METODOLOGIA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE MALHAS DE CONTROLE Mauricio Moreno - COPENE Ricardo Kalid LACOI – DEQ – UFBA kalid@ufba.br ou LACOI@ufba.br

Ferramentas para Aumento da Produtividade Objetivos 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)

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

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

Elos da melhoria do sistema de controle Sintonia do controlador Algoritmos de controle e configuração do SDCD Infra-estrutura de Hardware Estrutura do sistema de controle Análise do processo Por onde começar? Pelo processo, não há duvida!! Mas na maioria das vezes o engenheiro ou técnico se esquece de PEQUENO detalhe.

Sucesso está nos detalhes! Fornecedores de tecnologia não divulgam Por quê? $$$!!!!

CAP: Controle Automático de Processos QUALIDADE QUANTIDADE SEGURANÇA Investimento Inicial PID + CA + MPC + Otimização Controladores (PID) Investimento Inicial Investimento Inicial PID + Ctrl. Avançado + Controle Preditivo Multivariável (MPC) PID + Ctrl. Avançado (Feedforward + Inferencial + Ganho Programado + ...) Investimento Inicial

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?

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

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?

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?

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?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

Outras estratégias serão mais eficazes?

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

Sintonia? Não! Desempenho da malha? SIM muitas perguntas, uma solução... ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA

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

ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA PROCESSO Reconciliação de dados 3. Estudo QUANTITATIVO do processo em malha aberta Simulação Fenomenológica malha fechada 4. Projeto QUANTITATIVO do sistema de controle malha aberta 5. Validação QUANTITATIVA do sistema de controle Simulação linear Funções de transferência Projeto do sistema de controle

Sintonia: Experiência 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

Perturbação periódica

Teste dinâmico em malha aberta

METODOLOGIA QUANTITATIVA PROCESSO MODELO FENOMENOLÓGICO VALIDAÇÃO malha fechada MODELO LINEAR SIMPLIFICADO DESENVOLVIMENTO malha aberta ESTIMATIVA INICIAL DA SINTONIA SINTONIA ÓTIMA

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

Aplicações Coluna de destilação de isômeros da GRIFFIN Resultados 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

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

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