Proposta de estrutura para gêmeo digital aplicada à válvula de controle

Abstract

Diante das alternativas atuais que não satisfazem a necessidade do setor de controle de processos industriais, surgiu o conceito de gêmeo digital. Este trata-se de uma representação virtual, mais realista possível, de um ativo real com a possibilidade integração com simulações computacionais e dispositivos industriais, a fim de sugerir melhorias na eficiência dos processos. É destacado, a interface dos gêmeos digitais com os processo reais, realizada por dispositivos e métodos de comunicação como o sistema SCADA e o padrão OPC UA. Também é destacado a importância das válvulas de controle nos processos industriais, as quais regulam a vazão na tubulação através da obstrução de um orifício de passagem. Neste trabalho, a estrutura de um gêmeo digital de uma válvula de controle é concebida a partir do modelo de 8 dimensões da revisão da literatura. Adicionalmente, é apresentado o diagrama do conjunto completo, composto pelo gêmeo e a arquitetura de automação (conexão de dados e sistema real). Com isso, é proposto para o conjunto, camadas que interagem entre si e executam tarefas. Também é apresentado o cliente OPC UA pertencente ao gêmeo e o servidor OPC UA pertencente a conexão de dados. Dando prosseguimento ao trabalho, foram descritos os instrumentos pertencentes ao sistema real, explicitado os componentes utilizados na implementação prática, assim como a conexão de dados entre o gêmeo e o sistema real e seus dispositivos. Por fim, são realizados dois experimentos a fim de validar a arquitetura de automação proposta e o retorno de respostas, instruções e comandos ao usuário, indicando assim a autonomia e capacidade do gêmeo. Concluiu-se que a modelagem do gêmeo digital para uma válvula de controle atendeu os requisitos necessários para sua criação, conforme embasamento teórico presente na revisão bibliográfica. Dos experimentos realizados, a arquitetura de automação adquiriu e transmitiu os dados para o gêmeo digital com pouca perda de informação, em tempo real, o gêmeo digital retornou as análises calculadas e interagiu com o usuário via janela gráfica.

Faced with current alternatives that do not satisfy the needs of the industrial process control sector, the concept of digital twin has emerged. This is a virtual representation, as realistic as possible, of a real asset with the possibility of integration with computer simulations and industrial devices, in order to suggest improvements in process efficiency. It highlights the interface of digital twins with real processes, performed by devices and communication methods such as the SCADA system and the OPC UA standard. It is also highlighted the importance of control valves in industrial processes, which regulate the flow in the pipeline through the obstruction of a passage orifice. In this work, the structure of a digital twin of a control valve is conceived from the 8-dimensional model of the literature review. Additionally, the diagram of the complete set is presented, composed of the twin and the architecture of automation (data connection and real system). With this, it is proposed for the set, layers that interact with each other and perform tasks. The OPC client is also presented UA belonging to the twin and the OPC UA server belonging to the data connection. Continuing the work, the instruments belonging to the real system were described, the components used in the practical implementation were explained, as well as such as the data connection between the twin and the real system and its devices. Finally, two experiments are carried out in order to validate the proposed automation architecture and the return of responses, instructions and commands to the user, thus indicating the autonomy and capacity of the twin. It was concluded that the modeling of the digital twin for a control valve met the necessary requirements for its creation, according to the theoretical basis present in the bibliographic review. From the experiments carried out, the automation architecture acquired and transmitted the data to the digital twin with little loss of information, in real time, the digital twin returned the calculated analyzes and interacted with the user via the graphical window.