METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE

1
METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE
MALHAS DE CONTROLE

• Mauricio Moreno - COPENE
• Ricardo Kalid LACOI DEQ UFBA
• kalid_at_ufba.br ou LACOI_at_ufba.br

2
Ferramentas para Aumento da
ProdutividadeObjetivos Ferramentas

• Maximização do Lucro
• Minimização dos Custos
• Melhoria da Qualidade
• Aumento da Segurança Operacional
• Diversificação da Produção
• Aumento da Produção

• Troca da tecnologia
• Aperfeiçoamento do processo
• Melhoria da gestão
• Otimização da produção
• Controle Estatístico do Processo (CEP)
• Controle Automático do Processo (CAP)

3
Pirâmide de Automação
PROCESSO
ORGANIZAÇÃO
4
Elos do projeto do sistema de controle
Dependente do hardware
Independente do hardware
Por onde começar?
Pelo processo, não há duvida!!

• Implementação não é trivial!!!!

5
Elos da melhoria do sistema de controle
Por onde começar?
Pelo processo, não há duvida!! Mas na maioria das
vezes o engenheiro ou técnico se esquece de
PEQUENO detalhe.
6
Sucesso está nos detalhes!

• Fornecedores de tecnologia não divulgam
• Por quê?

!!!!
7
CAP Controle Automático de Processos
8
CAP Sofisticado?Perguntas

• O processo pode ser controlado?
• A instrumentação de campo é adequada?
• A estrutura de controle atual é eficiente?
• Outras estratégias serão mais eficazes?
• A sintonia dos controladores é correta?
• Qual a relação custo/benefício atual e qual a
  esperada com a sofisticação do sistema de
  controle?

9
O processo pode ser controlado?

• Processos com integração energética, mas sem
  equipamentos pulmões
• Faixas de operação restritas, menores que a
  resolução dos instrumentos
• Áreas de trocas térmicas pequenas, em regime
  transiente

10
A instrumentação de campo é adequada?

• Os elementos primários de medição são
  apropriados?
• Os elementos primários estão instalados
  corretamente?
• Os elementos finais de controle estão
  dimensionados corretamente?
• A manutenção dos sensores e válvulas é realizada
  periodicamente?

11
A estrutura de controle atual é eficiente?

• As variáveis controladas (PV) e manipuladas (MV)
  são as mais indicadas?
• Os pares PV-MV são os mais apropriados?
• A documentação das malhas de controle está
  correta?
• As variáveis medidas são coletadas nos locais
  adequados?

12
A sintonia dos controladores é correta?

• Mesmo operando em malha fechada, a sintonia atual
  é a mais adequada do ponto de vista econômico?
• Qual a metodologia utilizada para sintonizar os
  controladores?
• Quando foi realizada a última verificação da
  sintonia? As condições operacionais se
  modificaram?

13
Outras estratégias serão mais eficazes?
14
Outras estratégias serão mais eficazes?
15
Outras estratégias serão mais eficazes?
16
Outras estratégias serão mais eficazes?
17
Outras estratégias serão mais eficazes?
18
Outras estratégias serão mais eficazes?
19
Outras estratégias serão mais eficazes?
20
Outras estratégias serão mais eficazes?
21
Outras estratégias serão mais eficazes?
22
Outras estratégias serão mais eficazes?
23
Qual a relação custo/benefício atual e qual a
esperada com a sofisticação do sistema de
controle?Onde sofisticar?

• Alto consumo de matéria-prima
• Alto consumo de energia
• Produção elevada
• Produtos de grande valor econômico
• Limites operacionais rígidos
• Produção diversificada e flexível

24
Sintonia? Não! Desempenho da malha? SIM
muitas perguntas,
uma solução...
ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
25
ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
de acordo com o Plano Estratégico e Plano Diretor
de Automação
1. Definição dos objetivos
Entrevista com operadores e eng. Documentos (PFD,
PI, manuais, artigos, livros, etc). Experiências
de projetistas
2. Estudo qualitativo do processo
3. Estudo QUANTITATIVO do processo em malha
aberta
Modelos do processo Balanços de massa e
energia Funções de transferência Redes neurais,
etc
4. Projeto QUANTITATIVO do sistema de controle
Modelagem e simulação dinâmica Índices (RGA, MRI,
CN, RPN) Método SINTONIA ÓTIMA
5. Validação QUANTITATIVA do sistema de controle
Ruído, histerese, perturbações simultâneas, erros
de modelagem Modelos lineares empíricos Modelos
não-lineares
6. Implementação na planta e ajuste fino
26
ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
PROCESSO
Reconciliação de dados
3. Estudo QUANTITATIVO do processo em malha
aberta
Simulação Fenomenológica
malha fechada
malha aberta
4. Projeto QUANTITATIVO do sistema de controle
5. Validação QUANTITATIVA do sistema de controle
Simulação linear Funções de transferência
Projeto do sistema de controle
27
SintoniaExperiência e Metodologia

• Ênfase processo/ equipamento
• Remoção das limitações (qual a causa raiz)
• Instrumentação
• Processo
• Estrutura de controle (PVs, MVs e PV-MV)
• Algoritmo de controle
• Conhecimento
• Operadores
• Engenheiros
• Relatórios técnicos
• Simulação
• Artigos e livros (poucos com casos industriais,
  porque?)
• Metodologia utilizando modelos matemáticos

28
Perturbação periódica
29
Teste dinâmico em malha aberta
30
METODOLOGIA QUANTITATIVA
PROCESSO
MODELO FENOMENOLÓGICO
malha fechada
VALIDAÇÃO
MODELO LINEAR SIMPLIFICADO
malha aberta
DESENVOLVIMENTO
ESTIMATIVA INICIAL DA SINTONIA
SINTONIA ÓTIMA
31
Aplicações da metodologia

• COPENE Cursos de Especialização (CEASI e
  CECAPI) com aplicações em processos reais 11
  processos
• GRIFFIN
• POLITENO
• DOW
• PETROBRAS

32
Aplicações

• Coluna de destilação de isômeros da GRIFFIN
• 15 anos em malha aberta
• Instrumentação - OK
• Processo - OK
• Estrutura de controle (PVs, MVs e PV-MV) - OK
• Algoritmo de controle - OK
• SINTONIA? - CAUSA RAIZ
• Resultados
• Malha fechou na primeira implementação
• Ganho do controlador 10 vezes maior que o típico
• Tempo integral 20 vezes maior que o típico
• Retorno econômico US 100.000/ano em vapor

33
Aplicação da metodologia em OTIMIZAÇÃO

• Operação do reator da OPP em baixa carga
• Condição operacional atípica
• Instrumentação - OK
• Processo - CAUSA RAIZ
• Estrutura de controle (PVs, MVs e PV-MV)
• Algoritmo de controle
• Sintonia
• Resultados
• Mudança na política operacional
• Retorno econômico R 4100.000/ano em etileno

34
METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE
MALHAS DE CONTROLE

• ABORDAGEM QUANTITATIVA
• SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
• Ricardo Kalid LACOI DEQ UFBA
• kalid_at_ufba.br ou LACOI_at_ufba.br