Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2369_DissertacaoMestradoTatianePolicarioChagas.pdf: 1122274 bytes, checksum: 4a2f106d9c3e815c741c0242ec49baa4 (MD5) Previous issue date: 2007-10-30 / Neste trabalho são discutidos métodos para diagnóstico, quantificação e compensação de histerese em válvulas de controle pneumáticas. A histerese é medida através de métodos off-line conhecidos e comparada ao método on-line, com resultados semelhantes. Os testes são feitos via simulação de modelos matemáticos conhecidos da literatura e com uma válvula real atuando sobre um processo. A histerese é medida e seu efeito é compensado na malha de controle, reduzindo assim a oscilação da variável do processo. O atrito estático é estimado pelo método off-line, sendo que no método on-line é estimado junto com a histerese. Os resultados em simulação e em testes reais demonstram que a estimação da histerese seguida da compensação permitem reduzir as oscilações da saída do processo, o valor do índice IAE e o número de reversões da válvula.

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:00:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10163_dissertação_Marcus_Final.pdf: 1595922 bytes, checksum: e550fa281295a5776160ee86eafd29d1 (MD5) Previous issue date: 2016-08-09 / Muitas técnicas de monitoramento de processos usando abordagens estatísticas assumem que os dados possuem uma distribuição normal. Além disso, várias destas técnicas requerem que a operação da planta se mantenha na mesma região, resultando na geração de um número elevado de falsos alarmes caso não sejam satisfeitas. Neste trabalho, uma técnica robusta de agrupamento de dados é utilizada para tratar plantas operando em múltiplos pontos de operação. A metodologia é aplicada à detecção de falhas em internos de válvulas de controle, que pertence a esta classe de problema. Além disto, a falha considerada é de difícil detecção dada à dificuldade de instalar sensores para tal. Para avaliação da metodologia estudada, foi utilizado o benchmark DAMADICS. A técnica de agrupamento apresentada tem a capacidade de lidar com um determinado percentual de dados espúrios que podem surgir, inclusive em situações transitórias. Essa característica otimiza a etapa de pré-tratamento dos dados. Uma comparação com o método tradicional (sem agrupamento) é realizado destacando suas características e superioridade.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2819_TeseDoutoradoMarcoAntoniodeSouzaLeiteCuadros.pdf: 2555686 bytes, checksum: 8b6eb5a566c793b231356f6ac6d1220a (MD5) Previous issue date: 2011-10-27 / As válvulas de controle são atuadores bastante comuns na indústria e são elementos importantes nas malhas de controle. O stiction, do inglês static + friction, é uma não linearidade presente nas válvulas de controle que provoca o aumento da variabilidade do processo, prejudicando o desempenho, produzindo perdas na qualidade, gasto de matéria prima e queda na rentabilidade da produção. O stiction representa o atrito presente na válvula, que aumenta com o desgaste da mesma. A primeira contribuição deste trabalho é a proposta de uma nova metodologia para a quantificação do stiction para situações em que o gráfico da variável do processo e da saída do controlador tenha forma de paralelogramo. Para este padrão o método apresenta resultados menos conservativos em comparação com outros métodos de quantificação de abordagem semelhante. Além disto, uma proposta para a estimativa do slipjump a partir do conhecimento do modelo do processo é discutida. A metodologia proposta requer apenas dados de operação, sem a necessidade de testes invasivos. A aplicação a simulações, dados de plantas industriais e uma planta-piloto demonstram a aplicabilidade e a superioridade da contribuição. A segunda contribuição é a proposta de três novos métodos de compensação de stiction que melhoram o desempenho da variável do processo sem o efeito negativo de aumentar a variabilidade no movimento da haste da válvula, algo comum em outros métodos desta natureza. O primeiro método proposto avalia o processo através de um degrau com o objetivo de encontrar o valor do sinal de controle para aproximar o erro a zero, através de um procedimento realizado em cinco passos. O segundo método aproxima o erro a zero através da aplicação de um sinal suave à válvula, seguido de um sinal de freio no instante em que a variável de processo se aproxima da referência. O terceiro método aplica um sinal pulsante à válvula para minimizar o erro, de forma similar ao método conhecido por knocker. Entretanto, é proposta uma estratégia para detectar o instante em que o erro é mínimo e sinal pulsante possa parar mantendo o erro mínimo. Isto torna o método mais adequado para tratar perturbações e variações de setpoint. Os métodos de compensação são analisados através de sua aplicação em exemplos de simulação e numa malha de vazão de uma planta piloto.

Este trabalho dedica-se ao desenvolvimento de um modelo matemático de uma planta piloto de vazão tendo em conta as não linearidades mais significativas no sistema como perdas de carga nos instrumentos e o efeito de atrito nas válvulas de controle. Este efeito foi modelado com procedimentos que foram estudados previamente em outras pesquisas e que neste documento vão ser brevemente descritos. Para realizar a modelagem se usaram valores fornecidos pelos fabricantes dos instrumentos para o modelo ser o mais próximo da realidade. Foram realizados testes comparativos em estado transitório e estacionário para avaliar e validar o desempenho do modelo e propor futuras melhorias que podem ser realizadas no modelo e na planta. / This work will develop a mathematic model of a flow pilot plant taking into account the most significant non-linearities in the system as load loses in the instruments and the effect of friction in the control valves. This effect was modeled with procedures that were studied in other researches and they will be briefly described. The modeling work was done using the values supplied by the manufacturers for the model to be as close to reality. Comparative tests were performed, on transient and steady-state in order to evaluate and validate the performance of the model and propose future improvements that can be made in the model and the plant.

A variabilidade é um problema presente na maioria das malhas de controle de processos industriais, trazendo prejuízo ao causar perda de produtividade e utilização excessiva de matéria prima e energia. Muitas vezes ela é causada pela presença do atrito em válvulas de controle, os atuadores mais usados em processos industriais. Há uma série de métodos propostos para diagnosticar as perturbações causadas pelo atrito nas válvulas, classificados em intrusivos e não-intrusivos. Neste trabalho, foram estudados dois métodos intrusivos. Eles foram aplicados de maneira automática em simulações computacionais, que foram realizadas em um sistema híbrido de teste (HIL) de uma planta de vazão, com dois níveis de atrito da válvula, e também em um ambiente inteiramente simulado, visando analisar o desempenho dos dois métodos. Os resultados obtidos com ambos os métodos foram satisfatórios, muito embora um dos métodos tenha confundido os efeitos gerados pelo atrito com os produzidos por má sintonia do controlador da malha. / The variability is a problem present on the most of control loops in industrial processes. It causes losses in plant productivity and in material and energy usage. Many times it is caused by the presence of friction in control valves, the most used actuator in industrial processes. There are many methods proposed to diagnose the disturbances caused by control valve friction, which are classified in intrusive and non-intrusive. In this work, two intrusive methods are studied. They were applied automatically by computer simulations that were performed in a hybrid test system (HIL) of a flow plant, with two valve friction levels. Additionally they were applied in a completely simulated environment, aiming at analyzing the performance of both methods. The results with the two methods were satisfactory, although one of the methods has not separated the effects generated by the friction from the ones produced by a bad tuning of the loop controller.

O atrito é uma não-linearidade que geralmente produz o mau desempenho de um sistema mecânico com partes móveis. Neste trabalho, o elemento mecânico estudado é a válvula de controle de processos, que é o elemento final de controle mais empregado nas indústrias de processo. A presença de atrito na válvula eleva a variabilidade da malha de controle, gerando impacto em toda a cadeia produtiva da planta, devido, principalmente, ao aumento do consumo de energia e à rejeição de produto final fora de especificação. Desta forma, os estudos visando a redução de variabilidade passaram a ter uma importância econômica muito grande, pois causam impacto direto na lucratividade do negócio. Muitos estudos foram realizados visando diagnosticar, medir e compensar o atrito. Neste trabalho, se implementam técnicas propostas na literatura para compensação de atrito em válvulas de controle. Para avaliar seu desempenho, são apresentadas as conclusões obtidas nos experimentos e são propostas possíveis implementações futuras, seguindo esta linha de pesquisa. / Friction is a nonlinearity that generally produces bad performance of a mechanical system with moving parts. In this work, the studied mechanical element is the process control valve, which is the most used final control element in process industries. The presence of friction in control valves increases control loop variability, generating impact in all plant productive chain, due to the increase of energy consumption and rejection of end product that is out of specification. In such a way, we can see that the studies aiming variability reduction had started to have a great economic importance, due to its direct impact in business profitability. Many studies have been done aiming friction diagnosis, measurement and compensation. In this work, techniques that have been proposed on the literature for friction compensation in control valves are implemented. The conclusions obtained in the experiments are presented to evaluate the performance of the compensators and possible future implementations are proposed, following this research line.

As válvulas de controle são os elementos finais da grande maioria das malhas de controle existentes na indústria. Além disso, sabe-se que o atrito pode causar variabilidade na malha em questão, o que geralmente é indesejável para o desempenho do processo. Ademais, cerca de 20 a 30% das oscilações nas malhas de controle são causadas por atrito ou histerese. Outro ponto relevante é que muitas vezes não é possível realizar a manutenção da válvula que esteja apresentando uma variabilidade considerável, já que muitas vezes não é desejado e nem possível parar o processo em questão para o reparo da válvula. Dessa forma, o estudo de métodos de compensação de atrito se faz necessário como uma maneira de melhorar o desempenho da malha de controle nesta situação até que seja feita a manutenção da planta industrial. Este trabalho apresenta controladores com compensação de atrito e analisa seu desempenho comparado com outros compensadores já conhecidos e amplamente utilizados, através de ensaios na Planta Piloto de Vazão da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. / The control valves are the final elements of most of the control loops in industry. Besides, the friction can cause variability in the process, which is an undesirable situation. Furthermore, about 20% to 30% of the oscillations in control loops are caused by friction or hysteresis. Another relevant fact is that much times it is not possible to make the maintenance of the valve that is under a considerable variability, because it is not desirable nor possible to stop the process to make the maintenance of the control valve. Thereby, studying friction compensation methods is necessary as a way to improve the control loop performance in this situation until the industrial plant maintenance is made. This dissertation presents controllers with friction compensation and analyzes its performances compared with other known and widely used compensators through experiments made at the Flow Pilot Plant of Polytechnic School of University of São Paulo.

Considerando a segurança e extensão da vida de uma planta industrial, especificamente das válvulas de controle de processo, o estudo de confiabilidade de componentes é um ponto importante a ser investigado em usinas nucleares e em outras áreas, tais como refinaria ou plataforma de petróleo offshore. O desenvolvimento de monitorização não intrusiva e método de diagnóstico possibilita a identificação de defeitos em componentes da planta durante sua operação normal. O objetivo deste trabalho é apresentar uma análise e diagnóstico de válvulas de controle de uma planta de vapor que simula parte do circuito secundário de um reator de água pressurizada. Esta instalação faz parte do laboratório de testes de equipamentos de propulsão da Marinha do Brasil, em Iperó-SP. A metodologia utilizada no projeto é baseada na análise gráfica de dois parâmetros: a pressão de ar do atuador da válvula e o deslocamento de seu obturador. Estes dados são extraídos por um posicionador inteligente do Sistema de Automação Delta VTM. É implementada uma análise para detecção de anomalias por meio de uma abordagem que utiliza Sistemas Especialistas baseados na Lógica Fuzzy, considerando regras e conhecimento de inteligência artificial (IA). Uma vez que as medidas de base de válvulas de controle são tomadas, é possível detectar sintomas de falha, vazamento, atrito, fricção, danos, etc. O monitoramento e o sistema de diagnóstico foram projetados utilizando o programa MATLAB® versão 2009a com o FUZZY LOGIC TOOLBOX, que é um pacote integrante de subrotinas dedicado à lógica nebulosa. A monitoração e o diagnóstico das válvulas de controle são realizados por meio de uma técnica não-invasiva. Desta maneira, é possível conhecer o real status da válvula. O software ValveLink® (desenvolvido pela empresa EMERSON) recebe sinais do componente de hardware, posicionador inteligente, o qual é instalado ao lado da válvula de controle de processos. Estes sinais (corrente eléctrica) transformados em informação são utilizados como parâmetros de entrada: Pressão de ar do atuador e deslocamento do obturador da válvula. Com o uso da lógica fuzzy, esses parâmetros são interpretados. Eles sofrem inferências por regras escritas por especialistas em válvulas. Após essas inferências, as informações são tratadas e enviadas como sinais de saída. Esses sinais contém a informação de diagnóstico do estado da válvula. / The question of components reliability, specifically process control valves, has become an important issue to be investigated in nuclear power plants and other areas such as refinery or offshore oil rig, considering the safety and life extension of the plant. The development of non-intrusive monitoring and diagnostic method allows the identification of defects in components of the plant during normal operation. The objective of this dissertation is to present an analysis and diagnosis of control valves of a steam plant part that simulates the secondary circuit of a pressurized water reactor. This installation is part of propulsion equipment testing laboratory of the Brazilian Navy, at Iperó-SP. The methodology for design is based on graphical analysis of two parameters, the valve air pressure actuator and the displacement of the valve plug. These data are extracted by a smart positioner, part of Delta VTM Automation System. An analysis is implemented in detecting anomalies by an approach using Expert Systems by the technique of fuzzy logic. Once the basic measures of control valves are taken, it is possible to detect symptoms of failure, leakage, friction, damage, etc. The monitoring and diagnostic system has been designed in MATLAB® version 2009th by the complement \"FUZZY LOGIC TOOLBOX \". It is a noninvasive technique. Thus, it is possible to know what is happening with the chosen components, just analyzing the parameters of the valve. The software called ValveLink® (developed by Emerson) receives signals from hardware component (intelligent positioner) installed next to the control valve. These signals (electrical current) are transformed into information which are used input parameters: air pressure valve actuator and valve plug displacement. With the use of fuzzy logic, these parameters are interpreted. They suffer inferences by rules written by experts in valves. After these inferences, the information is processed and sent as output signals. These signals lead to diagnostic information of the state of the valve.

A variabilidade é um problema presente na maioria das malhas de controle de processos industriais, trazendo prejuízo ao causar perda de produtividade e utilização excessiva de matéria prima e energia. Muitas vezes ela é causada pela presença do atrito em válvulas de controle, os atuadores mais usados em processos industriais. Há uma série de métodos propostos para diagnosticar as perturbações causadas pelo atrito nas válvulas, classificados em intrusivos e não-intrusivos. Neste trabalho, foram estudados dois métodos intrusivos. Eles foram aplicados de maneira automática em simulações computacionais, que foram realizadas em um sistema híbrido de teste (HIL) de uma planta de vazão, com dois níveis de atrito da válvula, e também em um ambiente inteiramente simulado, visando analisar o desempenho dos dois métodos. Os resultados obtidos com ambos os métodos foram satisfatórios, muito embora um dos métodos tenha confundido os efeitos gerados pelo atrito com os produzidos por má sintonia do controlador da malha. / The variability is a problem present on the most of control loops in industrial processes. It causes losses in plant productivity and in material and energy usage. Many times it is caused by the presence of friction in control valves, the most used actuator in industrial processes. There are many methods proposed to diagnose the disturbances caused by control valve friction, which are classified in intrusive and non-intrusive. In this work, two intrusive methods are studied. They were applied automatically by computer simulations that were performed in a hybrid test system (HIL) of a flow plant, with two valve friction levels. Additionally they were applied in a completely simulated environment, aiming at analyzing the performance of both methods. The results with the two methods were satisfactory, although one of the methods has not separated the effects generated by the friction from the ones produced by a bad tuning of the loop controller.

O atrito é uma não-linearidade que geralmente produz o mau desempenho de um sistema mecânico com partes móveis. Neste trabalho, o elemento mecânico estudado é a válvula de controle de processos, que é o elemento final de controle mais empregado nas indústrias de processo. A presença de atrito na válvula eleva a variabilidade da malha de controle, gerando impacto em toda a cadeia produtiva da planta, devido, principalmente, ao aumento do consumo de energia e à rejeição de produto final fora de especificação. Desta forma, os estudos visando a redução de variabilidade passaram a ter uma importância econômica muito grande, pois causam impacto direto na lucratividade do negócio. Muitos estudos foram realizados visando diagnosticar, medir e compensar o atrito. Neste trabalho, se implementam técnicas propostas na literatura para compensação de atrito em válvulas de controle. Para avaliar seu desempenho, são apresentadas as conclusões obtidas nos experimentos e são propostas possíveis implementações futuras, seguindo esta linha de pesquisa. / Friction is a nonlinearity that generally produces bad performance of a mechanical system with moving parts. In this work, the studied mechanical element is the process control valve, which is the most used final control element in process industries. The presence of friction in control valves increases control loop variability, generating impact in all plant productive chain, due to the increase of energy consumption and rejection of end product that is out of specification. In such a way, we can see that the studies aiming variability reduction had started to have a great economic importance, due to its direct impact in business profitability. Many studies have been done aiming friction diagnosis, measurement and compensation. In this work, techniques that have been proposed on the literature for friction compensation in control valves are implemented. The conclusions obtained in the experiments are presented to evaluate the performance of the compensators and possible future implementations are proposed, following this research line.