2. STUDIU BIBLIOGRAFIC
Pentru realizarea proiectului s-a studiat bibliografia indicată la sfârşitul proiectului.
S-a pornit de la [11], din care s-au preluat noţiuni generale de detecţia şi diagnosticarea defectelor sistemelor, introduse în proiect.
Pentru realizarea proiectului s-a tradus din [2], din limba engleză în limba română, capitolul referitor la detecţia şi diagnosticarea bazată pe metode analitice, noţiuni de erori şi estimarea parametrilor.
Cunoştinţe de teoria sistemelor utilizate în modelare, identificare şi conducere a proceselor continue au fost dobândite din [5].
Cunoştinţe de estimarea parametrilor au fost preluate din cursul de facultate şi [8, 9].
S-au studiat proiecte de diplomă ale studenţilor din anii anteriori.
Modalităţi de modelare şi simulare în Matlab şi Simulink au fost preluate din manualul de utilizare [1].
Cunoştinţe de sisteme de conducere a proceselor continue s-au preluat din [4, 10].
3. FUNDAMENTARE TEORETICĂ
Proiectul de faţa are ca obiectiv realizarea unei analize principiale asupra celor mai importante probleme care apar în cadrul metodelor de detecţie şi diagnosticare a defectelor aplicate proceselor tehnologice, cu o largă arie de răspândire în industrie cum o reprezintă procesele de curgere a lichidelor în rezervoare. Aspectele principale legate de aplicarea unor astfel de metode de monitorizare sunt completate cu analiza problematicii de modelare şi simulare.
Sinteza sistemelor de detecţie şi diagnosticare se face în colaborare cu tehnologul de proces, care proiectează şi studiază procesul tehnologic considerat. Cunoaşterea unor modele matematice generale facilitează identificarea unor modele matematice viabile, suficient de precise pentru aceste tipuri de sisteme de monitorizare şi reprezintă una dintre problemele des întâlnite în practica curentă, premergătoare etapei de proiectare a unei strategii de conducere complexe.
Dificultăţile întimpinate la dezvoltarea analitică a unor modele ale sistemelor de monitorizare pot fi surmontate printr-o dezvoltare a unor modele experimentale, pe baza unor măsurători efectuate asupra proceselor. Pe baza acestor modele matematice pot fi sintetizate şi dezvoltate diverse strategii de monitorizare.
3.1. Generalităţi
În domeniul ingineriei sistemelor de conducere automate au apărut şi s-au dezvoltat noi domenii de aplicaţii practice. Noul concept de detecţie a defectelor reprezintă un astfel de domeniu nou în sistemele automate, care s-a dezvoltat pe baze ştiinţifice generale. Acest nou concept a dus la apariţia unui subdomeniu în cadrul sistemelor automate. Numeroase lucrări ştiinţifice şi cărţi au fost publicate în literatura de specialitate internaţională în domeniul detecţiei defectelor.
Acest proiect îşi propune să facă o scurtă iniţiere, în scop didactic, în domeniul detecţiei defectelor bazată pe metoda analitică de estimare a parametrilor.
Dezvoltarea domeniului detecţiei şi diagnosticării defectelor se bazează, în cadrul tuturor proceselor industriale, pe dezvoltarea tehnologiei echipamentelor de conducere în timp real. În cadrul acestor procese de producţie se pot utiliza în prezent, cu o mare eficienţă, o multitudine de date culese din proces, pentru reducerea timpului de execuţie, creşterea calităţii produselor, într-un cuvânt optimizarea acestor procese. În paralel cu dezvoltarea echipamentelor numerice de conducere s-au dezvoltat şi numeroase metode de monitorizare, bazate pe cunoştinţele despre proces. O astfel de metodă este şi cea a estimării parametrilor, care se încadrează în categoria mai largă a metodelor analitice. În această metodă de detecţie şi diagnosticare a defectelor se utilizează modele matematice ale proceselor, care trebuiesc determinate cu mare precizie. Multe procese tehnologice se desfăşoară în prezent sub o conducere automată şi în cazul lor utilizarea detecţiei şi monitorizării defectelor reprezintă un progres tehnologic. O schemă generală a unui sistem de conducere modernă a unui proces tehnologic se prezintă în fig. 1 [11].
Conform acestei scheme, operaţiile de măsurare şi de prelucrare a datelor se efectuează la nivelul cel mai de jos. Următorul nivel constă în conducerea automată, bazată pe reacţie şi reglare. Prin reglare anumite mărimi ale procesului u - mărimi de intrare de conducere şi y – mărimi de ieşire, reglate, sunt ajustate în concordanţă cu mărimile de intrare de prescriere w şi mărimile de intrare perturbatoare v. Al doilea nivel conţine supervizarea sau monitorizarea procesului, în cadrul căreia are loc detecţia, identificarea şi diagnosticarea defectelor din proces şi din sistemul de conducere automată.
Prin detecţia defectelor se înţelege indicarea în mod automat a stărilor nedorite sau nepermise ale procesului.
Pe baza identificării şi diagnosticării defectelor se iau decizii şi se acţionează adecvat pentru readucerea procesului şi a sistemului de conducere automată la starea normală de funcţionare („recuperare”), eliminarea defectelor şi readucerea la starea de funcţionare sigură, oprirea procesului, comutarea sistemelor de conducere redondante sau reconfigurarea structurii de conducere automată.
Nivelele superioare pot avea diverse sarcini, cum ar fi: optimizare, coordonare şi conducere centralizată, cu scopul realizării unor cerinţe economice sau de organizare.
La nivelele inferioare este necesar un timp redus de răspuns, ele acţionând local, pe când la nivele superioare acţiunea se desfăşoară global.
Procesele tehnologice moderne sunt procese complexe, care operează cu un număr mare de mărimi, care sunt reglate în bucle de reglare închise. O detecţie a defectelor în aceste sisteme efectuată la timp reduce timpul de execuţie, creşte siguranţa procesului şi reduce costurile de producţie. Procesele de producţie moderne sunt dotate cu numeroase instrumente de măsură, care furnizează numeroase date. Aceste date devin disponibile pentru detecţia şi diagnosticarea defectelor. Metodele convenţionale au limitele lor în ce priveşte capacitatea de a detecta şi a diagnostica defectele în aceste procese multivariabile. De aici a apărut necesitatea dezvoltării unor metode eficiente de monitorizare a proceselor, cum este cazul metodei analitice cu estimarea parametrilor.
Pentru aplicarea acestor metode de monitorizare în sistemele industriale reale este necesar să se depună mari eforturi ştiinţifice şi tehnice. Dintre multiplele domenii în care s-a dezvoltat în ultimii ani utilizarea tehnologiilor de detecţie şi diagnosticare a defectelor se pot enumera, cu precădere: procese industriale, acţionări electrice, centrale atomice, vehicule rutiere, ferate, aeriene, şi spaţiale, nave, instalaţii chimice etc.
Tehnicile de monitorizare a proceselor pot fi modelate, simulate şi implementate utilizând programe specializate, cum ar fi Matlab şi Simulink [1].
Metodele de detecţie bazate pe modele analitice sunt sprijinite de asemenea prin utilizarea unor concepte de estimare a parametrilor. Cercetările în domeniu s-au concentrat pe pe aceste metode, care se utilizează ca o alternativă la alte metodele convenţionale cum ar fi [2]: controlul statistic al calităţii sistemelor, metode bazate pe cunoştinţe, analiza variantei canonice, analiza componentei principale, sau analiza bazată pe discriminant.
CUPRINS
1. Introducere
1.1. Contextul realizării proiectului 2
1.2. Domeniul ştiinţific al temei 2
1.3. Tema proiectului 2
2. Studiu bibliografic 3
3. Fundamentare teoretică 4
3.1. Generalităţi 4
3.2. Proceduri de monitorizare a proceselor 8
3.3. Măsuri de monitorizare a proceselor 9
3.4. Metode de monitorizare a proceselor 11
3.4.1. Metode de detecţie a defectelor 11
3.4.2. Metode de diagnosticare a defectelor 12
3.5. Metodele analitice 12
3.6. Descrierea erorilor 14
3.7. Estimarea parametrilor 19
4. Studiu de caz 22
4.1. Procesul industrial 22
4.2. Modelarea şi simularea procesului 24
4.2.1. Cazuri de analiză 24
4.2.2. Cazul I 25
4.2.3. Cazul al II-lea 27
4.3. Estimarea parametrilor 29
4.3.1. Cazul general 29
4.3.2. Cazul I 31
4.3.3. Cazul al II-lea 33
4.4. Discuţie asupra estimării parametrilor.
Detecţia defectului. Diagnoza defectului 34
5. Concluzii 35
Bibliografie 36
Anexă 37
