Análise do impacto da comunicação em redes wirelesshart no desempenho de sistemas de controle

Abstract

Este trabalho analisa o uso do protocolo WirelessHART para a implementação de sistemas de controle em laço fechado. São discutidas possíveis arquiteturas de implementação de laços de controle, as quais se diferem basicamente pelo local na arquitetura do sistema de controle em rede em que o controlador será executado. Optou-se pela análise do comportamento do protocolo WirelessHART numa arquitetura que considera o módulo de controle localizado num dispositivo host, o qual se comunica via HART-UDP com o gateway da rede. Para a análise da proposta desta dissertação foram descritos os mecanismos necessários para a realização do laço de controle sobre uma rede WirelessHART real, em um ambiente que apresenta todas as características de uma instalação industrial. Os resultados obtidos mostram que, com a arquitetura proposta, o laço de controle apresenta latências não determinísticas. Para a realização deste trabalho, foram apresentados dois estudos de caso: (i) o controle de uma válvula comumente utilizada na indústria de petróleo; (ii) e um processo simulado, que considera um controlador baseado em eventos, onde o sinal de controle é calculado de acordo com os tempos de comunicação permitidos pela rede entre o controlador e o processo. Os resultados obtidos mostram que é possível efetuar controle apesar dos atrasos ocasionados pela rede, desde que sejam levados em conta estes atrasos no cálculo do sinal de controle, podendo assim mostrar há degradação no desempenho do sistema sob controle.

This work analyzes the use of WirelessHART protocol for the implementation of closed-loop control systems. It discusses possible architectures for implementing control loops, which differ by the location where the controller is executing. For the performance evaluation of the WirelessHART protocol behavior, an architecture that considers the control module located in a device, which communicates via Hart-UDP with the network gateway. The Experimental evaluations presented in this dissertation were performed in a setting that has all the characteristics of an industrial installation. The results showed that in the proposed architecture, the control loop has not deterministic latencies. Two case studies were carried on: (i) the control of a valve commonly used in oil and gas industrial applications; (ii) and a simulated process that considers an event-based controller where the control signal is calculated according to the communication time allowed by the network between the controller and the process. The results show that it is possible to perform control despite network delays, when taking into account the delays in the calculation of the control signal.