de absorcao do processo estudado. O desempenho do controlador neural foi superior ao apresentado por um controlador convencional PID, para ambas as colunas de absorcao estudadas, pois o tempo de resposta, assim como o overshoot foi menor. A superioridade do controlador neural foi comprovada pelos valores obtidos para os parametros ITAE (integral do erro absoluto ponderada pelo tempo), IAE (integral do erro absoluto) e ISE (integral do quadrado do erro). Outro objetivo deste trabalho foi avaliar a influencia das incertezas nos sensores sobre o desempenho do sistema de controle. Foram testados tres niveis: 5, 10 e 15%, sendo as incertezas inseridas nas variaveis de entrada do tipo concentracao de etanol/agua residual na corrente gasosa. Para a coluna de recuperacao de etanol, tanto para o problema regulatorio quanto servo, nenhum controlador conseguiu estabilizar a variavel controlada no set point, no entanto, quando empregado o controlador neural a amplitude da faixa de oscilacao da variavel controlada foi menor para todos os niveis de incerteza testados. Já para a coluna de tratamento de CO2, os controladores encontraram dificuldades em manter a estabilidade do sistema. Neste sentido, o controlador neural apresentou um desempenho satisfatorio para incertezas de 5 e 10%, enquanto que o PID nao conseguiu manter o sistema estavel para incertezas superiores a 5%. Com base nos testes realizados foi constatado que o controlador neural proposto constitui uma opcao atrativa para o controle das colunas de absorcao do processo deproducao de etanol por fermentacao, principalmente quando os niveis de incerteza forem de ate 10%. / Abstract: Some of ethanol lost by evaporation during its fermentation production process may be recovered using an absorption column, which requires a robust control system. This equipment also is used on carbonic gas treatment, a by-product of this process. In the present work, the development of nonlinear feedforward-feedback controllers, based on a neural network inverse model, was proposed and tested to manipulate the absorbent flow rates in order to control the residual ethanol concentration in the effluent gas phase at the first absorption column, and the residual water at the second one. Simulation studies were carried out for the regulator and servo problem, for both absorption columns studied. The neural controller proposed outperformed a conventional PID, because the response time, and also the overshoot were smaller when the neural controller was applied. The results were confirmed by the ITAE (integral of time multiplied by the absolute error), IAE (integral of absolute error) and ISE (integral of square error) parameters. The measurement uncertainties influence on control system performance was tested for three levels: 5, 10 and 15%. The uncertainties were introduced on ethanol/residual water concentration on gas phase. For the ethanol recovery column, neither PID nor the neural controller drove the controlled variable exactly to the set point, however, the neural controller provided a smaller oscillation for all uncertainty levels tested, for regulator and servo problem. The neural controller also outperformed PID in CO2 treatment column. For the regulator and servo problems the neural controller successfully proceeded when the uncertainty level was 5% or 10%, while the PID did not deal adequately with uncertainties above 5%. Therefore, the proposed neural controller proved be an attractive control solution for the absorption columns of ethanol production process by fermentation, especially when the input variables carry small uncertainties ( less than 10%) from the sensors. / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Miguel Juan Bacic / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:39:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BortolozzoJunior_JoaoBaptista_M.pdf: 1154258 bytes, checksum: a87ee41c7099476eb697b3224a0c1c69 (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:14:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_EduardoThomazInglezde_D.pdf: 8130248 bytes, checksum: a68c3d77428869ae4d5d04c15a99a4c6 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Esta Tese de Doutorado está comprometida com a aplicação de técnicas computacionais que permitam auxiliar a integração de processos químicos contínuos em tempo real. Para tal faz-se necessário um estudo de caso, que para este trabalho foi adotado um fomo rotativo para incineradores de resíduos sólidos, cujas características são simuladas por meio de um modelo matemático. O objetivo principal é estudar o comportamento do processo em camadas, uma de controle avançado e outra para otimização. Sendo que a de otimização dividi-se em duas: processo e produção. Os controladores utilizados foram os tradicionais DMC (dynamic matrix control) e GPC (generalized predictive control), mais duas versões não lineares baseadas nestes. O primeiro destes controladores não lineares usa a estrutura do DMC, entretanto o modelo preditivo da dinâmica do processo dá-se por uma rede neural, a qual incorporou o comportamento não linear do modelo matemático do processo. O outro controlador não linear usa uma rede neural para predizer os parâmetros de um modelo de primeira ordem com tempo morto. Uma vez que estes parâmetros são atualizados tem-se um modelo dinâmico preditivo não linear. Com a finalidade de comparar a performance destes controladores avançados, um controlador PID é usado como referência, já que é o padrão para este tipo de processo. As leis de controle, que são problemas de otimização linear e não linear, são resolvidas com um algoritmo S.Q.P. A otimização da produção refere-se ao planejamento e controle, sendo que a modelagem obtida resulta em um problema linear com restrições também deste tipo. Sua resolução dá-se por meio de um algoritmo SIMPLEX. Quanto ao processo tem-se um problema de otimização não linear, cuja meta é calcular as vazões de combustível e ar secundário a partir de variações na vazão de alimentação do resíduo sólido, e seu respectivo poder calorífico. O otimizador visa minimizar o consumo do combustível auxiliar, respeitando restrições ambientais e operacionais, explicitadas na temperatura da câmara de combustão. Esta camada hierárquica faz uso do mesmo algoritmo S.Q.P mencionado acima e uma alternativa baseada em programação genética, para se obter os resultados desejados. O otimizador tem duas possibilidades para simular o processo: um modelo determinístico e uma rede neural baseada neste modelo. Os resultados mostraram que os controladores lineares (DMC e GPC) são robustos, estáveis e com tempo de processamento numérico mais que suficientes para integra-los em tempo real. Os controladores não lineares ficam restritos a processos cujas dinâmicas não sejam muito rápidas, na ordem de 30 segundos, após perturbação. Estas afirmações estão baseadas em controladores monovariados. A otimização da produção por ser linear, não apresentou problemas de convergência, tão pouco no tempo de processamento computacional. A otimização do processo também não foi problemática, excesso quando se usava o algoritmo genético com o modelo determinístico para a otimização. A integração das partes envolvidas funcionou com muita robustez, fornecendo uma ferramenta valiosa para o desenvolvimento de processos químicos contínuos em tempo real / Abstract: This Ph.D. Thesis has been committed in applying computational techniques that allow helping continuous chemical processes integration on-line. Thus, a case study has been necessary and for this work rotary kiln incineration process was selected, which characteristics are simulated by a mathematical model. The main goal is to understand the behavior of the process in layers, one for advanced control strategies and other for optimization. Being the optimization layer divided in two: process and production planning. The applied controllers have been the traditional DMC (dynamic matrix control) and GPC (generalized predictive control), plus two extra nonlinear versions based on those. The former nonlinear controller uses the DMC framework, however the predictive model has been obtained by means of neural network, which has incorporated the nonlinear behavior of the numerical model. The latter nonlinear controller uses a neural network to predict the parameters of a first order mo de! with time delay. Since these parameters are updated online one has a nonlinear dynamic predictive model. In order to compare the performance of these advanced controllers, a PID is used as a reference, because it has been the industrial standard for this kind of process. The control laws, that can be linear and nonlinear optimization problems, have been solved with a S.Q.P (sequential quadratic programming) algorithm. The production optimization is referred to the production planning of the unit, being the resulting model a linear problem, as well as its constraints. Its resolution has been carried out by a SIMPLEX algorithm. Concerning the process one has a nonlinear optimization problem, which goal is to compute fuel and air flow rates starting from solid residue inlet flow rate and its calorific power. The optimizer seeks to minimize the fuel consumption, respecting environmental and operational constraints, expressed by the combustion chamber temperature. This layer makes use of the same aforementioned S.Q.P, and a second strategy based on genetic algorithms. The optimizer has two possibilities to simulate the process: a deterministic and a neural network model. The results have shown that the linear controllers (DMC and GPC) are robust, stables and with processing time fast enough to be used online. The nonlinear controllers are restricted to process with dynamics not to quick, because a few seconds are sometimes necessary to complete then numerical computations. Such statements have been based on monovariate controllers. Since the production optimization has a linear framework, it has not presented convergence difficulties, as well as long numerical processing time. The process optimization has not shown problems, except when the genetic algorithm was applied with the deterministic model to optimize the process. The integration has worked robust1y, supplying a precious tool to continuos chemical process development online and in real time / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Ademir Jose Petenate / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:39:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tetti_Ulisses_M.pdf: 1744383 bytes, checksum: f64c98ef993237f0c539ee9c9eb9032f (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Foi desenvolvido um sistema para controlar a composição química do sinter de minério de ferro utilizado nos Altos Fornos da Companhia Siderúrgica Paulista. O sistema baseia ¿ se em ajustes feitos nas proporções das matérias primas alimentadas ao processo , em função da comparação entre valores da composição química do sinter previstos pela média móvel exponencialmente ponderada e os valores objetivados pela especificação. Foi aplicado em formato manual e mostrou ser de fácil utilização pelos operadores da planta industrial , conseguindo ¿ se com seu uso , drástica redução na variabilidade de alguns de seus componentes chegando a 30 % do valor original no caso do teor de MnO. Para outros componentes químicos , não foi detectada melhoria , provavelmente pela inadequação do atual sistema de medição. Os resultados desse trabalho são de importância para motivar melhorias no atual sistema de medição , sendo também o ponto de partida para o desenvolvimento de sistemas de controle mais refinados / Abstract: It was developed a system to control the chemical compositions of the iron ore sinter feed, used in the Blast Furnaces of Companhia Siderúrgica Paulista ¿ COSIPA. The system is based in adjustments to the proportion of raw materials used in the process, due to the comparison between the expected values obtained from the exponentially weighted moving average and the desired values of the specification and it was manually used and indicated to be of easy utilization by the operators of the industrial plant. As a result of its utilization, a drastic reduction of variability of some of the components was obtained as 30 % of original variability in MnO content case. For other chemical components, any improvement were found, probably due to the non adequation of the measurements system . The results of the present work are of great importance to motivate improvements in the actual measuring system, being also the start up point for the development of more refined controlling systems / Mestrado / Gestão da Qualidade Total / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Flávio Vasconcelos da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T14:35:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rousselet_GeorgesRoger_D.pdf: 11864400 bytes, checksum: e7540876b96b62538dc7486d5c1ddca5 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nos anos da década de 80 ocorreu uma considerável expansão nos incentivos à produção de biocombustíveis, em especial o etanol, com o advento do Pró-Álcool. Esta expansão trouxe consigo a necessidade de se realizar diversos estudos relacionados à melhoria dos processos de produção. Para as usinas com destilarias anexas foi um benefício apreciável, já que se fabricava açúcar de alta qualidade, mandando-se para a destilaria além do melaço e de caldo misto das moendas, produtos intermediários da fabricação do açúcar como mel rico, mel pobre e caldo do filtro; sobrecarregava a fermentação, mas automação desembaraçava todo o sistema de produção do álcool. Entretanto, nas destilarias autônomas instaladas em regiões sem tradição canavieira, não havendo continuidade na disponibilidade de matéria prima, a automação era prejudicada. Na indústria sucroalcooleira, a teoria e a aplicação de controle têm uma interrelação profunda com sistemas de informação e processos de fabricação. Todavia, chegou-se a um estágio em que o desenvolvimento de metodologia e análise matemática, com precisão, deste processo tornou-se tarefa árdua ou até impossível. Estas características ratificam a importância de um adequado dimensionamento e seleção de equipamentos e sistemas para condições de operação pré-definidas. Tendo em vista a importância da automação (instrumentação e controle) nestes sistemas, foram realizadas, neste trabalho, uma análise da evolução do sistema de automação no ramo sucroalcooleiro e a proposta de um sistema de automação que atenda às necessidades de manutenção das variáveis de processo visando uma maior eficiência na coleta de dados e análise das condições de operação. Com os resultados pretende-se abrir um canal de discussão amplo sobre a aplicação desta importante tecnologia / Abstract: With the advent of the Pro-alcohol Program (Pró-Álcool) in the 1980s, considerable expansion of biofuel production incentives occurred, particularly those related to ethanol. This expansion led to a demand for various studies focused on improvement in production processes. It was highly beneficial for plants joined to the distilleries, since high-quality sugar was produced and intermediate products of the sugar manufacturing process such as rich molasses, poor molasses and filtered cane juice, in addition to molasses and mixed cane juice from the mills were delivered to the distillery. Furthermore, fermentation was saturated and ethanol production was maximized by automation. However, automation was damaged in the autonomous distilleries constructed in areas that were not traditional for sugarcane processing and when raw material is not continuously available. In the sugar and ethanol industry, the theory and application of control have a profound interrelation with information systems and manufacturing processes. Nevertheless, a stage was reached when the development of accurate methodology and mathematical analysis of this process became an arduous or even impossible task. These characteristics corroborate the importance of an adequate dimensioning and selection of equipment and systems for predetermined operating conditions. Owing to the importance of automation (instrumentation and control) of these systems, analysis of progress in the automation system in the sugar and ethanol field was performed in this study. Furthermore, an automation system that is capable of meeting requirements for maintenance of processing variables was also proposed to achieve a greater efficiency in data collection and analysis of operating conditions. With the results of the present study, a broad channel of discussion about the application of this important technology may be established / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Ana Maria Frattini Fileti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T03:14:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedrosa_LucianodaSilva_M.pdf: 2861151 bytes, checksum: fdcb522e32269791b20608d410aebbe5 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A destilação em batelada é um processo de separação bastante utilizado na purificação de produtos químicos ou bioquímicos de alta tecnologia e/ou alto valor agregado. A maior vantagem das colunas em batelada é sua versatilidade, pois podem processar diversas misturas sob diferentes condições experimentais. Esta flexibilidade juntamente com a não-linearidade e a natureza não estacionária do processo tomam as técnicas convencionais de controle inadequadas, constituindo um desafio no projeto de sistemas de controle. Além disso, a busca da obtenção de produtos com pureza especificada e a necessidade de minimizar produtos fora de especificação mostram claramente a importância do projeto, do desenvolvimento e da implementação de sistemas de controle para o monitoramento destes processos. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a implementação experimental de um sistema de controle digital direto para uma coluna piloto de destilação em batelada. Estratégias de controle "feedback" convencionais foram primeiramente implementadas no microcomputador 486 DX 33MHz acoplado a coluna, mostrando um comportamento insatisfatório para o processo descontínuo em questão. Diante das exigências do processo, posteriormente optou-se pela implementação de algoritmos de controle adaptativo. Um algoritmo de controle auto-ajustável (STR) baseado em identificação recursiva de parâmetros do processo foi desenvolvido. O processo é representado por um modelo discretizado de uma função transferência de primeira ordem com atraso de transporte. O método de Programação Quadrática Sucessiva aplicado a mínimos quadrados, da biblioteca matemática NAG, foi utilizado para a estimação "on-line". O equivalente digital de um controlador PI e o algoritmo de Dahlin foram individualmente testados como leis de controle. Tais controladores foram então comparados com um Controlador Adaptativo Programável (PAC). O projeto e o desempenho do PAC mostraram-se altamente dependentes da qualidade da mistura a ser destilada enquanto o STR atuou de maneira adequada para todas as separações efetuadas, apesar de seu projeto genérico. Para que os valores das composições de topo e fundo pudessem ser inferenciados a partir de medições de temperatura na coluna, foram utilizados dados de equilíbrio líquido vapor para a separação do sistema binário (n-hexano/n-heptano) e inferenciação via Redes Neurais Artificiais (RNA) para a separação do sistema temário (n-hexano/cicloexano/nheptano). O sistema de controle desenvolvido tomou o equipamento de destilação em batelada convencional mais eficiente e fácil de operar. Os experimentos realizados sobre uma coluna piloto confirmaram os resultados de simulações de trabalhos anteriores / Abstract: Batch distillation is one of the most important separation processes used in many chemical industries, specially those related to the manufacture of fine and specialty chemicals. Due to the flexibility in purifying different mixtures under a variety of operational conditions, batch distillation is a process of valuable importance. The flexibility of the equipment coupled to the dynamic nature and the nonlinear process behaviour make the conventional control techniques inefficient and pose challenging control system designo From the above and looking for the constant overhead product purity operation, it is emphasized the importance of the development and experimental testing of suitable control systems for the automatic operation of such equipment. The present work describes the development and experimental testing of a direct digital control system for a pilot batch distillation column. Conventional feedback control strategies were first1yimplemented in a 486 DX 33MHz PC coupled to the column. It was then proved the inefficient results of conventional schemes for this transient process control. Since the process under study c1aimed to more elaborated control systems, adaptive control algorithms were implemented. A Self Tuning Regulator (STR) based on a regressive analysis of the process was developed. An input/output discrete model was used to represent the process, which was approached to a first order plus time delay system. The on line process identification proceeds using the Successive Quadratic Programming method applied to Least Squares. The computational code was available in NAG Mathematical Library. A digital PI control law and the law obtained through Dahlin's AIgorithm were individually tested. The performance of the developed STR was compared to a previously implemented Programmable Adaptive Controller (PAC). The results show that the STR is a suitable and an easy control strategy to be implemented when compared to the PAC, which requires strong off-line computational effort and is highly dependent on the knowledge of the feed mixture composition and properties. Product and bottom composition were estimated from vapor temperature measurements and the equilibrium properties of the n-hexane/n-heptane binary system used. To allow experimental tests with a ternary system (n-hexane/cic1ohexane/n-heptane), a composition soft-sensing system based on Neural Networks was developed. The developed digital control system made the conventional batch distillation more efficient and easy to operate. Experiments performed on the pilot column confirm previous simulation results / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

[pt] Este trabalho descreve a modelagem e simulação em tempo de um microcomputador destinado a controlo de processos industriais. O objetivo desejado foi obter dados que permitissem a depuração lógica da arquitetura e projeto lógico considerando a interação temporal entre os sinais do microcomputador. O nível de detalhe observado no desenvolvimento do modelo foi de sistema no que se refere a pastilhas em LSI e de porta lógica quando pastilhas CI foram utilizadas. O programa simulador foi implementado na linguagem SIMSCRIPT II. O simulador será utilizado para desenvolvimento de programas de suporte e microprogramação. / [en] The modelling and simulation of a microcomputer oriented to control of industrial processes is described. The purpose is twofold: first, to permit debugging of the desired microcomputer´s architecture and logic desing, and secondly, to aid in the development of the microprograms to be used with the actual microcomputer. The system model contains assumed LSI and IC chips which are in turn simulated with the aid of the digital computer language SIMSCRIPT II. The LSI´s are simulated at the system level, while the IC´s are simulated down to the gate level.