Supervisor de Monitoramento e Diagnóstico de Sensores aplicado a um Sistema Experimental

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1 Supervisor de Monitoramento e Diagnóstico de Sensores aplicado a um Sistema Experimental "Este trabalho se propõe a desenvolver um sistema experimental que englobe todas as funcionalidades de uma planta industrial constituídas de sensores, atuadores e sistemas supervisórios controladas pelas ferramentas da NI e comunicadas ao software Sentinell." - Fagner N. Bezerra, O desafio: De caráter inovador, a proposta refere-se à utilização de um novo método de análise dos dispositivos de sensoriamento ao passo que garante a confiabilidade da medição realizada e assim, atendendo aos anseios da sociedade industrial por um sistema que permita realizar manutenções nos sensores apenas na iminência do defeito (manutenção preditiva). A solução: Os dados coletados dos instrumentos de medição da planta construída baseada em controle de nível e temperatura serão transmitidos através da placa de aquisição e, por conseguinte, comunicado à plataforma NI LabVIEW e ao software de análise Sentinell desenvolvido pelo laboratório BATLAB para aferir sobre a confiabilidade do valor medido pelo sensor. Autor(es): Fagner N. Bezerra - Supervisor de Monitoramento e Diagnóstico de Sensores Aplicado a um Sistema Experimental Leia o estudo de caso completo Autor Fagner Nakahata Bezerra, Engenheiro Eletricista graduado pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul UFMS. Exerceu por 3 anos cargo de pesquisador no Laboratório de Inteligência Artificial, Sistemas Digitais e Eletrônica de Potência BATLAB. Produtos utilizados 1. Placa de aquisição NI USB-6229; 2. LabVIEW 8.0. Palavras-chave Monitoramento e diagnóstico de sensores, detecção de falta, manutenção preditiva, sistema de controle, controle de nível e temperatura. Introdução Visando a otimização industrial através da redução na manutenção/calibração de sensores executadas pela manutenção periódica, bem como minimizar a exposição de recursos humanos a condições adversas de trabalho, a utilização do software Sentinell baseado em inteligência artificial, permitirá fornecer as estimações do modo de operação dos sensores de acordo com as análises das informações coletadas. Este trabalho se propõe a desenvolver um sistema experimental que englobe todas as funcionalidades de uma planta industrial constituídas de sensores, atuadores e sistemas supervisórios controladas pelas ferramentas da NI e comunicadas ao software Sentinell para demonstrar a importância da manutenção preditiva quando forem induzidos erros na medição de algum sensor obrigando o software detectar este sensor degradado ou falhando. Especificação da planta A planta construída foi baseada no controle de nível e temperatura de um tanque principal, por meio de outros dois tanques auxiliares que forneceria líquido com temperaturas diferentes, conforme apresentado na Figura 1. As simbologias TT e LT correspondem respectivamente sensor de temperatura e sensor de nível. Este tipo de sistema é utilizado em aplicações em que há a necessidade de se controlar a altura da coluna de líquido de um tanque, a vazão do líquido ou ambos como na indústria química de tinta durante a mistura de duas substâncias. Características construtivas A Figura 2 demonstra a planta construída para a realização dos testes, apresenta três reservatórios moldados em vidro dos quais apresentam aberturas inferiores para a conexão física entre eles, vasos comunicantes, e aberturas superiores para a inserção de água proveniente do funcionamento das bombas. Na figura 3 é apresentada a comunicação entre a placa de aquisição da NI e a placa de condicionamento projetado para modelar os circuitos de sinais dos sensores utilizados. As dificuldades de execução deste projeto resultaram da demora em encontrar um sensor capaz de realizar a medição de nível contínuo e a espera pela chegada de componentes, e também da necessidade de utilização de amplificadores analógicos para que os sinais dos sensores fossem lidos pela placa de aquisição, além da alta sensibilidade e interferência ocasionada pelo sensor de temperatura que provocava medições errôneas. Controle pelo LabVIEW A montagem da programação de controle do LabVIEW foi baseada na estrutura utilizada durante as simulações, desta maneira, ao inserir um nível e temperatura de referência para o reservatório misturador, Figura 4, imediatamente o ganho de controle atua no funcionamento das bombas para a entrada da água aquecida e resfriada no tanque misturador até se aproximar primeiramente no nível estipulado. No segundo estágio, apenas são acionadas as bombas necessárias para manter o nível e alcançar a temperatura designada. O LabVIEW comunica com a placa de aquisição NI USB 6229 através de blocos específicos ( DAQ Assistant) dos quais consegue tanto coletar os dados advindos das entradas analógicas dos sensores, bem como, enviar sinal pela saída digital da placa para o acionamento dos relés responsáveis pelos quatro atuadores da planta referente às duas bombas, aquecedor e ventilador. 1/5

2 Para estabelecer a ligação entre o equipamento de controle e o software de supervisão Sentinell foi utilizado o protocolo DDE (Dinamic Data Exchange intercâmbio dinâmico de dados) disponibilizado pelo LabVIEW e aplicado ao sistema operacional Windows. Relação de custos A planta desenvolvida durante o trabalho, além de permitir comunicar com sistemas supervisórios, apresenta um grande potencial para ser aplicado como planta didática, motivo para qual a importância do levantamento dos componentes utilizados e levantamento total de custos para que, futuramente, este projeto possa ser construído em escala e utilizado em laboratórios de disciplinas como controle e automação, processamento de sinais e termodinâmica. Conforme presente na Tabela 1 verifica-se que o custo total em torno de R$ 3.000,00 é satisfatório comparado com as plantas didáticas comercializadas no mercado. Tabela 1 - Levantamento de custos dos componentes Deve salientar que não foi necessário acrescentar os custos da licença do software LabVIEW por utilizar uma versão para estudante e do Sentinell por se tratar de um sistema supervisório em fase de testes. Resultado experimental Para verificar o funcionamento do software em um estudo de caso, foi ocasionado um erro induzido no sensor de nível reservatório misturador em torno de 04h:06min do gráfico demonstrado na Figura 5. Conforme a Figura 5 verifica-se que com um tempo de amostragem de 1 segundo, o software Sentinell estava estimando o valor do sensor de nível do misturador com erro menor de 1% em relação ao medido, aparecendo como status normal para a indicação do sensor. A indicação normal para este sensor referia-se ao valor de controle de nível de 60% no LabVIEW, contudo no momento que o sensor coletou um valor abaixo da operação normal em torno de 52%, ao realizar a interpolação linear aplicando a regressão Kernel com os outros pontos normalizados do grupo, imediatamente gerou um alerta crítico, indicando que o sensor apresentava um erro de medição em torno de 10% do valor que seria o correto. Evento que demonstra a eficácia do funcionamento do supervisório de monitoramento Sentinell e a importância para a realimentação correta de controle, visto que quando os sensores estiverem defeituosos podem causar baixo desempenho econômico ao ocasionar a parada parcial ou completa da planta e operacional no momento que indicam a calibração desnecessária dos instrumentos, além de gerar risco à segurança na operação de manutenção. 2/5

3 Figura 1: Esquema da planta especificada. Figura 2: Setup experimental construído. 3/5

4 Figura 3: Comunicação da placa de aquisição da NI. Figura 4: Interface de supervisão do LabVIEW. 4/5

5 Figura 5: Erro induzido no sensor do sistema experimental. Informações legais Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA NOS TERMOS DE USO DA NI.COM ( ( 5/5