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@ufba.br ou LACOI@ufba.br

2. 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) Ferramentas para Aumento da ProdutividadeObjetivosFerramentas

3. ERP Otimização Model Predictive Control Controle avançado no SDCD Controle básico Instrumentação (sensores e atuadores) Pirâmide de Automação PROCESSO ORGANIZAÇÃO

4. Algoritmos de controle e configuração do SDCD Estrutura do sistema de controle Infra-estrutura de Hardware Sintonia do controlador Projeto do processo Elos do projeto do sistema de controle Implementação não é trivial!!!! Dependente do hardware Independente do hardware Por onde começar? Pelo processo, não há duvida!!

5. Algoritmos de controle e configuração do SDCD Estrutura do sistema de controle Infra-estrutura de Hardware Sintonia do controlador Análise do processo 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. QUALIDADE Controladores (PID) PID + Ctrl. Avançado +Controle Preditivo Multivariável (MPC) PID + Ctrl. Avançado (Feedforward + Inferencial + Ganho Programado + ...) PID + CA +MPC +Otimização Investimento Inicial Investimento Inicial Investimento Inicial Investimento Inicial SEGURANÇA QUANTIDADE 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, P&I, 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. METODOLOGIA QUANTITATIVA PROCESSO MODELO FENOMENOLÓGICO VALIDAÇÃO malha fechada MODELO LINEAR SIMPLIFICADO DESENVOLVIMENTO malha aberta ESTIMATIVA INICIAL DA SINTONIA SINTONIA ÓTIMA

28. Aplicações da metodologia • COPENE – Cursos de Especialização (CEASI e CECAPI) com aplicações em processos reais – 11 processos • GRIFFIN • POLITENO • DOW • PETROBRAS

29. 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

30. 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

31. METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE ABORDAGEM QUANTITATIVA SISTÊMICA E SISTEMÁTICA Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou LACOI@ufba.br