AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO, DIAGNÓSTICO E AJUSTE DE MALHAS DE CONTROLE DE TEMPERATURA, PRESSÃO, VAZÃO E NÍVELLeonardo Antônio da Silva1 Bernardo Soares Torres1
[email protected] [email protected] Lúcio Fábio Passos1 Walber Reis 2
[email protected] [email protected] [email protected] 1 Eduardo Barroso 2 ATAN Sistemas de Automação 2 Lafarge do Brasil Abstract Although control loops are important assets and have high implementation costs, its maintenance are still inefficiently done, actuating only when serious operational problems occur. This work presents the achieved results with the use of a performance assessment, automatic diagnostics and PID Control Loop tune software at Cement Plants. With the new available functionalities, it is possible to increase final product quality and raw material economy. As common control loops were assessed and tuned, techniques used can also be applied on different industrial segments. Resumo Apesar das malhas de controle serem ativos de alto custo, sua manutenção é realizada de forma ineficiente, atuando por exceção na ocorrência de problemas. Apresenta-se os resultados obtidos com a utilização de software para avaliação, diagnósticos automáticos e sintonia de malhas PID numa indústria cimenteira. Com as novas funcionalidades é possível aumentar a qualidade do produto final e reduzir o consumo de insumos. Malhas comuns foram avaliadas e as técnicas usadas podem ser aplicadas em vários segmentos industriais. Palavras chave: Otimização de processos, Malhas de controle, Avaliação de desempenho, sintonia de controladores PID. 5º Congresso Internacional de Automação, Sistemas e Instrumentação – ISA Show 2005, São Paulo. 1 INTRODUÇÃO Malhas de controle são ativos industriais de alto custo, uma vez que os investimentos realizados foram significativos. Numa malha de controle são gastos de US$1.000,00 a US$10.000,00 na aquisição de um sensor, US$ 2.000,00 a US$20.000,00 na compra de um atuador e de US$ 1.000,00 a US$2.000,00 na obtenção de um controlador. Ou seja, em cada malha de controle temos em torno de US$15.000,00 aplicados. Desta forma, considerando que nas plantas industriais o número de malhas pode ser elevado, o investimento já realizado é muito alto. Sendo assim, deve-se otimizar e manter a eficiência das malhas já instaladas. O objetivo deste trabalho é comprovar que, por meio de uma avaliação constante da performance das malhas de controle, é possível verificar se as malhas de controle apresentam desempenho abaixo do esperado e atuar, de forma preditiva, eliminando possíveis causas de parada de área, gasto excessivo de energia e diminuição da qualidade do produto final. Para cada processo, variáveis chave podem garantir melhores resultados se estas forem mantidas em patamares constantes e com pequena variabilidade, conforme os exemplos a seguir: • • • • • • No lingotamento contínuo da indústria siderúrgica, manter constante a vazão de saída da panela que alimenta a máquina de lingotamento e o nível de aço no molde; Na laminação, garantir a espessura desejada da placa; Em fornos, controlar PCI do combustível, temperatura das zonas do forno e vazão de determinado combustível; Na mineração, controles de nível e densidade das colunas de flotação; Nas cimenteiras, a pressão no cabeçote do forno deve ser negativa e estar o mais próximo possível de zero; Uma variável importante na indústria de papel e celulose é o Kappa, que se refere à quantidade de lignina na polpa, e seu controle é feito de forma indireta utilizando-se a alimentação de álcali e/ou as temperaturas de saída dos trocadores de calor; Caso essas malhas estejam controladas e com pequena variabilidade em relação ao valor desejado, observa-se um significativo retorno econômico. Um dos ramos de trabalho do RtPM (Real Time Performance Management) está ligado à Avaliação de Desempenho de Malhas de Controle (Control Loop Assessment). Para que uma malha de controle tenha um desempenho satisfatório, além de um bom funcionamento dos sensores e atuadores, dois outros fatores devem ser verificados, o controlador e o processo controlado. Sobre o processo, nem sempre é viável, financeiramente, alterá-lo para obter melhor desempenho operacional. Entretanto, no caso do controlador, pode-se verificar sua implementação, sintonia, e estratégia de controle implementada com o intuito de aperfeiçoá-lo e, conseqüentemente, obter retornos de produção e qualidade numa unidade industrial.[1] Contudo, nos dias atuais, como é monitorado o desempenho dessas malhas? Quais são as respostas às questões do tipo: “Como operam minhas malhas de controle e quão longe cada uma está de seu ponto ótimo?” ou “Quais malhas devem ser priorizadas por minha equipe de manutenção e onde está a origem da perda de eficiência?”. Antes de responder as perguntas anteriores, é necessário esclarecer alguns pontos. Dentre eles podem ser citados: Como medir a eficiência de uma malha de controle? Quais são os KPI’s que podem ser utilizados para se dizer que uma malha está operando de forma adequada? Uma malha eficiente é aquela que mantém um erro pequeno em relação ao valor desejado e para isso utiliza arduamente seu atuador? Como sempre em engenharia, há a necessidade de se ponderar a relação custo x benefício. Em se tratando de uma malha de controle, a relação de compromisso exibida na figura 1 deve estar entre Estabilidade, Robustez versus Velocidade, Desempenho. Ou seja, não é viável produzir com a maior velocidade possível pois estaríamos comprometendo a estabilidade do sistema. Por outro lado, se produzirmos com a maior robustez possível, talvez a velocidade das malhas será pequena, representando baixa produção. Deve-se assim buscar um ponto ótimo entre estes dois extremos. Figura 1 – Compromisso entre Segurança e Desempenho em malhas de controle O tempo que a malha opera em modo automático. utilização de válvula. quanto menor a variabilidade melhor o desempenho de uma malha de controle. e não pelo operador. temperatura. quanto menor a variabilidade da espessura em relação ao valor desejado. Totalização da distância excursionada pela válvula de acordo com as mudanças da saída do controlador (MV) durante o período de avaliação. está abaixo do esperado devido a problemas de implementação do mesmo[2][3]. 2 MÉTODOS E FERRAMENTAS Por meio de um avaliador de desempenho de malhas de controle é possível sumarizar as malhas com melhores oportunidades de retorno econômico utilizando-se de vários índices de desempenho (KPI’s) que podem ser combinados com a finalidade de criar uma nota geral para as malhas de controle. liberando-o para realizar outras ações mais importantes. controladores MPC e outras pelo avaliador de malhas. São citados na tabela abaixo apenas alguns dos 45 índices de avaliação. tempo em manual e saturação de variável manipulada. Isso causa desgaste do atuador válvula. Assim. além de garantir melhor desempenho para o sistema de controle e operação do processo. dentre eles: variabilidade. sendo também possível a avaliação de malhas Fuzzy. Refere-se à quantidade de mudanças no sentido da MV durante um período de avaliação.Nesse trabalho serão expostos diagnósticos e ajustes de malhas de controle de vazão. menos produtos serão descartados. Variabilidade Erro Médio Absoluto Ruído Tempo em automático Excursão de Válvula Reversão de Válvula Saturação na Saída Por meio de uma reunião entre engenheiros e operadores da planta definem-se quais são as malhas que podem prover melhor retorno econômico e configura-se o software para que o mesmo penalize mais fortemente a queda de desempenho dessa malha em detrimento das outras de retorno não tão significativo. erro médio. no caso da laminação. . Por exemplo. Nesse trabalho serão expostos somente resultados de sintonia de malhas de malhas PID. por exemplo). Tabela I –Índices de desempenho utilizados para avaliação de malhas de controle[5][6] Índice Aplicação e justificativa de uso Mede a dispersão dos valores de uma variável em torno de um valor constante desejado. Mesmo que os controladores PID sejam usados há várias décadas na indústria. Cada índice relaciona-se a um dos pontos levantados no capítulo anterior[1]. seu desempenho. Essa saturação indica perda de controle da malha. A tarefa de atuação na variável manipulada deve ser feita pelo controlador. Indica o desvio da malha em relação ao setpoint. Seu valor vai de 0 a infinito. nível e pressão. na maioria das vezes. direcionando os recursos de manutenção para mantê-las com desempenho ótimo. O ruído de medição pode ser refletido para a MV. assim como os índices escolhidos para avaliar o desempenho das malhas antes e após a sintonia das mesmas. Determina o percentual do período de avaliação em que a MV esteve saturada (0 ou 100%. sendo que muitas reversões normalmente resultam em um maior desgaste da válvula. em automático. nível de ruído. permitindo o monitoramento a partir de qualquer computador. malhas com melhores oportunidades de ganhos monetários.[2][3] 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Nesta seção serão discutidos e mostrados os resultados reais da otimização de malhas de controle de temperatura. Essa malha atua numa válvula de retorno de água. o controlador requisita o fechamento da válvula de retorno.1 Essa malha tem como objetivo controlar a temperatura dos gases na saída da torre de arrefecimento. quando a temperatura dos gases estiver alta. além de sintonia de malhas em cascata. na fábrica de produção de cimento em análise. observam-se grandes valores para erro absoluto e variabilidade em alguns momentos. 3. que é acoplado ao avaliador de malhas. Observou-se que há a ocorrência de um distúrbio na malha que explica a elevação destes índices esporadicamente.[5] A Figura 2 ilustra um exemplo de avaliação de desempenho das malhas de controle em uma indústria de cimento e a listagem das piores malhas ponderadas economicamente. vazão e nível. priorizando as malhas que apresentam as maiores notas. A figura 3 ilustra os picos de variabilidade. Assim. utiliza-se o software de sintonia. mais problemas temos na malhas de controle. aumentando a quantidade de água para realizar o resfriamento desses gases. Pelos diagnósticos do avaliador de malhas. em detalhes. problemas de atuadores. áreas. Para determinar os melhores parâmetros de sintonia do controlador e estudar. de modo a evitar que tais gases cheguem ao filtro de mangas em altas temperaturas.A apresentação do desempenho das malhas. pode-se utilizar o software de sintonia para fazer uma análise minuciosa e ajustar a malha para apresentar o desempenho ótimo. ou seja. Quanto maior a nota. uma vez escolhida a malha a ser avaliada e já possuindo o diagnóstico automático do problema. Malha de Temperatura na Saída da Torre de Arrefecimento . Desta forma. unidades de produção e planta é baseada em navegadores WEB. pressão. Figura 2 – Listagem das malhas com pior desempenho (notas mais elevadas) em uma planta de produção de cimento Por meio das notas emitidas pelo avaliador de desempenho será definido o plano e o cronograma de trabalho. malhas de temperatura têm elevadas constantes de tempo. ele afirma com 100% de certeza que a malha está oscilando.Antes Após re-sintonia Figura 3 – Diagnósticos do avaliador de malhas ilustra elevações esporádicas do índice Variabilidade e Erro Médio Absoluto Após investigação. A figura 5 mostra o teste executado(E) e modelo encontrado do processo(D). juntamente com uma sintonia agressiva. O tempo gasto para realização do duplo pulso é menor. se o avaliador dá uma nota de 100% para a oscilação da malha. o que dificulta a realização de um teste ao degrau. melhor o desempenho da mesma. Esta implementação está ocasionando o aumento do erro e variabilidade. uma vez que perturbações podem ocorrer até que o estado estacionário seja alcançado. No caso de oscilação. visto que não é necessário que o sistema chegue ao estado estacionário para que o software de sintonia possa realizar a sintonia da malha. Antes Após re-sintonia Figura 4 – Oscilação Detectada na Malha 47TIC402A Um teste ao duplo pulso foi executado para encontrar os parâmetros de sintonia do PID. . Essa lógica. Quanto menor a nota emitida pelo Avaliador de malhas. geralmente. Esse tipo de teste foi escolhido porque. causava a oscilação da malha em determinados momentos conforme foi diagnosticado pelo avaliador de malhas (Veja Figura 4). verificou-se que existe uma implementação no PLC que tenta simular o comportamento de um sistema especialista em alguns momentos. 8 segundos para 264 segundos. enquanto a nova sintonia já estava a direita da mesma. abaixo da cruz localizada no losango azul-claro. ilustra o comportamento temporal da malha antes e depois da sintonia. Observa-se que antes a malha apresentava oscilações mantidas e agora as oscilações foram eliminadas por meio da correta sintonia. região estável. ou seja. A redução do parâmetro proporcional do controlador (Kp foi de 1 para 0. tornaram o controlador mais robusto e eficiente. figura 7. Pode-se notar que a sintonia antiga levava a malha a trabalhar numa região de instabilidade. Sintonia Atual Sintonia Antiga Figura 6 – Gráfico de robustez da malha de temperatura da saída da torre de arrefecimento. conforme pode ser visto na figura 4. O gráfico a seguir (figura 6) indica a robustez da sintonia atual e da nova. O gráfico seguinte. É interessante verificar que o avaliador de malhas detectou a eliminação da oscilação. praticamente instável. A malha foi sintonizada e verificou-se que a sintonia anterior era muito agressiva. .7) e aumento do tempo integral.Figura 5 – (E) Teste ao duplo pulso executado para encontrar parâmetros da nova sintonia (D) Modelo de 2ª ordem encontrado pela ferramenta de sintonia. de 1. uma melhora na operação da mesma. . comprovando. Veja na figura 9.Comportamento temporal da malha de temperatura antes e após a sintonia A Figura 8 mostra as análises estatísticas dos dados acima realizadas pelo software de sintonia de malhas de controle. Figura 8 – Análises estatísticas da malha 47TIC402 antes e após auditoria.Figura 7 . neste caso. assim. temperatura) está com menor amplitude e dispersão (Desvio-Padrão) após a auditoria da malha. A curva de distribuição normal da PV (variável de processo. É possível verificar uma redução de 66% na variabilidade e IAE (Integral of Absolute Erro) dessa malha. 2 Malha de pressão do forno Esta é uma malha com importante impacto econômico no processo de produção de cimento. Vale ressaltar a importância da avaliação contínua dessa malha. uma vez que seu desempenho deteriora com o tempo. Seu objetivo é controlar a pressão do forno próxima de zero. aumento no consumo energético e emissões de particulados. Antes Após re-sintonia Figura 10 – Nota global da malha antes e após auditoria da mesma. pois se positiva haverá pressurização do forno com distúrbios operacionais. assim. conseqüentemente.Figura 9 – Distribuição normal da temperatura antes e após auditoria. A figura 10 mostra um gráfico da nota global desta malha de temperatura. A figura 11 ilustra essa questão. ainda pode-se verificar influência da lógica mencionada anteriormente. a qual deverá ser removida. 3. Por isso. . É válido ilustrar o ganho obtido após a auditoria e re-sintonia da malha. Caso haja uma pressão muito negativa no forno. mas sem que ela se torne positiva. Conforme já dito quanto menor a nota da malha melhor seu desempenho. operar mais próximo do ponto ótimo. mais ar quente estará sendo drenado do mesmo e. Entretanto. uma quantidade maior de combustível será gasta para manter a temperatura do forno em um determinado patamar. é importante que o controlador consiga manter a pressão em sua referência com o mínimo de variabilidade possibilitando. A figura 12 apresenta o teste executado. o ganho do processo e o ruído na variável de processo. assimetria do processo são quesitos que devem ser verificados antes que uma sintonia seja realizada. caso exista. o trabalho de auditoria na malha de pressão do forno. de acordo com seu grau de abertura. . Figura 12 – Teste de Histerese da válvula da malha de pressão capot do forno Os dados acima são analisados pelo software de sintonia de malhas de controle. A auditoria de uma malha de controle não é somente a sintonia do controlador da mesma. finalmente. Em seguida. Testes de eficiência dos atuadores. dependendo da requisição de controle. Sendo assim. foi iniciado. Uma vez realizada a auditoria nas malhas dos ventiladores e na malha de alimentação do forno. O software avaliador de malhas de controle encontrou acoplamentos da malhas dos ventiladores e da alimentação do forno com a malha pressão capot do forno. O software nos indica. aplica-se um degrau na mesma direção do anterior e.Figura 11 – Operação em ponto ótimo para malha de pressão graças à redução de variabilidade O controlador atua numa válvula que. permite que mais ou menos ar seja retirado do forno. verificação da dinâmica do processo em vários pontos operacionais. Primeiramente aplica-se um degrau no atuador em uma direção para remover uma possível folga. a pressão no cabeçote do forno.[4] O primeiro teste executado teve como objetivo verificar a presença de histerese no atuador. primeiramente é necessário otimizar essas malhas e. 45PIC104. o valor da histerese no atuador. em seguida. um degrau na direção inversa. foi realizado um teste na faixa de operação dessa malha para verificar a linearidade do processo. O valor do ganho e do ruído também estão dentro de patamares aceitáveis. A faixa de teste foi de -15mmCA à -3mmCA. Após o teste de histerese.O ganho do processo pode indicar um possível mal dimensionamento do atuador da malha. Já um alto um valor elevado de ruído pode aumentar a atuação na MV (Variável Manipulada) da malha de controle. Vários degraus foram aplicados na válvula para verificar o comportamento nas diferentes faixas. A figura 14 mostra o resultado do teste de linearização.52 Ruído 1.5 De 0. tabela-verdade e C. A tabela abaixo mostra os resultados obtidos: Tabela II – Resultados do teste de Histerese da malha 45PIC104 Encontrado Valores aceitáveis Histerese 2.5 a 2 Maior que 3 Menor que 3% Ideal aceitável Deve ser checado Muito pequeno Ideal Muito alto Aceitável Ganho 1. Caso seja necessário o uso de um linearizador.4 % Menor que 1% De 1% a 3% Maior que 3% Menor que 0. Pode-se notar que a malha tem um comportamento linear em toda sua faixa de operação. o software já o calcula e o disponibiliza em várias linguagens. Figura 13 – Teste de linearidade da malha 45PIC104 na faixa de operação O software de sintonia de malhas de controle foi utilizado para verificar a linearidade da malha na faixa de operação. o valor de histerese desse atuador encontra-se de um patamar aceitável. tais como Basic. .16 % Como pode ser visto na tabela acima. conforme pode ser visto na figura 13. Foram executados testes em malha aberta para sintonizar os parâmetros PID da malha. A figura 15 mostra a tabela com as três sintonias realizadas para a malha 45PIC104. O software de sintonia de malhas possibilita que várias sintonias sejam armazenadas e depois uma seja escolhida. A figura 16 mostra as análises estatísticas antes e após a auditora dessa malha pela equipe da ATAN.. o que pode viabilizar que essa malha trabalhe mais próxima de seu ponto de ótimo desempenho (pressão próxima de zero).Figura 14 – Verificação de linearidade da malha 45PIC104 na sua faixa de operação. observou-se uma redução de 32% na variabilidade. Figura 15 – Tabela com sintonias realizadas Utilizando parâmetros de sintonia mais adequados. . de acordo com critérios do engenheiro. O uso de ferramentas de sintonia automática facilita muito o trabalho dos engenheiros de processo. . Repare que. condição que reduz a possibilidade de ocorrer parada do forno por falta de matéria-prima. O fluxograma dessa malha é ilustrado a seguir.3 Sintonia de malhas de controle em cascata A malha de potência do elevador correlaciona a potência do motor com a vazão mássica de carga.Figura 16 – Análises estatísticas da malha 45PIC104 antes e após auditoria. observa-se um comportamento mais estável após mudanças na referência. com os novos parâmetros. 3. Na figura 17. a malha responde com menos oscilação à mudanças na referência Figura 17 – Resposta à mudança de set-point antes e após auditoria. O nível do silo atua como malha mestre da malha de potência. O objetivo desse controle de nível é manter o silo sempre cheio. embora não instável como a encontrada. O valor do parâmetro integral. apresentava um valor alto. envia setpoint para a mesma. conforme pode ser visto na figura abaixo: Figura 19 – Notas do Avaliador de Malhas para Vazão Elevador Nessa malha o índice variabilidade não é calculado visto que essa é uma malha escrava e. que é o controle da malha de nível. reduzindo. tem set-point variável. em seguida. . o noise band (ruído) da mesma. em repetições/segundo. assim. Levando-se em conta que essa malha deve ser rápida. Dessa forma. É importante ressaltar que a malha escrava deve responder pelo menos 3 vezes mais rápido do que a malha mestre para que o objetivo final. 3. verificou-se um problema de sintonia para essa malha de controle. assim.Figura 18 . sugeriu-se uma sintonia agressiva. Após a realização dos testes em malha aberta. essa malha apresentava alta oscilação. causando oscilação da 38JIC800. seja alcançado. Foram executados testes de resposta ao degrau em malha aberta na 38JIC800 para determinação dos parâmetros do PID. a malha mestre (41LIC300). primeiramente sintonizou-se a malha escrava (38JIC800) e. A ferramenta de sintonia de PID’s também sugeriu que o sinal da variável controlada fosse filtrado. o que inviabilidade o cálculo de variabilidade.Fluxograma simplificado do processo A malha 41LIC300 é malha mestre da 41JIC800.1 Sintonia 38JIC800 – Vazão Elevador De acordo com os diagnósticos do avaliador de malhas de controle.3. ou seja. noise band e erro absoluto. após a auditoria desta malha.45 . ou seja. abaixo da cruz localizada no losango azul-claro. Tabela III – Parâmetros do controlador PI da malha de vazão do elevador 38JIC800 Parâmetros antigos e atuais Antigo P I D F RRT * Atual . com menor erro absoluto e desgastando menos o atuador.A figura 20 mostra o gráfico de robustez para a sintonia antiga e a atual. . somente.08 . região estável. A tabela III mostra os parâmetros do controlador PI encontrados e os atuais. Já a segunda. ao passo que a nova sintonia já estava a direita da mesma. A primeira redução de variabilidade deu-se. Pode ser considerado o tempo de acomodação para sistemas de 1ª ordem.018 0 3. A figura a seguir ilustra o resultado antes e após a sintonia dos parâmetros do controlador PID. pela redução do parâmetro integral.05 0 0 120 * RRT Relative Response Time. Sintonia Atual Sintonia Antiga Figura 20 – Gráfico de robustez da malha de vazão 38JIC800. A melhora da sintonia garantirá que a malha operará sem oscilações.4 130 . Verifica-se que com a sintonia antiga a malha trabalhava uma região de instabilidade. pelo ajuste completo do controlador PID. É possível verificar uma redução de 40% no valor do IAE dessa malha. conforme destacado na figura abaixo. Como essa é uma malha com setpoint variável. o índice que melhor identifica um aumento de desempenho da malha é o IAE (Integral of Absolute Error). Figura 22 – Análises estatísticas da malha 38JIC800 antes e após auditoria. uma vez que ele é a soma dos erros em relação aos valores desejados.Comportamento temporal da malha de vazão antes e após a sintonia A figura 22 mostra as análises estatísticas para os dados acima. .Antes: Grandes Oscilações Depois: Oscilações Reduzidas Redução do valor Integral Figura 21 . o teste em malha aberta efetuado nessa malha foi o pulso.2 Sintonia 41LIC300 – Nível do Silo de Farinha De acordo com os diagnósticos do avaliador de malhas.3. em seguida. não há requisição de alterações de set-point da malha escrava. malhas integradoras. Os valores dos parâmetros do controlador PID praticamente deixavam o controlador sem nenhuma ação. O objetivo deste teste é que a malha de nível alcance um estágio de estado estacionário após o último degrau. figura 25. (D) Modelo encontrado pelo software Após a realização dos testes em malha aberta. indica que o controlador era muito conservador(veja que a sintonia antiga quase não aparece no gráfico de robustez) . A figura 24 mostra o teste realizado(E) e o modelo encontrado(D). que consiste em um degrau em uma direção e. Conforme já esperado o software de sintonia modelou essa malha como um sistema integrador. oscilação e erro absoluto e baixo valor de valve travel e reversal. Figura 23 – Notas do Avaliador de malhas para o nível do silo antes da sintonia Já que malhas de nível são. Figura 24 – (E) Teste ao pulso realizado na malha 41LIC300. melhor dizendo. . pois quase não há atuação na variável manipulada. essa malha apresentava alta variabilidade. o que indicou que o controlador poderia estar com parâmetros conservadores. verificou-se um problema de sintonia para essa malha de controle. O gráfico de robustez. na direção contrária. geralmente.3. Pode-se verificar redução na variabilidade da PV e redução na excursão na MV da malha de nível (mestre).1 segundos. Figura 26 – Sintonias sugeridas pelo software de sintonia de malhas PID Um ponto interessante que se deve ressaltar é o RRT das malhas. Esse filtro foi retirado e. implementou-se um filtro com constante de tempo de 3. é 1500 segundos. encontramos um filtro de 1ª ordem com o valor de 30 segundos para essa malha.Sintonia Atual Sintonia Antiga Figura 25 – Gráfico de robustez da malha de nível 41LIC300. O RRT da malha escrava. Conforme mencionado anteriormente o RRT da malha mestre deve ser pelo menos 3 vezes mais lento que o da malha escrava. o que facilita a operação da malha escrava. 41LIC300. conforme sugerido pelo software de sintonia. Já o RRT da malha mestre. uma vez que essa de malha de nível é lenta. é 130 segundos. Analisando-se a lógica do filtro implementado no PLC. . A sintonia escolhida foi a de um PID que rejeitasse perturbações de forma mais rápida (conforme destacado na figura 26). em seguida. A figura 27 mostra a resposta temporal da malha 41LIC300 antes e após a auditoria e sintonia desta malha. Com esses valores. 38JIC800. a condição da relação entre os RRT é valida. A figura 26 ilustra as sintonias sugeridas pelo software. com constantes da ordem de minutos. desvio padrão e IAE (cerca de 84%) para essa malha.Comportamento temporal da malha de nível antes e após a sintonia A figura 28 mostra as análises estatísticas para os dados da figura 27. . condição que reduz a possibilidade de ocorrer parada do forno por falta de matériaprima. Neste caso. o aumento do desempenho permite que o operador possa trabalhar com o silo de farinha quase cheio. A figura 29 ilustra essa situação de aumento de set-point da malha de nível e aumento do desempenho.Antes: Grandes Oscilações Depois: Oscilações Reduzidas Figura 27 . O aumento de desempenho dessa malha reflete em melhora da resposta da malha à distúrbios. Houve uma drástica redução na variabilidade. conforme destacado na figura abaixo. Figura 28 – Análises estatísticas da malha 38JIC800 antes e após auditoria. emitidas pelo Avaliador de Malhas após a sintonia da malha. antes do download dos novos parâmetros.7% (figura 30) e no erro absoluto de 36% (veja figura 23) para 4. conseqüentemente. ele atua na mesma com o intuito de controlar o nível de farinha no silo. Estes índices podem agora ser recalibrados. Constatou-se que um importante fator causador está na forma em que foi programado a lógica de posicionamento da válvula. O aumento do índice de valve travel e reversal é tido como normal. agora. Figura 30 – Notas do avaliador de malhas para o nível do silo após da sintonia Houve uma drástica redução na variabilidade da malha 41LIC300.1 segundos. com o avaliador de malhas e seus diagnósticos pode-se monitorar o desempenho de malhas de controle e tentar mantê-las funcionando num patamar ótimo. esta malha foi analisada com maior atenção. A figura 30 apresenta as notas da malha de nível. somente ruído de processo e não a dinâmica do mesmo. o sensor deve medir corretamente e o atuador deve conseguir responder às requisições do controlador. pois.4% (veja figura 30). pois. Por apresentar uma excessiva utilização do atuador. Assim como o controlador deve estar sintonizado adequadamente. . a válvula é tracionada por um motor elétrico com uma banda morta em sua referência de posição. como verificar se houve melhora no desempenho dessas malhas de controle? Essa resposta é simples. considerando a atuação da malha a partir da sintonia como desejável. o que mostra o sucesso obtido com a nova sintonia. notar-se-á a redução de alguns índices. o controlador quase não atuava na variável manipulada e. escrava e mestre. LIC300. o posicionador demora a se estabilizar possivelmente causando oscilações na variável controlada e. assim. principalmente um alto índice de reversão no sinal de controle (Valve Reversal). conforme acontecia.Figura 29 – Operação da malha em faixa que reduz a possibilidade de parada do forno por falta de matéria-prima Com as duas malhas sintonizadas. verificando as notas emitidas pelo Avaliador de malhas. Esta seção é só mais uma demonstração da necessidade de uma auditoria de malhas de controle e não somente a sintonia das malhas de controle. filtrando. O aumento do índice noise band dessa malha é atribuído à mudança da constante de tempo do filtro de 1ª ordem de 30 segundos para 3. 3.4 – Malha de Corrente de Exaustor 53IIC144: A sintonia não é solução. Conforme pode ser vista na figura 31. Assim. de 43% (veja figura 23) para 5. O desempenho de uma malha de controle é dado pelo seu conjunto. Segundo a Lafarge. maior reversão na saída de controle. algumas malhas de controle foram ajustadas de forma a seguir de maneira mais ágil o set-point e. contribuir para a eficiência geral do sistema de controle. O set-point dessa malha é dado por um sistema especialista. A figura 32 ilustra o gráfico temporal antes e após a sintonia da malha de alimentação do forno. É necessário o conserto do mesmo antes que seja realizada uma sintonia. Desta maneira. 3. o próprio atuador causa oscilações na malha. Assim.Figura 31 – Posicionador instável causa oscilações na malha 53IIC144 Não é possível otimizar o funcionamento de uma malha de controle cujo atuador não responde às requisições do controlador.5 – A importância dos PID's para sistemas especialistas Algumas malhas de controle PID têm seu set-point proveniente do sistema especialista supervisório. Como pode ser visto. de forma a aproveitar os benefícios do sistema especialista supervisório. é fundamental garantir o funcionamento adequado do controle regulatório. . Figura 32 – Comportamento temporal da malha de alimentação do forno antes e após a sintonia. conseqüentemente. por exemplo. S. Passos.. (2004). págs. Avaliação de desempenho. [2] Torres. 32 a 35. diagnóstico automático e sintonia de malhas de controle auxiliados por software dedicado. B. M. Fonseca.. via e-mail. devemos monitorá-la com o intuito de mantê-la sempre num nível de excelência. Novembro. Redução de variabilidade da malha de pressão do forno propiciando sua operação em uma região de menor consumo de combustíveis. se existe uma malha importante. Sendo assim.. M. Figura 33 – Análises estatísticas da malha 53FIC162 antes e após auditoria. Uma vez que as malhas mencionadas acima estão trabalhando em seu patamar ótimo devemos monitorá-las. no 63.. garantindo retorno econômico e operacional. garantindo. C. Número 98. O. por meio de uma ferramenta de avaliação de desempenho de malhas de controle como o utilizado para que tal desempenho seja sempre ótimo[4]. L. Seixas. ou seja. Dentre os benefícios alcançados após a auditoria das malhas de controle citadas nesse artigo podem ser citados: • • • Melhoria na qualidade geral do funcionamento das malhas de controle auditadas e sintonizadas e conseqüente melhoria na operacionalidade da planta. . o índice que melhor identifica um aumento de desempenho de uma malha com set-point variável é o IAE. Torres. Caso a performance de uma malha fique abaixo do esperado. o avaliador de desempenho envia um alarme. que possa causar prejuízo quando mal sintonizada ou com problema no atuador. Faria. Avaliação de Desempenho e Auditoria de Malhas de Controle. 69-75. Revista Intech Brasil. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Fonseca.. Ano 10. dessa forma. (2004a). B. que malhas de controle essenciais possam receber manutenção quando necessário. D. C. A figura 33 apresenta as avaliações estatística para a malha antes e após a auditoria. S. F. O. alertando sobre o acontecido. 4 Conclusões Por meio de uma avaliação constante de malhas de controle pode-se mantê-las num patamar de desempenho ótimo. Revista Controle & Instrumentação.Conforme mencionado anteriormente. destacando o valor do índice IAE. Págs. O desempenho das malhas de controle declina com o tempo. Operacionalidade da malha de nível reduzindo a possibilidade de ocorrer parada do forno por falta de matéria-prima. MG 170 – Km 04 – S/N – Boca da Mata 33597-500 – Arcos ...reis@lafarge. sintonia e redução de variabilidade de processos. Chicago/IL.expertune.com DADOS DOS AUTORES Leonardo Antônio da Silva ATAN Sistemas de Automação Avenida Afonso Pena.br Bernardo Soares Torres ATAN Sistemas de Automação Avenida Afonso Pena.1 Engenho Nogueira 31950-640 – Belo Horizonte – MG Telefone: (31) 34198600 Fax: (31) 3419-8606 E-mail: eduardo. J. [6] Ruel. Aplicação de software dedicado para diagnóstico de malhas de controle. Sistemas e Instrumentação . R.ISA Show South America 2004. 4001 – 9º. H – Performance Assessment for Management – ISA Show Houston Fall 2003.silva@atan. Oct 2002 [5]Brittain.ISA Show Houston Fall 2003 [7] PidTuner e PlantTriage Manual – Expertune.torres@atan. Faria. Fonseca.com. M.. 4º Congresso Internacional de Automação.br Lúcio Dias Passos ATAN Sistemas de Automação Avenida Afonso Pena.com Walber dos Reis Lafarge do Brasil Rod. D.br Eduardo Barroso Lafarge do Brasil BR 262 KM 4.com. S. (2004b).
[email protected]@lafarge. ISA. C. Andar – Funcionários 30130-008 – Belo Horizonte – MG Telefone: (31) 3261-8870 / 8880 Fax: (31) 3261-8900 E-mail: bernardo. Andar – Funcionários 30130-008 – Belo Horizonte – MG Telefone: (31) 3261-8880 Fax: (31) 3261-8900 E-mail: leonardo. 2005 – www.com.[3] Torres.. 4001 – 9º. [4] Gerry. Process Monitoring and Loop Priorization Can Reap Big Payback and Benefit Process Plants. Andar – Funcionários 30130-008 – Belo Horizonte – MG Telefone: (31) 3261-8880 Fax: (31) 3261-8900 E-mail: lucio.com . 4001 – 9º. B. São Paulo/SP. M – Key Performance Index . Novembro.MG Telefone: (37) 3359-7500 E-mail: Walber. D. O.