Detecção do agarramento em válvulas de controle para sinais com referência variável

Abstract

A oscilação em malhas de controle é um problema frequente na indústria, atingindo cerca de 30% das malhas, entre as causas, o agarramento em válvulas de controle possui maior incidência. O agarramento é a resistência ao movimento da haste da válvula devido à presença de atrito estático, a combinação desse fator com a utilização de controladores com ação integral causa o ciclo limite no processo, onde a oscilação é mantida até que alguma ação seja tomada. A literatura apresenta diversos métodos para a detecção do agarramento, apesar disso, não existe método aplicável a qualquer tipo de processo que apresente resultado preciso, um dos principais problemas para a aplicação das técnicas é a presença de referência variável no sinal a ser analisado. A referência variável é uma característica comum dentro de processos industriais, principalmente para processos controlados por malha cascata ou que apresentam distúrbios externos. Para a identificação nesses casos, duas alternativas podem ser seguidas: criação de nova metodologia para a identificação do agarramento para sinais com referência variável ou a adaptação das técnicas existentes de modo que essas sejam aplicáveis a esse tipo de sinal, neste trabalho, as duas alternativas foram consideradas. Primeiramente, duas novas técnicas baseadas na forma do sinal foram criadas, a primeira diferencia o sinal pela inclinação dos picos e a segunda pela distribuição dos dados. Posteriormente, foi considerada a adaptação de quatro métodos de detecção já consolidados pela literatura e por suas aplicações industriais. A adaptação dos métodos é basicamente feita através do pré-processamento dos sinais de modo que esses sejam corretamente tratados antes da aplicação das técnicas de detecção. As duas alternativas foram aplicadas a dados simulados e industriais, comprovando a eficiente para a detecção em sinais com referência variável.

Oscillation in control loops is a frequent problem in industrial processes, reaching about 30% of the control loops, among the causes, stiction in control valves have the higher incidence. Stiction is the resistance to movement in the valve stem due to the presence of static friction, the combination of this factor with the use of controller with integral action induces the limit cycle, where the oscillation is sustained until some control action is taken. The literature presents several methods for stiction detecting. However, there is no universal method applicable for all process that produces accurate results. The main problems for the application of the techniques are the presence of variable reference in the signal to be analyzed. The reference variable is a common feature in industrial processes, especially for processes controlled by cascade loop or submitted to external disturbances. For stiction identification in these cases, two choices can be followed: a creation of a new methodology for the identification of stiction for signals with variable reference or the modification of existing techniques so that they could be applied to this type of signal. In this work, the two alternatives were considered. First, two new techniques based on the signal form were created, the first differentiates the signal by the slope of the peaks and the second by data segmentation. Later the adaptation of four detection methods already established in the literature and by its industry applications was considered. The adaptation is done by preprocessing the signals so that they are properly treated before application. The two alternatives were applied to simulated and industrial data, proving to be effective for the stiction detection of signals with variable references.