Monitoreo, Detección de Fallas y Control de Procesos Industriales. Procesamiento Inteligente de la Información.

DAVID ZUMOFFEN; MARTA BASUALDO

Asociación Argentina de Control Automático

Lugar: Buenos Aires; Año: 2010 p. 422

978-950-99994-6-6

Los autores desean expresar su profundo agradecimiento a todas las instituciones que de diferentes maneras han contribuido a que este libro se concrete, Centro Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas (CIFASIS) - CONICET-UNR-UPCAM III, Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT), Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN-FRRo) - ``en memoria al Ingeniero Hector Garibaldi´´, Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN-FRRo), Departamento de Control-EIE y Escuela de Posgrado FCEIyA de la Universidad Nacional de Rosario (UNR). Los autores también agradecen la colaboración del Dr. Ceccatto y el Dr. Jordán en el capítulo 4 y la participación del Ing. Molina en los capítulos 5 y 6. Este libro aborda temáticas sumamente importantes en procesos industriales como el diseño de sistemas de supervisión, de detección de eventos anormales y el control de plantas completas. A lo largo de este trabajo el lector podrá encontrar las herramientas clásicas que sustentan estas grandes áreas, así como también nuevas metodologías y técnicas que se encuentran en la vanguardia de esta temática. Muchas de las innovaciones presentadas aquí son el resultado de la labor desarrollada por los autores a lo largo de numerosos años de investigación. La cual ha sido arbitrada de forma adecuada por prestigiosos expertos nacionales e internacionales. En las últimas tres décadas se ha incrementado notablemente el interés en sistemas de supervisión para procesos industriales de gran escala. Esto se debe esencialmente a condiciones de operación más exigentes de acuerdo con nuevas reglamentaciones de seguridad de equipos y personas, costos operativos y restricciones ambientales. La creciente complejidad en aspectos vinculados al diseño de grandes plantas (integración energética) y su correspondiente política de control hace que los sistemas de monitoreo resulten cada vez más sofisticados en aspectos tales como velocidad de detección, robustez, facilidad de explicación, requerimientos de modelado y almacenamiento de datos, adaptabilidad, etc.. Esta fuerte interacción entre información y acciones de control tiene lugar fundamentalmente a través de sensores y actuadores. Sin embargo, estos elementos constituyen potenciales fuentes de fallas/mal funcionamiento en procesos industriales. En este contexto, se advierte que el área de sistemas de monitoreo/supervisión integrados al control tolerante a fallas, aplicado a plantas industriales, es aún un problema abierto. En la actualidad, se han encontrado sólo algunas soluciones particulares dependientes del caso de aplicación (en general académicos). Como se puede apreciar el diseño y el rendimiento de los sistemas de supervisión se encuentran directamente vinculados a cuestiones como, tipo y cantidad de dispositivos de medición y actuación empleados, complejidad del proceso, complejidad de la estructura de control, etc.. Generalmente, la estructura de control juega un papel adverso para las tareas de supervisión ya que enmascara algunos eventos anormales debido a su naturaleza reguladora. De todo esto se desprende una observación importante, y no siempre considerada, los sistemas de monitoreo se diseñan sobre un proceso que ya cuenta con una estructura de control predeterminada y funcionando. Esto trae aparejado que ciertos puntos de medición y actuación ya están predefinidos, en otras palabras, extit{la política de control existente determina el marco de diseño y de trabajo para los sistemas de supervisión}. Resulta crucial entonces un análisis de cómo definir de forma óptima este marco para garantizar los objetivos de control y monitoreo. En tal sentido la locación óptima de sensores, el diseño de estructuras de control y la selección óptima de señales juegan un rol determinante en el correcto diseño de sistemas de control y supervisión de plantas maximizando sus beneficios y minimizando los costos de inversión. Este libro presenta básicamente dos ejes fundamentales: 1- el problema de diseño de sistemas de detección, diagnóstico y estimación de fallas (SDDEF) integrados al control tolerante a fallos (CTF) en procesos industriales ya controlados, y 2- abordar en forma global el problema de locación óptima de sensores (LOS), diseño de estructuras de control (DEC) y diseño óptimo de sistemas de supervisión (DOSS) para plantas industriales de gran escala. La primera temática está focalizada en automatizar el correcto manejo de situaciones anormales (MSA) y brindar una adecuada interacción con el usuario y la política de control existente mediante técnicas de CTF activo. El tratamiento del problema distingue claramente las herramientas que deben emplearse de acuerdo con la dimensión del mismo. Así, se presentan soluciones alternativas para una sola unidad de proceso y varias de ellas fuertemente interconectadas. En todos los casos se contemplan los sistemas bajo esquemas de control convencional y avanzado. El desarrollo de un novedoso SDDEF, apto para plantas de diferentes dimensiones y contemplando los requerimientos fundamentales que impone hoy la industria química constituye uno de los principales aportes de este trabajo en esta área. El segundo tópico central del libro aborda el problema de definir de forma óptima la política completa de un proceso (proveniente de su etapa de síntesis) referente a puntos de medición, estrategia de control y sistema de supervisión. Para ello se han analizado diferentes propuestas típicas sobre numerosos casos de aplicación, para luego proponer una estrategia sistemática y generalizada de diseño. Esta metodología constituye otro de los aportes de este libro ya que independiza esta etapa de desarrollo de cuestiones tales como, tipo de procesos, dimensionalidad, un conocimiento profundo de la dinámica de la planta y la necesidad de reducir el problema combinacional mediante criterios heurísticos. Este grado de generalización se obtiene en gran medida por la utilización de algoritmos genéticos (AG) y una adecuada definición de su funcional de costo. Diferentes metodologías se utilizan a lo largo de las secciones del libro. Por ello  el capítulo  denominado herramientas y técnicas se ha dedicado a brindar los principales conceptos de temas tales como procesamiento de señales, monitoreo y control de procesos así como una lista bibliográfica que el lector podrá consultar para profundizar sus conocimientos en dichas temáticas. Cada eje temático del libro utiliza parte de estas herramientas, la integración entre ellas y eventualmente propone modificaciones para resolver nuevos problemas.