عنوان پایان‌نامه
تشخیص عیب و پایش کارایی در سیستم های کنترل فرایند
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2830;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71484
- تاریخ دفاع
- ۳۱ خرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- شروین پروینی احمدی
- استاد راهنما
- فرزاد رجایی سلماسی, تورج عباسیان نجف آبادی
- چکیده
- حلقه های کنترلی، مهمترین مولفه های سیستم های کنترل فرآیند می باشند. کیفیت محصول، امنیت بهره برداری، مصرف ماده و انرژی و در نتیجه عملکرد مالی به طور مستقیم یا غیر مستقیم به عملکرد سیستم های کنترلی بستگی دارند. بنابراین دست یافتن به بالاترین عملکرد حلقه های کنترلی و نگه داشتن در آن سطح، از اهمیت حیاتی برای شرکت ها و کارخانه ها برخوردار است. با توجه به اینکه سیستم های کنترل فرآیند از سطوح سلسله مراتبی متعددی تشکیل یافته و دارای ساختار پیچیده می باشد بنابراین نگهداری در سطوح پایه تعیین شده توسط پرسنل فرآیند کار دشواری می باشد. این نیازمندی ها سبب رشد و توسعه تکنولوژی پایش کارایی کنترل در دهه گذشته شده است. پایش کارایی کنترل چارچوبی جهت ارزیابی سیستماتیک و خودکار عملکرد حلقه های کنترلی، آشکارسازی و تشخیص عیب و عوامل منجر شده به عملکرد ضعیف کنترلی و نهایتا پیشنهاد شاخص هایی به منظور بهبود عملکرد کنترلی، فراهم می کند. لازم است تاکید شود برای اینکه تکنیک پایش کارایی کنترل در صنعت قابل استفاده باشد باید تحلیل انجام گرفته بر اساس داده ها در شرایط عادی سیستم و بدون نیاز به مدل دینامیکی و دانش فرآیند صورت گیرد. در این پایان نامه یک چارچوب ترکیبی مبتنی بر داده، به منظور آشکارسازی عیب حسگری و ارزیابی و سنجش عملکرد کنترل کننده در سیستم¬های چند متغیره، ارائه خواهد شد. عیب حسگری در نظر گرفته شده از نوع کاهش دقت حسگر بوده و سیستم آشکارساز عیب مبتنی بر روش تحلیل مولفه های اساسی (PCA) می باشد. چالش اصلی در این پایان نامه، ارائه سیستم آشکارساز عیب به گونه ای می باشد که در مقابل عیب، حساس و نسبت به تغییر پارامترهای کنترل کننده، قوام داشته باشد. نشان داده خواهد شد که به کارگیری مستقیم PCA بر روی داده های حلقه بسته به منظور آشکارسازی عیب، مشکلاتی را به همراه دارد. لذا جهت آشکارسازی عیب، یک روش بر اساس خروجی حداقل واریانس، PCA و فیلتر ARMA پیشنهاد می شود. به منظور ارزیابی و سنجش عملکرد حلقه های کنترلی نیز از یک روش بر اساس تحلیل مقادیر ویژه تعمیم یافته استفاده میشود و با به کارگیری یک شاخص که بر اساس زاویه بین بردارهای ویژه حاصل شده و متغیرهای کنترلی می باشد، حلقه هایی که منجر به عملکرد ضعیف کنترلی سیستم شده است شناسایی می شوند. در پایان نیز چارچوب پیشنهاد شده بر روی یک فرآیند با چهار حلقه کنترلی و فرآیند تانک چهارتایی شبیه سازی، بررسی و تحلیل می شود. واژه های کلیدی: آشکارسازی عیب حسگری، پایش کارایی کنترل کننده، تحلیل مولفه های اساسی، سیگنال حداقل واریانس، ماتریس تداخلی واحد، فیلتر ARMA، مقادیر ویژه تعمیم یافته
- Abstract
- Control loops are the most important component of process control systems. Product quality, operation security, material consumption, and consequently economical functionality, are directly or indirectly reliant on control system’s performance. As a result, reaching the maximum performance of control loops and maintaining them in such level of operation, is crucial to manufacturers and factories. Since process control systems consist of multiple hierarchical levels and have complicated structures, maintaining of them by process personnel at the basic levels of operation, is a challenging task. However, the aforementioned necessities have caused improvement and development in control performance monitoring. Control performance monitoring provides a framework for automatic and systematic performance assessment of control loops, identification and detection of fault, factors leading to weak control performance, and finally suggestion of indices for enhancement of control performance. It is noteworthy, that for implementation of control performance monitoring techniques in industry, the performed analyses have to be based on data gathered from normal operation state of the system without including the dynamic model of the system and process knowledge. In this thesis, a data-based framework, for detection of sensor faults and control performance assessment in multi-variable systems, has been proposed. Sensor fault which has been considered is of type of sensor precision degradation, and fault detection system is based on Principal Component Analysis method. The main challenge in this thesis, is to propose the fault detection system such that it can be sensitive to faults and robust against variation in parameters of controller. It is shown that direct application of PCA method on closed loop data for fault detection, is problematic. Therefore, for fault detection purpose, a method based on Minimum Variance Output, PCA and ARMA Filter is proposed. In order to assess the performance of control loops, a method based on Generalized Eigenvalue Analysis is used, and by utilization of an index, which is based on the angle between obtained eigenvectors and control variables, loops leading to undesired performance of control system are identified. Furthermore, the proposed framework in a well-known process with four control loops and Quadruple Tank process, is simulated and the results are analyzed. Keywords: Sensor Fault Detection, Control Performance Assessment, Principal Component Analysis, Minimum Variance Signal, Unitary Interactor Matrix, ARMA Filter, Generalized Eigenvalue Analysis.
