Orientadores: Osvaldir Pereira Taranto, Flavio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T20:04:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pavanelli_PaulaEdilene_M.pdf: 1842381 bytes, checksum: ae8746d54834e8c938141f3e78903477 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho apresenta o controle e monitoramento em tempo real do regime de jorro estável através do método de identificação dos regimes de contato gás-sólido por medidas de pressão no leito de jorro. O trabalho foi realizado em duas etapas: 1) identificação em tempo real dos regimes fluidodinâmicos no processo em leito de jorro baseada na análise espectral das flutuações de queda de pressão do leito e 2) controle do processo em regime estável por malha PI. O sistema constitui-se de um leito construído em acrílico com dimensões de 0,70m de altura de coluna e 0,143m de diâmetro interno, operando com três diferentes partículas, esferas de vidro (dp = 2,59mm e Pp = 2,487 g/cm3), poliestireno (dp = 2,19mm e Pp = 1,196 g/cm3) e ABS (dp = 3,08mm e Pp = 1,029 g/cm3). Determinou-se a faixa da freqüência dominante 7,2-7,9 Hz, característico do regime de jorro estável, através do algoritmo da Transformada Rápida de Fourier (FFT) para cada partícula. Todas as medidas de pressão do leito durante o processo foram coletadas pelo sistema de aquisição através da placa PCI 6024E (National Instruments) utilizando o software LabView 7.1TM. Com o intuito de controlar o regime de jorro estável no processo em leito de jorro foram definidas como variáveis controlada e manipulada a freqüência dominante do espectro de potência (Hz) e o sinal de comando para o inversor de freqüência (V), respectivamente. A freqüência dominante foi determinada pela análise espectral das flutuações de queda de pressão no leito. O sinal de comando para inversor de freqüência atuava na variável de processo vazão de ar. Aplicaram-se perturbações degrau em malha aberta na variável manipulada para determinar os parâmetros do controlador e implementou-se a malha de controle no processo. Nos experimentos em malha fechada foram aplicadas perturbações na carga como adição de partículas e alteração na posição de abertura da válvula de ar de entrada no leito afim de testar o desempenho do controlador. Os resultados obtidos mostraram que o controlador PI manteve o sistema operando em regime estável mesmo quando aplicadas perturbações na carga, atingindo assim o objetivo do trabalho proposto / Abstract: This work describes the control and on line monitoring of the spouted bed steady regime using the gas-solid contact regimes identification method by pressure measurements. The work presents two main features: 1) the on line identification of fluid dynamic regimes in the spouted bed process based in the spectral analysis of the pressure fluctuations and 2) the process control using PI controllers. Experiments were performed in an acrylic cylindrical column 0.70m high and with 0.143m of internal diameter. The bed was made of three different particles: glass spheres (dp = 2.59mm and Pp = 2.4873 g/cm3), polystyrene (dp = 2.19mm and Pp = 1.1962 g/cm3) and ABS (dp = 3.08mm and p = 1.0286 g/cm3). The dominant frequency band was determined: 7.2-7.9 Hz for steady regime, through the algorithm of the Fast Fourier Transform (FFT), for each particle. All the measurements of pressure during the process were collected by a data acquisition system and using software LabView 7.0TM. The procedure to control the steady regime in the spouted bed process was: define the dominant frequency as the controlled variable and the signal of command for frequency inverter as the manipulated variable. The dominant frequency was determined by the spectral analysis of pressure fluctuations in the spouted bed. The command signal for frequency inverter affected the air flow variable. Step disturbances were applied in open loop in the manipulated variable to determine the parameters of the controller and control system was implemented in the process. Step disturbances like addition of particles in the spouted bed and change the position of opening of the air valve were applied in closed-loop to test the performance of the controller. The results show that PI controller was able to maintain the system operating in steady regime when disturbances were applied in the feed stream, which was the goal of this research / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Ana Maria Frattini Fileti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T19:16:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_BrunnoFerreirados_M.pdf: 1390100 bytes, checksum: 6d2b1c02098b1bb57ec404e3263f61a6 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Indústrias de polimerização, em geral, utilizam diferentes sistemas reacionais para obter polímeros com diferentes características. Os processos de polimerização de estireno em batelada podem a apresentar um perfil de temperatura transiente, por causa de efeitos de viscosidade no meio reacional, são chamados de efeitos difusionais. Com a finalidade de controlar a temperatura destes tipos de sistema, engenheiros têm se voltado à busca de modelos que descrevam com fidelidade os processos nãolineares. Controle preditivo baseado em um modelo (MPC) de Redes Neurais Artificiais (RNAs) é uma opção para estes casos. Neste trabalho foram implementadas as equações algébricas e os parâmetros ajustados no treinamento de um modelo neural em uma planilha do Microsoft Excel. A atualização das variáveis do modelo se deu através da comunicação entre o Indusoft Web Studio (IWS) e a planilha via driver DDE (Dynamics Data Exchange). O treinamento do modelo neural aconteceu com algoritmo de Levenberg-Marquardt com regularização bayesiana utilizando o toolbox do MATLAB (comando trainbr). A validação do modelo foi realizada online, para garantir o uso do mesmo. Num primeiro momento, foram estudadas as condições para aplicação de controle fixando a proporção da mistura reacional em 50-50% em volume para monômero e solvente (estireno e tolueno, respectivamente) e a modelagem com RNA mostrou bons resultados. Em outro momento, realizou-se um controle em cascata da temperatura do reator manipulando a potência da resistência (variável manipulada) através da passagem de um fluido pela camisa do reator. Foi utilizado o simulink do MATLAB para fazer a malha de controle em cascata, através de um diagrama de blocos e sua atualização aconteceu via protocolo OPC (OLE for Process Control) de dados do Indusoft. Em paralelo, um modelo fenomenológico validado para processos poliméricos, envolvendo equações e parâmetros relacionados à polimerização de estireno, foi utilizado para estimar valores de conversão, massa molar média numérica (Mn) e massa molar média ponderal (Mw). Observou-se o sucesso da aplicação da estratégia de controle cascata adotada para a planta real, permitindo assim estabelecer uma comparação com as predições do modelo. Para o funcionamento do MPC, foram enviadas, a cada 5 segundos, as informações das variáveis de entrada (temperatura do reator, temperatura do fluido e a variação de potência) para o modelo neural na planilha, calculando automaticamente a temperatura do reator em um instante de amostragem à frente usando-a na função-objetivo do Solver no Excel (minimizar erro quadrático). O valor do Solver foi, então, mandado para o processo através de uma programação em VBA (Visual Basic Applications). Foram analisados os desempenhos dos controladores através do oveshoot, tempo de acomodação, IAE e ITAE. E realizou-se a utilização do controlador Híbrido (controle em cascata e MPC) o que melhorou a performance do sistema / Abstract: Chemical processes are included in several types of industries and demand precise control to reach the final product with quality. Because of the viscosity effects of reactor bulk (diffusional effects), the batch styrene polymerization processes present transient temperature behavior. Aiming at controlling the temperature of these systems, rigorous first principles models that describe nonlinearities precisely have been developed by engineers. The model predictive control (MPC) based on neural network modeling is one of the most approppriate techniques for these processes. In this work, the algebraic equations of a neural network and its adjusted parameters from the training step were implemented in an electronic worksheet (Excel software). The communication from the supervisory software (Indusoft Web Studio - IWS) and the worksheet were done through driver DDE (Dynamics Data Exchange), allowing the update of measured variables. The Bayesian Regularization Levenberg-Marquardt algorithm (trainbr function in the software MATLAB) was employed in network training. The model validation was on line performed in order to prove its suitability to the actual process. Initially, a 50/50 % volume ratio of solvent (Toluene) and monomer (styrene) was used for the control application studies, obtaining precise results using the neural network. Afterwards, a temperature cascade control loop was implemented by manipulating the resistance power inverter of the heating thermal fluid tank. This fluid circulates at the reactor jacket. The cascade control diagram was developed in the Simulink/MATLAB software. Updating measurements occurred by means of the OLE for Process Control protocol (OPC). A validated first principles model, using parameters related to the polymerization of styrene, was used to estimate conversion rates, number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw). The successful application of the control strategy allowed the comparison to the rigorous model predictions. The neural model input variables (reactor temperature, thermal fluid temperature and power inverter position) were captured from sensors every 5 seconds. At this time, the model in the worksheet calculated automatically the one-step-ahead temperature value, using this prediction in the objective function (squared error minimization) implemented in the solver of the Excel software. Using VBA (Visual Basic Applications) programming, the manipulated variable action was calculated and then sent to the process. The overshoot, settling time, IAE and ITAE were used as controller performance indexes. A hybrid controller (cascade feedback and MPC) was also tested, improving the performance of the system / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Flávio Vasconcelos da Silva, Jones Erni Schmitz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T17:33:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_BrunoFirminoda_M.pdf: 5897961 bytes, checksum: ac5990dc3d98f600c8592ed2ea843e04 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Os processos químicos apresentam dinâmicas complexas devido a presença de reciclos, integrações energéticas e diversas operações unitárias interconectadas, gerando problemas de interação entre as variáveis e dificultando um efetivo controle do processo. Metodologias de controle global ou plantwide buscam estabelecer sistemas de controle contemplando a planta química como um todo, porém, geram mais de uma solução de controle. Este trabalho propõe avaliar diferentes estruturas de controle global para uma mesma planta química através do uso de indicadores chave de desempenho (KPI ¿ Key Performance Indicator) para o processo, determinando assim qual sistema de controle melhor atende aos objetivos estratégicos da indústria. Como caso de estudo simulou-se uma planta típica para a produção de biodiesel através dos softwares Aspen Plus e Aspen Plus Dynamics. O processo implementado busca representar a produção do biocombustível obtido na transesterificação do óleo de soja com metanol, por meio da rota de catálise alcalina e homogênea. Para simulação dinâmica do processo, utilizaram-se dois conjuntos de controladores obtidos da metodologia de controle global heurística, configurando-se duas propostas de controle para o processo. Para avaliação das propostas de controle, utilizaram-se indicadores chave de desempenho representativos do processo global. O indicador DDS (Dynamic Disturbance Sensitivity), o qual relaciona o acúmulo molar total dos componentes ao longo do tempo, e um indicador que relaciona os custos de matérias-primas foram utilizados. Ambos indicadores, permitiram uma visualização do desempenho dos controladores de modo global e a auxiliaram na escolha do melhor conjunto de malhas de controle para o processo / Abstract: Chemical process have complex dynamics behaviors due to the presence of recycle streams, heat integration and several unit operations interconnected, leading to interaction problems among variables and making difficult to do an effective process control. Plantwide control methodologies aim to establish controls systems for entire chemical plants; however, it is possible to obtain different control solutions. This work proposes an evaluation of different Plantwide control structures for a specific process using Key Performance Indicators (KPI) and determinate which structure best meets the industry strategic goals. As a case study, it was implemented a simulation of a typical biodiesel process in Aspen Plus and Aspen Plus Dynamics. The process implemented intended to represent the production of biofuel obtained from the transesterification of soybean oil with methanol and homogeneous alkaline catalysis as chemical route. For dynamic simulation of the process, two sets of controllers obtained using global control heuristic methodology were used to control the process, setting up two proposals of control for biodiesel production. Key performance indicators of the overall process were used to evaluate the control proposals, such as the DDS indicator (Dynamic Disturbance Sensitivity), which presents the total molar accumulation over time, and an indicator that presents the raw material costs also over time. Both indicators allowed a view of the controllers global performance and aided in choose the best set of control loops for the process / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Este trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de uma estratégia de integração da otimização com o controle preditivo multivariável em uma camada. Os problemas de controle e otimização econômica são resolvidos simultaneamente em um mesmo algoritmo. A função objetivo econômica foi inserida no controlador na sua forma diferencial, ou seja, o gradiente da função objetivo econômica. O método foi testado por simulação para o caso do sistema reator regenerador da UFCC (Unit of Fluid Catalytic Cracker). Esta dissertação descreve a estratégia de otimização integrada ao controlador preditivo cuja função objetivo incorpora componentes dinâmicos e estáticos. Para a determinação das condições ótimas do processo no estado estacionário do conversor (unidade de craqueamento catalítico) foi utilizado um modelo empírico do processo. A melhor trajetória para conduzir o processo para o seu ponto ótimo de operação, maximizando lucro ou produto de maior valor agregado, desde que não sejam violadas as restrições de processo, é predita utilizando um modelo dinâmico, obtido através de dados de testes em degrau em um modelo rigoroso. Este modelo linear possibilitou a obtenção das funções de transferência do processo e o modelo em variáveis de estado. O ponto ótimo que é obtido na execução deste algoritmo, leva em consideração a não violação das restrições das variáveis manipuladas e controladas do processo, tanto para o estado estacionário como para o transiente do problema. O problema de otimização não linear resultante é resolvido através de uma rotina de programação quadrática da biblioteca do Matlab. Uma segunda alternativa apresentada para a estratégia de otimização deste trabalho, é a inclusão do gradiente reduzido na função objetivo do controlador quando são observadas violações das restrições das variáveis controladas. Os resultados simulados através de um modelo não linear rigoroso (Moro&Odloak,1995) mostram um bom desempenho dos algoritmos aqui desenvolvidos tanto com relação aos benefícios econômicos como na estabilização da unidade. / This dissertation aims to develop a strategy to integrate the optimization problem of the plant into the model predictive controller in a one layer strategy, for the real time optimization or online optimization. The control and the optimization of the process are computed simultaneously in the same algorithm. The gradient of the economic objective function is included in the cost function of the controller instead of in its regular form. Thereby, this work describes a predictive control strategy, which can be classified as a one layer strategy and whose objective function has to be optimized obeying constraints, which incorporates dynamic and static components. The optimal conditions of the process in the steady state are defined through the use of an empirical process model. Furthermore, the best trajectory to be followed in order to reach the optimal conditions, without violating the constraints, maximizing profit or the production of its more valuable product, is predicted through the use of the dynamic model, that can be obtained through a plant step test. As a result transfer function and state space models are obtained. The optimal operation point is achieved through the execution of the proposed algorithm. Therefore, the solution to the optimization/control problem will always be in a feasible region, in other words, without violating the process manipulated or controlled variable constraints for both stationary and transient states of the problem. The non-linear optimization problem resulted from the implementation of the proposed algorithm is solved through the quadratic programming routine from the Matlab library. The second online optimization strategy proposed in this work is one that considers the reduced gradient method algorithm modified to evaluate the predicted trajectory. As a result, any violation of the manipulated or controlled variable constraints is prevented and this variable is not considered in the next step of the calculation of the predicted trajectory or even in the search direction of the optimization. Finally the simulations results obtained through the use of a nonlinear rigorous model (Moro&Odloak,1995) presents good performance for the algorithms here proposed, not only related to economic benefits, but also in order to stabilize the unit.

Na tese, é proposta a construção do Sistema Autenticador e Transmissor (SAT), um modelo tecnológico de automação e controle de processos em cidades inteligentes, alicerçado em propriedades voltadas a uma aplicação transversal em setores que demandam, de um lado, geração de dados em campo com estabelecimento de regras e garantia de autenticidade e confidencialidade; de outro, transmissão segura a um ou mais controles centrais. Como exemplo de aplicação, o modelo é avaliado pela execução de protótipo no setor tributário do varejo do Estado de São Paulo, que ainda exige soluções mais eficazes apesar dos avanços conquistados com a transição para processos automatizados. O protótipo, composto de um equipamento, um software embarcado e uma solução de retaguarda, denomina-se, no caso específico, Sistema Autenticador e Transmissor de Cupons Fiscais Eletrônicos (SAT-CF-e). O principal objetivo do trabalho consiste, pois, em oferecer um modelo tecnológico que dê resposta efetiva às necessidades das administrações tributárias estaduais, mais especificamente às operações de emissão, validação e transmissão dos dados de vendas mercantis no varejo. Desenvolvido a partir da análise do ambiente atual da Nota Fiscal Paulista e de outros projetos de documentos eletrônicos introduzidos no Brasil, e tendo em vista uma mudança de paradigma na geração de documentos fiscais, o Sistema Autenticador e Transmissor de Cupons Fiscais Eletrônicos está pautado no uso de tecnologias que atendem aos requisitos exigidos pelo negócio, segundo os quais o documento somente existe na forma eletrônica e é válido quando armazenado nas bases de dados gerenciadas pelo Fisco. A implantação do Sistema Autenticador e Transmissor de Cupons Fiscais Eletrônicos, cujo pioneirismo cabe à Secretaria da Fazenda do Estado de São Paulo, já encontra âmbito nacional a partir da criação de um novo documento fiscal, o Cupom Fiscal Eletrônico SAT (CF-e-SAT), modelo 59, instituído oficialmente pelo Conselho Nacional de Política Fazendária no Ajuste SINIEF 11/2010, que autoriza Unidades da Federação a utilizá-lo em suas operações de ICMS. Os resultados da implementação do modelo tecnológico de automação e controle do processo tributário no varejo do Estado de São Paulo foram positivos e atestaram que a solução representa contribuição original ao estado da arte por reunir qualidades inovadoras permite rápida integração entre o Fisco e o estabelecimento comercial, racionalização e modernização da administração tributária, compartilhamento de informações, redução de custos e entraves burocráticos, automação das obrigações tributárias e facilitação e fortalecimento do controle do processo tributário. Por isso e sem dúvida, a solução assinala uma era mais inteligente no controle das operações comerciais do varejo no Brasil, com benefícios para a administração pública e para a população. / In this thesis, the construction of Sistema Autenticador e Transmissor (Authenticator and Transmitter System) is proposed, being a technological model for automation and process control in smart cities, with a view to transversal application in sectors that demand, on the one hand, data generation on the field with the establishment of rules and a guarantee of authenticity and confidentiality; on the other, safe transmission to one or more control stations. As an example of application, the model is evaluated through the use of a prototype on the retail tax sector in the State of São Paulo, which still requires more effective solutions, despite the advances made thanks to the transition to automated processes. The prototype consists of a device, an embedded software and a backoffice solution, and is called, in this specific case, Sistema Autenticador e Transmissor de Cupons Fiscais Eletrônicos (SAT-CF-e) (Electronic Retail Tax Invoice Authenticator and Transmitter System). The main objective of this work is, therefore, to provide a technological model that effectively meets the needs of state tax administrators, especially in relation to operations requiring the emission, validation and transmission of retail market sales data. Based on the analysis of the current environment of Nota Fiscal Paulista and other electronic document projects introduced in Brazil, and taking into consideration the paradigm shift in the generation of tax documents, the SAT-CF-e has been developed for the use of technologies that meet business requirements, according to which the document exists only in electronic format and is valid only when stored in databases managed by tax authorities. The implementation of SAT-CF-e, a pioneering initiative of Secretaria da Fazenda do Estado de São Paulo (São Paulo State Tax Authority), is already established on a national basis, since the creation of a new tax document, the Cupom Fiscal Eletrônico SAT (CF-e-SAT) (Electronic Retail Tax Invoice), model 59, officially established by Conselho Nacional de Política Fazendária (National Council for Tax Policies) in Ajuste SINIEF 11/2010 authorizing States to use it in their operations regarding Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços - ICMS (Merchandise Circulation and Service Tax). The results of the implementation of a technological model for the automation and control of the retail sector tax process in the State of São Paulo have been positive and can testify that this solution is a unique state-of-the-art contribution with innovative qualities, since it ensures rapid integration between the tax authorities and commercial establishments, as well as rationalization and modernization of tax administration, information sharing, a reduction in costs and bureaucratic barriers, tax duties automation and a facilitation and strengthening in the control of the tax process. It is undoubtedly a solution that ushers in an era of smarter control of commercial retail operations in Brazil, with benefits for the public administration system and for the population as a whole.

Submitted by SBI Biblioteca Digital (sbi.bibliotecadigital@puc-campinas.edu.br) on 2018-03-06T17:33:50Z No. of bitstreams: 1 MATEUS LEANDRO PAULINO.pdf: 5831109 bytes, checksum: 844c1a030e8e0dad0c69291a01fd08fa (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-06T17:33:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MATEUS LEANDRO PAULINO.pdf: 5831109 bytes, checksum: 844c1a030e8e0dad0c69291a01fd08fa (MD5) Previous issue date: 2017-11-29 / Pontif?cia Universidade Cat?lica de Campinas ? PUC Campinas / Searching for comfort and quality of life man has spent more than 90% of his time in artificial environments. Studies show that many serious diseases are occurring due to lack of a quality internal environment. In addition to the health consequences, a performance decrease in the accomplishment of daily tasks, such as intellectual, work and other activities is observed in the human being. The literature reports four factors that have the greatest effect on the quality of an environment: Thermal (temperature and humidity suited to its activities), Visual (correct intensity of luminosity), Acoustics (low repetitive noise level) and Air Quality (levels of gases and particulates in the air). Two of these invisible factors, the Thermal and the Air Quality, seriously stand out. In order to mitigate these effects, it is of the utmost importance to monitor and act on humidification, heating, air-conditioning, and automatic air exchange (ventilation) systems in order to guarantee comfort and tranquility for the occupants of a closed environment. The objective of this work is to propose a system to act on two of the above mentioned factors: Thermal Comfort (temperature and humidity) and Air Quality (CO2 gas concentration). In order to develop a technology that is both efficient and inexpensive, it is proposed that a Wireless Sensor Network (WSN) be used for communication between networked equipment, the choice of low cost boards and sensors, and the use of Infrared for sending commands to air conditioning and humidifier devices. As well as the development of a supervisory system to control actions and data collection. The tests were carried out in the computer laboratory of FEARP / USP (Faculdade de Economia, Administra??o e Contabilidade de Ribeir?o Preto). The graphs of the quantities collected were presented, table with activities of the day, performances and Alerts of the system. The system presented good operability and reliability in the treatment of environmental variables of the room. / Na busca pelo conforto e qualidade de vida o homem tem permanecido mais de 90% do seu tempo em ambientes artificiais e estudos comprovam que muitas doen?as graves est?o ocorrendo por falta de um ambiente interno de qualidade. Al?m das consequ?ncias ? sa?de, ? observada a queda de desempenho do ser humano na realiza??o das tarefas cotidianas tais como atividade intelectual, laboral e outras. A literatura relata quatro fatores que mais impactam a qualidade de um ambiente: o T?rmico (temperatura e umidade adequados a suas atividades), o Visual (intensidade correta de luminosidade), a Ac?stica (n?vel baixo de ru?dos repetitivos) e a Qualidade do ar (n?veis de gases e part?culas de polui??o adequadas no ar). Destaca-se com maior gravidade dois desses fatores que s?o invis?veis, o T?rmico e a Qualidade do ar. No sentido de mitigar estes efeitos, ? de suma import?ncia, monitorar e atuar sobre os sistemas umidifica??o, aquecimento, ar-condicionado, troca de ar (ventila??o) de forma automatizada, no sentido de garantir conforto e tranquilidade para os ocupantes de um ambiente fechado. O objetivo deste trabalho ? propor um sistema para atuar sobre dois dos fatores acima relatados: o Conforto T?rmico (temperatura e umidade) e Qualidade do Ar (concentra??o do g?s CO2). No sentido de desenvolver uma tecnologia ao mesmo tempo eficiente e de baixo custo ? proposto a utiliza??o de Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) para comunica??o entre os equipamentos conectados em rede, a escolha de placas e sensores de baixo custo, uso de Infravermelho para envio de comandos aos dispositivos de ar-condicionado e umidificador, como tamb?m o desenvolvimento de um sistema supervis?rio para controle das a??es e coleta de dados. Os testes aconteceram no laborat?rio de inform?tica da FEARP/USP (Faculdade de Economia, Administra??o e Contabilidade de Ribeir?o Preto), foram apresentados os gr?ficos das grandezas coletadas, tabela com atividades do dia, Atua??es e Alertas do sistema. O sistema apresentou boa operacionalidade e confiabilidade no tratamento das vari?veis ambientais da sala.

O objetivo principal desta tese foi a implantação de uma nova estratégia para a integração da otimização em tempo real (RTO), com o controle preditivo multivariável em uma unidade de processo industrial. A solução proposta pode ser considerada como uma estratégia de uma camada, na qual os problemas de controle e otimização econômica são resolvidos simultaneamente, na mesma camada da estrutura de controle. Supondo que o objetivo econômico a ser maximizado (minimizado) seja uma função côncava (convexa) das entradas e saídas de processo, o controlador MPC com otimização econômica (OMPC) foi obtido através da inclusão do gradiente reduzido do objetivo econômico, na função objetivo do controlador preditivo. Esta abordagem foi testada inicialmente através da simulação do conjunto reator regenerador de uma Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido (UFCC). O controlador otimizador foi implementado com sucesso em uma coluna de destilação de tolueno, na Unidade de Recuperação de Aromáticos da refinaria de Cubatão da Petrobras. Este controlador está em funcionamento contínuo por cerca de um ano, sem qualquer problema relatado. Para a determinação das condições ótimas, um modelo rigoroso de coluna de destilação multicomponentes no estado estacionário é incluído no controlador preditivo para permitir o cálculo online do objetivo econômico. A trajetória prevista para o sistema de destilação até o ponto ótimo é calculada utilizando-se um modelo linear dinâmico, o qual foi obtido através de testes em degrau na planta real. O ponto ótimo obtido através da estratégia proposta leva em consideração as restrições nas entradas manipuladas e a faixa de controle para as saídas. O problema de otimização resultante para cálculo das ações de controle é uma QP, que pode ser facilmente resolvida com os solvers disponíveis. O MPC com otimização econômica foi implementado como um módulo do pacote SICON (Sistema de Controle da Petrobras). / This thesis was mainly aimed at the implementation of a new strategy for the integration of real time optimization (RTO) with multivariable predictive control in an industrial process system. The proposed strategy can be considered as a one-layer strategy where the control and economic optimization problems are solved simultaneously in the same layer of the control structure. Assuming that the economic objective to be maximized (minimized) is a concave (convex) function of the process inputs and outputs, the optimizing model predictive control (OMPC) was obtained through the inclusion of the reduced gradient of the economic objective in the control objective of the predictive controller. The approach was initially tested through the simulation of the reactorregenerator of a Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU). The optimizing controller has been successfully implemented in a toluene distillation column at the Aromatic Recovery Unit of the Cubatão refinery of Petrobras. This controller has been in continuous operation for about one year without any reported problem. For determining the optimum operating conditions, a steady-state rigorous multicomponent distillation model is included in the predictive controller to allow the on-line computation of the economic objective. The predicted trajectory of the distillation system towards the optimum point is computed with a linear dynamic model that was obtained through step tests in the real plant. The optimum point that is achieved with the proposed strategy takes into account the constraints in the manipulated inputs and the zone control of the outputs. The resulting optimization problem that produces the control actions is a QP that can be easily solved with available solvers. The optimizing MPC was implemented as a module of the SICON (Petrobras Control System) package.

O objetivo de estudo desta dissertação é apresentar uma metodologia para a realização de prognóstico e gerenciamento da saúde (Condition-Based Maintenance/Prognostic Health Management) de sistemas dinâmicos, assunto que vem crescendo de importância nas indústrias de forma global. O estudo de caso é realizado em um sistema de flap de uma aeronave regional acionado por motores CC sem escova, que foi modelado em MATLAB/SIMULINK. Através do modelo foi possível a realização do estudo de testabilidade e diagnosticabilidade das degradações e falhas do sistema e a implementação de técnicas de detecção de degradação através de controle estatístico de processo multivariável (MSPC), largamente utilizadas em diversas áreas da indústria. As técnicas de controle estatístico através de distâncias estatísticas, Hotelling';s T e Runger U, proporcionam uma medida de boa qualidade como mostrado nos resultados do estudo e pode ser usada para o prognóstico, como sugerido para trabalhos futuros.

A questão da segurança funcional das indústrias de processos vem recebendo uma atenção crescente pela comunidade científica mundial, uma vez que se observa a possibilidade de ocorrências de acidentes e as consequências indesejadas que estes acidentes têm provocado. Essas indústrias podem ser consideradas como parte de uma classe de sistemas denominados Sistemas Críticos, que são caracterizados pela possibilidade de ocorrência de falhas críticas, que resultam em acidentes com perdas de vidas humanas, danos ao meio ambiente e perdas financeiras envolvendo custos significativos de equipamentos e propriedades. Estes fatos justificam a necessidade de uma nova abordagem no que se refere ao design de processos, design de controle de processos, análise e controle de riscos e avaliação de riscos. Um dos desafios pertinentes à segurança funcional está associado a como vincular os cenários de acidentes aos requisitos para projetos de sistemas de controle relacionados à segurança das indústrias de processos de forma sistemática. Por sua vez, a possibilidade de ocorrência de eventos críticos e/ou eventos indesejados não observados ou ocultos, como fatores relevantes associados à evolução da sequência de eventos que culmina na ocorrência de um acidente. Neste contexto, o desafio está em aprimorar a eficácia destes sistemas de controle, que envolve o desenvolvimento de uma solução capaz de supervisionar o processo de evolução de falhas críticas, a fim de se garantir um nível de segurança funcional adequado e que esteja em conformidade com as normas internacionais aplicáveis IEC 61508 e IEC 61511. Portanto, estas considerações trazem novos requisitos para o projeto de sistemas de controle desta natureza, capaz de englobar modelos de acidentes e processos de evolução de falhas críticas. Uma solução é a consideração das abordagens de prevenção e mitigação de falhas críticas de forma integrada e interativa. Além disso é necessário abordar novas técnicas e conceitos para que se possa desenvolver um sistema de controle capaz de rastrear e atuar nos processos de evolução de falhas desta natureza. Uma possibilidade consiste em considerar o princípio de defesa em profundidade aliado à propriedade de diagnosticabilidade segura. O atendimento a este novo conjunto de requisitos não é trivial e se faz necessário integrar diferentes formalismos para o desenvolvimento de soluções adequadas. Portanto, este trabalho apresenta uma metodologia para o projeto de um sistema de controle baseado no conceito de segurança funcional para indústrias de processos, e que propõe: (i) uma arquitetura de controle para prevenção e mitigação de falhas críticas, (ii) extensão da classificação de barreiras de segurança focando na automação via sistemas instrumentados de segurança (SIS) (iii) framework para a síntese de sistemas de controle relacionados à segurança baseado em modelos de acidentes e que contempla os seguintes métodos: (a) elaboração do HAZOP, (b) construção de modelos de acidentes, (c) integração dos modelos de acidentes com o HAZOP e (d) geração dos algoritmos de defesa para a prevenção e mitigação de falhas críticas, a partir de técnicas de modelagem usando extensões da rede de Petri: Production Flow Schema (PFS) e Mark Flow Graph (MFG). A metodologia proposta foi verificada, a partir de exemplos de aplicação investigados na literatura. / The issue of the functional safety of process industries has been receiving increasing attention from the world scientific community, since it has stated the possibility of occurrences of the accidents and the related undesired consequences. These industries can be considered as part of a system class called critical systems, which are characterized by the occurrence of critical faults, which can result in accidents involving loss of life, damage to the environment, and financial losses involving equipment and property. These facts justify the need for a new approach that addresses: process design, process control design, risk analysis and control, and risk assessment. One of the challenges related to functional safety is associated with how to integrate accident scenarios to the requirements for the design of safety-related control systems of the process industries in a systematic way. Furthermore, there is the possibility of the occurrence of the unobserved or hidden undesired and / or critical events, as relevant factors associated to the evolution of the sequence of the events that corroborates in the occurrence of an accident. In this context, the challenge is to improve the effectiveness of these control systems, which involves the development of a solution capable of supervising the process of evolution of the critical and / or undesired events, in order to guarantee an adequate level of functional safety, and that complies with the applicable international standards IEC 61508 and IEC 61511. Therefore, these considerations bring new requirements for the design of control systems of this nature, capable of encompassing the accident models and the critical fault evolution processes. One solution is to consider critical fault prevention and mitigation approaches in an integrated and interactive way. In addition, it is necessary to addresses new techniques and concepts in order to develop a control system capable of tracking and acting in the evolution processes of faults of this nature. One possibility is to consider the principle of defense-in-depth coupled with the property of safe diagnosability. The fulfillment of this new set of requirements is not trivial and it is necessary to integrate different formalisms for the development of adequate solutions. Therefore, this work presents a methodology for the design of a safety-related control systems based on the concept of functional safety for the process industries, which proposes: (i) a control architecture for the prevention and mitigation of the critical faults, (ii) an extension of the classification of the safety barriers focusing on automation via safety instrumented system (SIS), (iii) a framework for the synthesis of the safety-related control systems based on accident models and which includes the following methods: (a) elaboration of the HAZOP study, (b) construction of the accident models, (c) integration of the accident models with the HAZOP study, and (d) generation of the defense algorithms for the prevention and mitigation of the critical faults, via modeling techniques using extensions of the Petri net: Production Flow Schema (PFS) and Mark Flow Graph (MFG). The proposed methodology was verified, from application examples investigated in the literature.

The problem of designing control systems for entire plants is studied. A review of previous works, available techniques and current research challenges is presented, followed by the description of some theoretical tools to improve plantwide control, including the proposal of an augmented lexicographic multi-objective optimization procedure. With these, an augmented hierarchical plantwide control design technique and an optimal multi-objective technique for integrated control structure selection and controller tuning are proposed. The main contributions of these proposed techniques are the inclusion of system identification and optimal control tuning as part of the plantwide design procedure for improved results, support to multi-objective control specifications and support to any type of plant and controllers. Finally, the proposed techniques are applied to industrial benchmarks to demonstrate and validate its applicability. / O problema de projetar sistemas de controle para plantas inteiras é estudado. Uma revisão de trabalhos anteriores, técnicas disponíveis e atuais desafios de pesquisa é apresentada, seguida da descrição de algumas ferramentas teóricas para melhorar o controle plantwide, incluindo a proposta de um procedimento de otimização multi-objetivo lexicográfico aumentado. Com tais elementos, são propostas uma nova técnica hierárquica aumentada de projeto de sistemas de controle plantwide e uma técnica multi-objetivo para seleção de estrutura de controlador integrada à sintonia ótima do controlador. As principais contribuições das técnicas propostas são a inclusão de identificação de sistemas e sintonia ótima de controladores como parte do procedimento de projeto de controle plantwide para melhores resultados, suporte a especificações multi-objetivo e suporte a quaisquer tipos de plantas e controladores. Finalmente, as técnicas propostas são aplicadas a benchmarks industriais para demonstrar e validar sua aplicabilidade.