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Title: Diagnose de falhas e gestão de alarmes em sistemas de instrumentação e controle industriais.
Other Titles: Fault diagnosis and alarm management in industrial instrumentation and control systems.
???metadata.dc.creator???: ALEXANDRE, Gerônimo Barbosa.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LIMA, Antonio Marcus Nogueira.
???metadata.dc.contributor.referee1???: MORAIS, Marcos Ricardo Alcântara.
Keywords: Gestão de alarmes;Diagnose de falhas - sistemas de instrumentação e controle;Sistemas de instrumentação e controle industriais;Instrumentação e controle industrial;Detecção de falhas;Isolação de falhas;Mitigação d e falhas;Controle tolerante a falhas;Assinatura energética;Monitoramento de falhas - histórico do processo;Monitoramento de falhas - caixa-branca;Monitoramento de falhas - caixa-preta;Caixa-branca - monitoramento de falhas;Prognóstico de falhas - sistemas industriais;Mapeamento energético - plantas industriais;Principal Components Analysis - PCA;Matlab-Simulink;Alarm management;Fault diagnosis - instrumentation and control systems;Industrial instrumentation and control systems;Industrial instrumentation and control;Fault detection;Fault isolation;Mitigation of failures;Fault-tolerant control;Energy subscription;Failure monitoring - process history;Fault monitoring - white box;Fault monitoring - black box;White box - fault monitoring;Fault prognosis - industrial systems;Energy mapping - industrial plants;Principal Components Analysis - PCA;Matlab-Simulink
Issue Date: 2013
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: ALEXANDRE, Gerônimo Barbosa. Diagnose de falhas e gestão de alarmes em sistemas de instrumentação e controle industriais. 2013. 115f. (Trabalho de Conclusão de Curso - Monografia), Curso de Bacharelado em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática , Universidade Federal de Campina Grande – Paraíba - Brasil, 2013. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18275
???metadata.dc.description.resumo???: Neste trabalho apresentamos soluções para detecção, diagnóstico e mitigação de falhas em processos industriais, as soluções foram implementadas em ambiente MATLAB-Simulink®. A primeira solução trata-se de uma metodologia para detecção e isolação de falhas em processos industriais do tipo caixa-branca, fazendo uso de técnicas baseadas em modelos integradas para a detecção de falhas, uma lógica de decisão com limiares fixos para classificar e identificar o componente danificado e para mitigação da falha usa-se do módulo controlador tolerante a falhas no qual usa a severidade da falha e seu sinal lógico para a reprogramação da lei de controle. A estratégia proposta é aplicada a uma planta de nível e temperatura. A segunda estratégia destina-se a processos do tipo caixa-preta, recorrendo ao histórico do processo para o monitoramento dos eventos anormais. A detecção, identificação e reconstrução de falhas no processo são computadas pela Análise de Componentes Principais (PCA- Principal Components Analysis); a detecção é feita através das estatísticas τ2 e Q; a identificação é feita verificando a contribuição das variáveis do processo ao modelo PCA no instante da ocorrência da falha e a reconstrução é realizada fazendo a correção do vetor de amostras, usando o valor da amplitude da falha e a direção da falha. A abordagem proposta é aplicada a uma coluna fracionadora de óleo cru (Processo da Shell). A terceira estratégia trata-se de um sistema de monitoramento de eventos anormais, do ponto de vista energético do processo (variáveis energéticas), ou seja, das informações sobre energia contidas nos sinais medidos. Para sua implementação é necessário fazer a assinatura energética do processo, computando os aportes energéticos, de entrada, saída e consumida pelo processo, a eficiência energética da unidade e ações de otimização da energia envolvida na unidade processual. Este sistema diagnose interage com o sistema de monitoramento estatístico (PCA) de modo a reduzir a ocorrência de falsos alarmes ou a perda do alarme pelo sistema de monitoramento da unidade, dando mais confiança ao operador do processo. Esta estratégia foi avaliada para uma torre de fracionamento atmosférica. Propõe-se também uma metodologia para projetar limiares operacionais adaptativos as mudanças operacionais. Ao final do trabalho serão apresentadas as especificações técnicas de software de monitoramento de falhas e gestão de alarmes. O software irá reunir todas as estratégias desenvolvidas em um único produto. O software deverá ser integrado ao supervisório da planta, auxiliando na operação e na manutenção rotineira da planta, dando suporte ao operador e ao mesmo tempo minimizando paradas não programadas. As principais contribuições do trabalho são: roteiro metodológico para caracterização de limiares adaptativos, roteiro metodológico para caracterização do modelo PCA inicial, PCA como ferramenta para avaliação de projetos de instrumentação, metodologia para assinatura energética de unidades processuais.
Abstract: This work presents solutions for detecting, diagnosing and mitigating of failures in industrial processes, the solutions were implemented in MATLAB-Simulink®. The first solution is an approach for detection and identification of fault in industrial processes type white-box, making use of techniques based models integrated for anomaly detection, a decision logic with fixed thresholds to classify and identify damaged component and mitigation failure uses a module fault tolerant controller which the severity of the fault and its logical signal for reprogramming of the control law. The proposed approach is applied to a level and temperature plant. The second strategy intended to processes type black box, using the process history for the monitoring of abnormal events. The detection, identification and reconstruction process failures are computed by Principal Component Analysis (PCA); the detection is done through τ2 e Q statistics; the identification is made by checking the contribution of process variables in the model PCA at the time of occurrence of failure and the reconstruction is carried out by the correction vector of samples, using the magnitude value of the fault and the direction of the fault. The proposed approach is applied to Fractionator column crude oil (Shell Process). The third strategy describes a system of monitoring of abnormal events considering the process energy (energy variables), in other words, the energy information contained in measured signals. Its implementation is need to the energy signature of the process, computing input, output and consume energy intake by the process, the energy efficiency of unit and actions to optimize energy involved in procedural unit. This system diagnose interact with statistical monitoring system (PCA) to reduce the occurrence of false alarm or loss alarm monitoring system of the unit, giving more reliability to operator of the process. This strategy was evaluated for an atmospheric fractionator tower. It also proposes a methodology designer adaptive thresholds operational changes, organized a strategic policy management alarms. By the end of work will be presented the technical specifications of software fault monitoring and alarms management. The software will gather all the strategies developed in one product. The software should be integrated into the plant supervisory, assisting in operation and routine maintenance of the plant supporting the operator while minimizing unscheduled shutdowns. The main contributions are: methodological plan thresholds for characterizing adaptive, plan methodology for characterizing the initial model PCA, PCA as a tool for project evaluation instrumentation, strategy for energy signature of process unit.
Keywords: Gestão de alarmes
Diagnose de falhas - sistemas de instrumentação e controle
Sistemas de instrumentação e controle industriais
Instrumentação e controle industrial
Detecção de falhas
Isolação de falhas
Mitigação d e falhas
Controle tolerante a falhas
Assinatura energética
Monitoramento de falhas - histórico do processo
Monitoramento de falhas - caixa-branca
Monitoramento de falhas - caixa-preta
Caixa-branca - monitoramento de falhas
Prognóstico de falhas - sistemas industriais
Mapeamento energético - plantas industriais
Principal Components Analysis - PCA
Matlab-Simulink
Alarm management
Fault diagnosis - instrumentation and control systems
Industrial instrumentation and control systems
Industrial instrumentation and control
Fault detection
Fault isolation
Mitigation of failures
Fault-tolerant control
Energy subscription
Failure monitoring - process history
Fault monitoring - white box
Fault monitoring - black box
White box - fault monitoring
Fault prognosis - industrial systems
Energy mapping - industrial plants
Principal Components Analysis - PCA
Matlab-Simulink
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Elétrica.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18275
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