Projeto de controladores aplicados na indústria petroquímica utilizando controle baseado em dados

Abstract

O controle das variáveis de processo é imprescindível para a segurança das unidades de processo e especificação dos produtos gerados pela mesma. Na implantação das unidades os controladores são projetados no intuito de satisfazer determinados requisitos de desempenho para aquele momento, porém, com o passar do tempo, podem haver alterações no comportamento da planta reduzindo a eficiência do controlador proposto. Como a indústria petroquímica geralmente possui centenas de controladores, a constante atualização de seus parâmetros torna-se difícil. Observando essa necessidade foi proposto esse projeto que visa a análise e melhoria de sintonias de malhas de controle no setor de utilidades de uma refinaria utilizando o controle baseado em dados. Motivado pelo diagnóstico gerado pelo software TriCLPM, no qual apontou que das 112 malhas de controle cadastradas, apenas dez estavam com o desempenho adequados para as suas finalidades, foi efetuado um estudo envolvendo cinco malhas reais, projetando novos parâmetros de controladores que atendam dados critérios de tempo de acomodação e sobressinal. Para realizar o projeto dos controladores foi utilizado o método VRFT - Virtual Reference Feedback Tuning, considerando sistemas com característica MIMO - Multiple-Input, Multiple-Output, através de um ensaio em malha fechada com mudança de setpoint, manipulando os dados coletados de entrada e saída da planta e saída do controlador, em um software criado no Matlab App Designer. Os parâmetros encontrados para o controlador são aqueles em que o argumento minimiza a função custo, que é o erro entre a saída do sistema real ensaiado e uma saída desejada, correspondente a resposta de um modelo de referência. Os dados foram validados por meio de análise estatística gerada pelo TriCLPM comparando o comportamento anterior e o proposto utilizando o controle baseado em dados, aplicando aquele que numa comparação direta dos critérios de projeto apresentou comportamento mais adequado. Após a implementação das melhorias, pode-se observar potencial de ganho em segurança do processo ao reduzir o número de malhas com operação em manual, redução do risco de ultrapassar os limites operacionais de equipamentos e perda de especificação de produtos. Além disso, foi observada uma possibilidade de retorno financeiro ao reduzir a dosagem de produtos químicos utilizados nos processos, e de aproximar o ponto de operação da planta do limite operacional do processo, caso isso gere um aumento de produtividade. Por fim, o estudo aponta uma redução no desgaste dos atuadores, ao reduzir o número de reversões ao longo do dia e aumentar sua região de trabalho.

The control of process variables is essential for the safety of process units and the specification of products generated by it. When deploying the units, controllers are designed to satisfy certain performance requirements for that moment, however, over time, there may be changes in the plant’s behavior reducing the efficiency of the proposed controller. The petrochemical industry it usually has hundreds of controllers, therefore constant updating of the parameters is difficult. In this context, this project was proposed aiming at the analysis and improvement of tunings of control loops in the utilities sector of a refinery using data-based control. Motivated by the diagnosis generated by the TriCLPM software, which pointed out that of the 112 registered control loops, only ten were performing properly for their purposes, a study was carried out involving five real loops, projecting new parameters of controllers that satisfy data criteria of accommodation and overshoot. To carry out the controllers’ design, the VRFT - Virtual Reference Feedback Tuning method was used, considering systems with MIMO characteristic - Multiple-Input, Multiple-Output, through a closed loop test with setpoint change, manipulating the data collected from input and plant output and controller output, in software created in Matlab App Designer. The parameters found for the controller are those in which the argument minimizes the cost function, which is the error between the actual system output tested and a desired output, corresponding to the response of a reference model. The data were validated by means of statistical analysis generated by TriCLPM comparing the previous and the proposed behavior using the data-based control, applying the one that in a direct comparison of the design criteria the presented most appropriate behavior. After the implementation of the improvements, it is possible to observe the potential for gain in safety of the process by reducing the number of controllers in manual operation, reducing the risk of exceeding the operational limits of equipment and loss of product specification. In addition, a possibility of financial return was observed by reducing the dosage of chemical products used in the processes, and by aproaching the operation point of the plant to the operational limit of the process, which may lead to an increase in productivity. Finally, the study points to a reduction of the actuators wear, by reducing the number of reversals throughout the day and increasing its working region.