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Title: Utilização de uma ferramenta para seleção automática de estruturas de controle para plantas de processos.
Other Titles: Use of a tool for automatic selection of control structures for process plants.
???metadata.dc.creator???: SILVA, Sidinei Kleber da.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: ARAÚJO, Antônio Carlos Brandão de.
ALVES, José Jaílson Nicácio.
???metadata.dc.contributor.referee1???: CAMPOS, Mario Cesar Mello Massa de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: VASCONCELOS, Luis Gonzaga Sales.
???metadata.dc.contributor.referee3???: BRITO, André Luiz Fiquene de.
Keywords: Controle Plantwide;Controle Auto-Otimizável;Mínimo Valor Singular;PRO/11;Linguagem de VBA;Plantas de Processos;Estruturas de Controle;Plantwide Control;Self-Optimize Control;Control Structures;Minimum Singular Value;VBA Language;Process Plants
Issue Date: Sep-2013
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SILVA, Sidinei Kleber da. Utilização de uma ferramenta para seleção automática de estruturas de controle para plantas de processos. 2013. 98 f. (Tese de Doutorado em Engenharia Química), Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2013.
???metadata.dc.description.resumo???: Na indústria química e muito comum, e indispensável, o uso de sistemas de controle para manter o processo funcionando de maneira continua e de forma que o produto final esteja dentro das especificações predeterminadas e de forma segura. Contudo, a crescente demanda e competitividade na industria de processos requer uma operação otimizada e uma melhor utilização das matérias primas e da energia, e a questão chave e como alcançar esses objetivos sem a necessidade de grandes investimentos de capital. A dificuldade em se manter a planta controlada também se da devido, ainda, a aplicação de malhas de controle observando-se o processo localmente e não de forma integrada. O problema aumenta quando se tem uma planta de processos com grande integração mássica e energética. onde pequenos distúrbios no ciclo de operação, quando se propagam para toda a planta. podem desestabilizar um processo previamente estabilizado, exigindo-se, desta forma, uma estrutura de controle mais robusta. Quando se fala na aplicação de uma estrutura de controle onde haja uma abordagem na planta como um todo, define-se uma estrutura "plantwide. Métodos de determinação de estruturas de controle tem sido apresentados na literatura. Em contrapartida, existem metodologias que apresentam um embasamento matemático bastante profundo, como por exemplo, o apresentado por Skogestad onde o usuário devera aplicar uma serie de etapas obedecendo a uma determinada ordem para selecionar, alem da estrutura de controle, as "melhores" variáveis que deverão ser controladas e manipuladas de forma a tornar a planta "auto otimizável". O procedimento pode ser aplicado com auxilio de simuladores comerciais (e.g. AspenPlus) obtendo-se resultados convergentes ou mais adequados se comparados com outras metodologias (e.g. Luyben). Desta forma, motivado pelo contexto exposto, o presente trabalho aborda a construção e utilização de uma ferramenta (Interface de Programação Aplicada) em linguagem VBA com interface no Excel" utilizando a metodologia e os conceitos matemáticos encontrados na literatura. O objetivo e apresentar um meio facilitador de se obter possíveis arranjos de variáveis controladas baseado nos procedimentos disponíveis na literatura. A ferramenta se comunica através da tecnologia COM (Component Object Model) do sistema Windows" com o simulador de processos químicos estacionários PRO/Il . A matriz ganho, bem como o calculo da matriz Hessiana, necessárias para aplicação do método, são obtidas através da utilização do método "Akima Spline" (do pacote de álgebra linear, Alglib") ou através do método da extrapolação de Richardson. Para obtenção dos melhores conjuntos de variáveis, apos construção da matriz ganho, com base no método local do minimo valor singular proposto por Skogestad, e aplicado o procedimento de otimização "branch-and-bound". Os resultados apresentados indicam a viabilidade da aplicação de conteúdos teóricos complexos em uma ferramenta de manipulação simples para o usuário, com a qual serão obtidos os melhores possíveis conjuntos de variáveis controladas para construção de estruturas de controle "plantwide" para plantas de processo.
Abstract: In the chemical industry is very common, and essential, the use of control systems to keep the process running continuously and so that the final product is within the predetermined specifications and safely. However, the growing demand and competitiveness in the industry of processes requires an optimized operation and better use of raw materials and energy, and the key question is how to achieve these objectives without the need for large capital investments. The difficulty in maintaining the controlled plant also gives due also to the application of control loops observing the process locally rather than in an integrated manner. The problem increases when you have a process plant with large mass and energy integration, where small disturbances in the operating cycle, when spread to the whole plant, can destabilize a process previously stabilized, requiring, in this way, a more robust control structure. When it comes to the application of a control structure where there is an approach in the plant as a whole, a plantwide structure. Methods of determination of control structures have been presented in the literature. On the other hand, there are methodologies that have a very deep mathematical basis, such as presented by Skogestad where the user must apply a series of steps according to a certain order to select, in addition to the control structure, the "best" variables that should be controlled and manipulated in order to make the plant selfoptimized. The procedure can be applied with the aid of commercial simulators (e.g. AspenPlus ) converging or results obtained more suitable if compared with other methodologies, like applied by Lyuben. In this way, motivated by the context, this work addresses the construction and application of a tool (Applied Programming Interface) in VBA language with interface in Excel® using the methodology and mathematical concepts found in literature. The goal is to provide a means of obtaining possible facilitator variable controlled arrangements based on the procedures available in the literature. The tool communicates through Component Object Model (COM) technology from Windows" system with the stationary chemical process simulator PRO/Il". The array gain, as well as the calculation of the Hessian matrix, which are necessary for the application of the method, is obtained through the use of the Akima Spline method (linear algebra package, Alglib'*) or through the method of Richardson extrapolation. To obtain the best sets of variables, after construction of the array gain, based on local minimum singular value method proposed by Skogestad, optimization procedure is applied the branch-and-bound. The results indicate the feasibility of application of complex theoretical contents in a simple manipulation tool for the user, which will be obtained the best possible sets of variables tracked for building control plantwide structures for process plants.
Keywords: Controle Plantwide
Controle Auto-Otimizável
Mínimo Valor Singular
PRO/11
Linguagem de VBA
Plantas de Processos
Estruturas de Controle
Plantwide Control
Self-Optimize Control
Control Structures
Minimum Singular Value
VBA Language
Process Plants
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/11033
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química.

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