Falhas no Reator de Neutraliza¸c˜ao

Durante a simula¸c˜ao do reator de neutraliza¸c˜ao alguns tipos de falhas s˜ao inseridos. Equi- pamentos eletrˆonicos est˜ao sujeitos a defeitos, como ´e o caso de um sensor. No caso de equipamentos que utilizam uma comunica¸c˜ao entre uma interface eletrˆonica e uma f´ısica, como as v´alvulas com atuadores, pode ocorrer desgaste mecˆanico destes atuadores fa- zendo com que n˜ao haja mais correspondˆencia entre o sinal enviado para o movimento do atuador e o movimento realmente realizado. Este fenˆomeno ´e comum nas opera¸c˜oes industriais e ´e conhecido como emperramento ou agarramento de v´alvulas.

Para este processo utiliza-se apenas falhas em atuadores, ou seja, ocorre uma n˜ao correspondˆencia entre os sinal enviado para o movimento do atuador e o movimento realizado gera perturba¸c˜oes ao processo, dificultando o controle e aumentando de maneira significativa a sua variabilidade. Para este exemplo, simula-se uma falha no atuador respons´avel pela alimenta¸c˜ao de base, que partir de um determinado instante fornece uma vaz˜ao fixa.

Falha na v´alvula: alimenta¸c˜ao de base

A simula¸c˜ao de uma falha na v´alvula que alimenta solu¸c˜ao com pH b´asico ´e mostrada na Figura (4.45). Para este exemplo, a vaz˜ao de base torna-se constante e igual a 7 ml/s a partir do tempo 18 min. Nota-se que o processo se desvia dos pontos de opera¸c˜ao desejados (hsp _{= 12, 86 cm e pH}sp _{= 3, 50). Al´em disso, o controlador tenta compensar o}

erro gerado pela diminui¸c˜ao da vaz˜ao de base atrav´es da diminui¸c˜ao da vaz˜ao de ´acido. No entanto, o processo n˜ao ´a capaz de retornar para o ponto de opera¸c˜ao desejado.

Para detectar este tipo de falha implementa-se uma estrat´egia de verifica¸c˜ao entre o sinal calculado pelo controlador preditivo para os atuadores e o sinal medido atrav´es de instrumentos medidores localizados imediatamente ap´os as v´alvulas de alimenta¸c˜ao de ´acido e base. A Figura (4.46) mostra que a partir do tempo de falha de 18 min a correspondˆencia entre o sinal calculado pelo controlador e o sinal medido pelo sensor de vaz˜ao n˜ao ´e mais verificada e a falha pode ser detectada e diagnosticada.

Controle tolerante

A estrat´egia de controle tolerante proposta para este tipo de falha ´e apresentada em detalhes no Cap´ıtulo 3 e se baseia na atualiza¸c˜ao do modelo sucessivamente linearizado devido ao aparecimento de falhas bem como a dos set-points, que se alteram para buscar os objetivos de controle previamente especificados (neste caso hsp _{= 12, 86 cm e pH}sp ₌

4.4. O Reator de Neutraliza¸c˜ao 127

Figura 4.45: Simula¸c˜ao de uma falha no atuador que alimenta base ao reator de neu- traliza¸c˜ao.

Figura 4.46: Res´ıduos entre o sinal de entrada calculado pelo MPC e o sinal lido atrav´es do sensor de vaz˜ao de base (ml/s).

A Figura (4.47) mostra o comportamento do processo com controle tolerante. A falha ´e detectada atrav´es da gera¸c˜ao de res´ıduos e para este caso, ocorre uma atualiza¸c˜ao da matriz dos atuadores e dos pontos de opera¸c˜ao. Para uma vaz˜ao constante de base a partir do tempo 33 min, que neste caso ´e um problema do atuador que encontra-se travado nesta posi¸c˜ao. O controle tolerante deve continuar a opera¸c˜ao controlada do processo. Para isto, define-se como objetivo principal a manuten¸c˜ao do pH na sa´ıda do tanque e permite- se que o n´ıvel sofra altera¸c˜oes para que o efeito da falha seja acomodado. Com isso, a vari´avel vaz˜ao de base n˜ao sofre atua¸c˜ao enquanto que a vaz˜ao de solu¸c˜ao tamp˜ao, que antes da opera¸c˜ao com falha era considerada uma perturba¸c˜ao passa a ser uma vari´avel manipulada para manter o objetivo de controle do pH no tanque.

Figura 4.47: Controle tolerante para o reator de neutraliza¸c˜ao com falha na v´alvula de alimenta¸c˜ao de base.

O processo de controle tolerante para este processo ´e melhor exemplificado atrav´es da Figura (4.48), que mostra como a atualiza¸c˜ao do modelo ´e feita. A lineariza¸c˜ao sucessiva ´e sempre realizada em torno de todas as vari´aveis de entrada. Para cada opera¸c˜ao con- trolada escolhe-se as vari´aveis que dever˜ao ser manipuladas. As vari´aveis que n˜ao ser˜ao manipuladas devem receber valor zero ao final de cada lineariza¸c˜ao. Em seguida um pro- cedimento de verifica¸c˜ao de falhas ´e feito para analisar a possibilidade de atualiza¸c˜ao dos valores de set-point, restri¸c˜oes e principalmente do modelo.

4.4. O Reator de Neutraliza¸c˜ao 129

Figura 4.48: Esquema de controle tolerante proposto para acomoda¸c˜ao de falhas em atuadores para o reator de neutraliza¸c˜ao.

zar como vari´avel manipulada alternativa a vaz˜ao de solu¸c˜ao tamp˜ao, que em opera¸c˜oes normais ´e considerada como uma perturba¸c˜ao, passa a ser utilizada como vari´avel ma- nipulada e a vaz˜ao de base que se torna constante devido `a fixa¸c˜ao no valor de 7 ml/s devido a uma falha no respectivo atuador passa a ser considerada como uma perturba¸c˜ao para o processo.

Figura 4.49: Manipula¸c˜ao da vaz˜ao de solu¸c˜ao tamp˜ao no esquema de controle tolerante a falhas na v´alvula de alimenta¸c˜ao de base.

A proposta de controle tolerante para este processo ´e eficiente e consegue recuperar o processo e tra¸car novos objetivos, que implementados em linha, conseguem levar o processo a operar no ponto desejado. A explora¸c˜ao de falhas nos outros atuadores (´acido e solu¸c˜ao tamp˜ao) tamb´em ´e poss´ıvel.

Mudan¸ca de objetivo

Assim como mostrado anteriormente, a mudan¸ca de objetivo em linha ´e capaz de recuperar opera¸c˜oes controladas que s˜ao afetadas por falhas. Objetiva-se demonstrar que a altera¸c˜ao de objetivos totais ´e poss´ıvel e deve ser avaliada. A Figura (4.50) mostra como a altera¸c˜ao total dos objetivos de controle (hsp _{= 15, 73 cm e pH}sp _{= 7, 45) ´e feita com sucesso.}

Figura 4.50: Controle tolerante a falhas com mudan¸ca completa dos objetivos de controle (n´ıvel e pH).

Para que isso seja poss´ıvel ocorre uma maior utiliza¸c˜ao de solu¸c˜ao tamp˜ao, assim como mostrado pela Figura (4.51).

4.4. O Reator de Neutraliza¸c˜ao 131

Figura 4.51: Vaz˜ao de solu¸c˜ao tamp˜ao utilizada como vari´avel manipulada devido a altera¸c˜ao de objetivos de controle.