Decoupling Control and Soft Sensor Design for an Experimental Platform

This chapter presents the design and implementation of a decoupling control strategy for an experimental platform and pilot plant, dedicated to the study of the fouling phenomena which occur in industrial tubes. Initially, a set of tests was done for the identification and validation of FOPDT models suitable to the four processes of the multivariable system: flow-voltage, flow-current, pressure-voltage, and pressure-current. After, the interaction between the inputs and outputs of the system was analyzed by the RGA and RNGA matrices. The static decoupling and decentralized PID controllers tuned by the Ziegler-Nichols and IMC methods were designed. Then, the set point tracking response was simulated and implemented using MATLAB and LabVIEW software, respectively. Finally, the concept of soft sensor was applied to monitor the output variables of the experimental platform, for a better performance of the decoupling control

Development of fouling detection techniques using non-invasive methods.

Neste trabalho apresentam-se as técnicas desenvolvidas para detecção de incrustação em dutos utilizando métodos não-invasivos. A incrustação ´e um problema que ocorre nas indústrias química, petrolífera, alimentícia e farmacêutica. Este processo consiste na deposição de materiais orgânicos pesados e de outros sólidos dissolvidos ou em suspensão no sistema de transporte fluídico. Com os problemas causados pela incrusta¸c˜ao surge a necessidade do desenvolvimento de novas técnicas de detecção. A primeira técnica proposta baseia-se na estimação de parâmetros (com o modelo de pulsos Gaussianos) de um sistema que utiliza ondas guiadas para detecção de incrustação em tubulações. Com o modelo utilizado, as modificações dos parâmetros estimados são analisadas, quando a incrustação está presente nas tubulações monitoradas. A segunda técnica proposta baseia-se na utiliza¸c˜ao da transformada Wavelet (Ondaleta), que é uma técnica de análise de sinais através da combinação linear de funções elementares. Enquanto a transformada de Fourier utiliza uma série de exponenciais complexas de diferentes frequências, a transformada Wavelet utiliza funções que são versões escalonadas e transladadas de uma função modelo conhecida como Wavelet mãe. Com o uso de Wavelets pode-se analisar a distribuição de energia do sinal com a mudança do tempo em diferentes faixas de frequência. Com isso, a transformada Wavelet é utilizada para analisar os sinais ultra-sônicos para detecção de incrustação em tubulações. As energias dos coeficientes Wavelet dos sinais ultra-sônicos foram determinadas e as modificações nestas energias foram observadas quando a incrustação está presente na tubulação. A terceira técnica proposta baseia-se na análise de vibrações, com o uso do impacto do martelo. As vibrações são detectadas por um acelerômetro ou microfone, permitindo a normalização da resposta da vibração medida, para encontrar as funções de resposta do sinal. Testes com impacto do martelo têm sido usados em muitas áreas da engenharia para analisar funções de resposta em frequência (FRF) devido a sua conveniência e simplicidade dos experimentos, bem como a validade dos procedimentos de análise. De acordo com essas id´eias, testes com o impacto do martelo foram utilizados para detectar incrustação em tubulações. Com o desenvolvimento das novas técnicas de detecção pretende-se reduzir os problemas causados pela incrustação; evitar a perda da capacidade operacional dos sistemas de transporte de fluidos; aumentar a segurança e otimizar a m˜ao de obra para instalação e rapidez na obtenção das informações sobre o processo de incrustação, auxiliando assim na manutenção das tubulações.This project presents techniques for fouling detection in ducts using no-invasive methods. Fouling is a problem which occurs in the chemical, petroleum, food and pharmaceutical industries. This process consists of the accumulation of heavy organic materials and other dissolved solids or in suspension in the fluid transport system. The first technique is based on parameter estimation (with the model of Gaussian pulses) of a system that uses guided waves for fouling detection in pipes. With the used model, the modifications of the parameters are analyzed, when the fouling is present in the monitored pipes. The second technique is based on Wavelet transform, which is a technique of signal analysis via linear combination of elementary functions. While Fourier transform uses a series of complex exponential with different frequencies, the Wavelet transform uses functions that are assigned and moving versions of a function model known as Wavelet mother. With Wavelets the signal energy distribution can be analyzed with the change of the time in different frequency band. Thus, the Wavelet transform is used to analyze ultrasonic signal for fouling detection in pipelines. The energies of the Wavelet coefficients of the ultrasonic signal are determined and the modifications in these energies were observed, when the fouling is present in the pipes. The third technique is based on analysis of vibrations, with the use of a hammer impact. The vibrations are detected by an accelerometer or microphone, allowing the normalization of the measured vibration response for to find the signal response function. Tests with hammer impact have been used in many areas of the engineering for analysis of frequency response function (FRF) due the convenience and simplicity of the experiments, as well as the validity of the analysis procedures. Tests with the hammer impact were used to detect fouling in pipes. With the development of the techniques of fouling detection, it is desired to: reduce the problems caused by fouling; avoid the loss of the operational capacity of the fluid transport systems; increase the safety, optimize the work hand for installation and speed in the obtaining of the information on the fouling process, aiding in the maintenance of the pipes.CNP