Edição 273 - JUNHO/2005 - Revista Petro & Química

Eduardo Shigueo HoriATAN Ciência da Informação
Wu Hong KwongDEQ/UFSCar

Apesar dos muitos avanços na síntese de sistemas de controle multivariáveis, os controladores descentralizados ainda são muito populares na indústria devido à sua facilidade em projetar, implementar e ajustar e, também, devido à fácil compreensão pelos operadores. Para se reduzir os custos de instalação e produção, as plantas químicas modernas estão se tornando cada vez mais complexas, integradas e automatizadas, com muitas correntes de reciclo, causando um aumento nas interações entre as subunidades. Neste novo ambiente operacional, as ações isoladas de cada controlador pode prejudicar o desempenho de toda a planta caso estas ações sejam feitas de forma não-coordenada. Por isso, é importante que os controladores considerem, ao se calcular as ações de controle, os efeitos que estas ações terão sobre as outras subunidades. Assim, é necessária uma forma de coordenar as ações de vários controladores descentralizados. O objetivo deste artigo é apresentar uma estratégia de controle coordenado de um sistema de controle descentralizado com vários controladores QDMC. As simulações de um sistema de reator/coluna de destilação com reciclo mostram que este algoritmo é capaz de melhorar o desempenho do sistema de controle, tanto na presença de distúrbios quanto em variações no set-point.

Automação dos processos de medição
de vazão e BSW

Andrés O. Salazar, André L. Maitelli, Filipe O. Quintaes, Danielle S. Silva, Priscilla T. A. F. Jesus, Gustavo D. Torres, Lucas M. Castro, Eudes G. A. JúniorUniversidade Federal do Rio Grande do Norte

Este artigo apresenta a metodologia de funcionamento do Laboratório de Avaliação e Medição em Petróleo – Lamp. O objetivo do laboratório é avaliar automaticamente os processos vazão e BSW (Basic Sediments and Water) através de simulação em diversas condições de operação em campo. O laboratório reproduz as diversas condições de operação em campo com tecnologia em redes industriais avançadas, a característica principal do laboratório é a integração de três tecnologias de redes industriais: Foundation Fieldbus, Modbus RTU e ponto-a-ponto. Através do protocolo OPC o controle e supervisão das informações em campo são avaliados em um computador supervisório. O laboratório está localizado na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) e fornece uma melhor qualidade na avaliação das medidas de instrumentos para as indústrias de petróleo neste estado e em estados vizinhos.

Controle de Nível em Separadores Óleo/Gás

Álvaro de Miranda Borges FilhoPetrobras/UN-BC/ST/AUT
Marco Antônio Alves de MeiraPetrobras/UN-BC/ST/AUT
Giovani Cavalcanti NunesPetrobras/CENPES/PDP/TE

Plantas de produção de petróleo utilizam vasos cilíndricos horizontais, denominados separadores, para retirar o gás do óleo. Estes equipamentos estão sujeitos a variações abruptas de vazão na entrada devido as características do regime de escoamento dos poços até a planta. Para controlar o nível do separador utiliza-se tradicionalmente um controlador PID atuando numa válvula instalada na saída de óleo do vaso. Com o controlador de nível sintonizado para manter o nível constante, as oscilações de vazão na entrada do vaso se propagam para a saída, causando instabilidade nos equipamentos instalados à jusante do separador. O controlador de nível ideal deve permitir que o nível varie dentro de uma faixa operacional para que as vazões na saída de óleo sejam menos oscilatórias. Esta especificação de resposta não pode ser plenamente atendida com o uso de controladores PID simples. Neste artigo é apresentada uma estratégia de controle de nível que permite variação de nível em torno de uma referência, amortecendo oscilações de vazão que sejam menores ou iguais a capacidade do separador. São detalhados o algoritmo de controle, a implementação no PLC e IHM, os testes dinâmicos simulados e os resultados operacionais obtidos em uma plataforma semi-submersível de produção de petróleo offshore.

É a não-linearidade a razão para o mau
desempenho de controladores industriais?

Marcelo FarenzenaTriSolutions Soluções em Engenharia LTDA
Jorge O. TrierweilerGrupo de Integração, Modelagem, Simulação, Controle e Otimização de Processos (GIMSCOP), Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Neste artigo, um estudo sobre a metodologia nRPN, utilizada para quantificar o grau de não-linearidade de sistemas dinâmicos será realizada. Esta permite decidir a necessidade de um controlador não-linear, para uma dada planta. Além disso, quando este se fizer necessário, suas características também são determinadas, isto é, a metodologia quantifica além da não-linearidade total, suas componentes estática e dinâmica. A metodologia proposta foi aplicada em uma coluna de destilação que apresenta regiões de operação de alta e baixa pureza dos produtos de topo e fundo e num reator de neutralização.

Ferramentas de monitoramento e avaliação de desempenho de controladores: até onde podemos chegar atualmente?

Márcio Ferreira e Jorge O. TrierweillerGrupo de Integração, Modelagem, Simulação, Controle e Otimização de Processos (GIMSCOP) Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).

O monitoramento e a avaliação de desempenho de malhas de controle são indispensáveis para assegurar a qualidade do controle automático do processo e conseqüente operação segura e lucrativa da planta. O algoritmo de controle e seus parâmetros de ajuste são escolhidos de forma a minimizar o erro existente entre a saída medida do processo e o valor de referência especificado. Estes parâmetros podem diferir significativamente dos parâmetros ótimos causando uma abrupta ou gradual deterioração do desempenho da malha de controle com o passar do tempo. Com o objetivo de se monitorar e avaliar este desempenho foram desenvolvidas várias ferramentas computacionais, com diferentes bases teóricas, que monitoram automaticamente a saída do processo fornecendo notas ou índices que quantificam a qualidade do ajuste e conseqüente desempenho da malha de controle. Entre elas podemos citar as ferramentas tradicionais de desempenho (ISE, IAE, etc.), e as ferramentas baseadas em variância mínima, em correlação entre os sinais de entrada e/ou saída e em detecção de oscilações, entre outras.

De posse destes índices é possível, para o engenheiro, verificar de forma rápida e eficiente qual das suas malhas está com melhor ou pior desempenho, priorizando ajustes e aumentando a eficiência e a lucratividade do processo.

Para uma eficiente avaliação de uma malha de controle é necessária uma correta interpretação dos índices de desempenho existentes. Para isto é importante que se conheçam bem os pontos fortes e fracos de cada um deles e também quais informações cada um está apto a fornecer sobre o processo.

Otimização do controle de redes
de escoamento de petróleo

Esther Vilar Brasileiro, Carlos de Oliveira Galvão, Francisco Vilar BrasileiroUniversidade Federal de Campina Grande

Este trabalho nasce da necessidade de gerir a infra-estrutura instalada de dutos, como forma de evitar ou adiar a adoção de soluções de engenharia, reduzir custos e o consumo de recursos naturais, e aumentar a segurança operacional. Propomos uma abordagem baseada em cenários para solucionar o problema do controle otimizado de redes de escoamento complexas, que busca reduzir o custo com energia elétrica na sua operação, mantendo os níveis de produção, respeitando as restrições operacionais dos dispositivos da rede e de segurança. Centrado no sistema de bombeamento, o esquema de otimização gera múltiplos cenários operacionais, sendo o ótimo selecionado através de um Algoritmo Genético (AG), que utiliza conhecimento especialista do problema para reduzir o tempo de busca e melhorar a qualidade da solução. A restrição temporal da aplicação, própria da operação em tempo-real, juntamente com as restrições operacionais de um grande número de dispositivos, limitam as possibilidades de otimização. Os resultados mostram que o AG encontra soluções mais econômicas que os procedimentos ad hoc de operação da rede, com uma redução média de 5,45% do custo. Além disso verificamos que um ganho médio adicional de 16,92% pode ser alcançado com o aumento dos recursos computacionais disponíveis.

Dez anos de sistemas de controle avançado na refinaria mais complexa do Brasil: história e perspectivas futuras

Rafael Pinotti Petrobras/REDUC/OT
Maria Laura Pires RabelloPetrobras/REDUC/OT
Alexandre WanderleyPetrobras/REDUC/HGP
Oswaldo Fraga ArealPetrobras/REDUC/OT
Murillo Terroso RomeiroPetrobras/REDUC/EN
José Ricardo CaneschiPetrobras/REDUC/LU/PL II

Em 1994 a Refinaria Duque de Caxias implantou o seu primeiro Controlador Preditivo Multivariável (MPC), na unidade de craqueamento catalítico. O software, então sob licença da firma DMCC, usava a técnica de Controle por Matriz Dinâmica (DMC). Este empreendimento culminou com o desenvolvimento, por engenheiros da Petrobras, de um MPC proprietário. Desde 1994, outras unidades têm sido contempladas com projetos de MPCs e de controle regulatório avançado, que têm sofrido adaptações de forma a manter o passo com a instalação de sistemas novos de controle e informação (SDCD, Banco de dados). O Centro Integrado de Controle, projetado para abrigar as unidades controladas por SDCD, foi inaugurado em 1998, permitindo uma rotina de monitoração mais simples dos sistemas de MPC pelos engenheiros de controle, facilitando a sintonia de malhas de controle regulatório e ajudando na implementação de novos projetos de MPC.

Este trabalho descreve a evolução de sistemas de controle avançado na Reduc, e explora perspectivas e desafios futuros num ambiente em mudança contínua, onde novas unidades são constantemente adicionadas a uma já complexa rede de mais de trinta unidades.

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