viernes, 10 de diciembre de 2010

PROCESOS INDUSTRIALES







Los procesos industriales tienen su propósito principal el de transformar materias primas en un producto final. Durante el proceso de la producción de estos bienes, se tienen diversos procesos, ya sea que sean reutilizados los materiales, o se convierta energía para producir el producto final.

La instrumentación provee el significado del proceso de producción para asegurar que los productos sean elaborados apropiadamente.
Aunque hay varios procesos industriales y ninguno es idéntico es importante saber que los principios que aplica en los procesos son semejantes en sus principios.
Un proceso puede ser descrito como la secuencia de cambios en una sustancia.
La secuencia de cambios puede ocurrir en el aspecto químico, físico o ambos en la composición de una sustancia incluyendo parámetros como el flujo, nivel, presión, temperatura densidad volumen, acidez y gravedad específica, así como muchos otros, También muchos procesos requieren de transferencia de energía. La mezcla de fluidos, el calentamiento o el enfriamiento de substancias, el bombeo de agua de un lugar a otro, el enlatado de comida, la destilación de gasolina, el pasteurizado de la leche, y convertir la luz solar en energía eléctrica todos pueden ser descritos como procesos. Cuando una sustancia es calentada, su temperatura y su composición puede cambiar. Cuando la luz solar es convertida en electricidad, pueden ocurrir cambios físicos como químicos.









CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES

En los procesos industriales de fabricación correspondientes a los sectores papelero, químico, cementero, agua, petróleo, siderurgia,  etc.; es necesario realizar el control de forma continua.
Los sistemas DCS (Sistemas de Control Distribuido) están especialmente diseñados para dar solución a las necesidades de automatización y control de éstos procesos productivos
Estos controles se realizan sobre elementos tales como:

ËPasta de papel.
ËÁcidos.
ËGas/Petróleo.
ËAgua.
ËVapor.
ËMetal.
ËCemento, etc. 


Supervisión y diagnóstico automático de fallas para procesos industriales.

DESCRIPCIÓN


En los procesos industriales de fabricación existen dos características básicas a tener en cuenta. Por un lado, la calidad del producto que se fabrica y por otro, el buen funcionamiento de las instalaciones en las que se fabrica dicho producto. Aunque parezcan dos términos muy diferentes entre sí, no lo son tanto, ya que para obtener un determinado índice de calidad en un producto, será necesario que todos los dispositivos físicos que participan en la producción estén en perfecto estado de funcionamiento. La monitorización del funcionamiento global de los procesos industriales de fabricación adquieren una gran dimensión en los tiempos actuales en los que existe una gran competencia en los mercados con exigencias de niveles de calidad cada vez más altos, con coste bajos.


            MAPREX es un sistema de mantenimiento predictivo y de monitorización de la condición que incorpora funciones de captura, almacenamiento de datos, visualización en tiempo real de las señales y sus espectros, evolución temporal de ciertos valores característicos de dichas señales, etc. Además, incorpora un sistema de monitorización de la condición de procesos basado en redes neuronales. Este sistema consiste en la representación en tiempo real de una trayectoria de estado sobre un mapa donde se han cartografiado las diferentes condiciones de funcionamiento presentes en los datos de entrenamiento de la red neuronal. Ello permite tener un conocimiento de las diferentes etapas por las que va pasando el proceso, pudiendo analizar tendencias y/o posibles desviaciones de lo que se considera como funcionamiento óptimo del proceso productivo.



METODOLOGÍA / EQUIPOS





 La metodología seguida para la supervisión de los procesos industriales consta de las siguientes etapas :
  • Etapa de selección de las señales fundamentales del proceso. MAPREX incorpora un conjunto de herramientas software, como son representaciones temporales y frecuenciales de las señales, evolución temporal de los valores característicos, etc. que facilitan la selección de las variables características del proceso.
  • Etapa de adquisición de datos procedentes de los sensores de campo. Para ello MAPREX realiza el muestreo de las señales mediante tarjetas conversoras de Data Traslation Inc. instaladas en un computador portable.
  • Etapa de Extraccción de las características más relevantes de las señales adquiridas.
  • Etapa de entrenamiento del SOM con los datos obtenidos en la etapa de extracción de las características. MAPREX permite detectar las posibles desviaciones del proceso real respecto del esperado, mediante el análisis de los residuos (diferencias entre los valores instantáneos del proceso y los valores esperados por el SOM).

 DESTINATARIOS

 El sistema aquí presentado está basado en el manejo de datos procedentes de sensores y de modelos representativos de los procesos a supervisar. Por lo tanto puede ser aplicado a cualquier proceso, principalmente procesos industriales productivos desde una complejidad baja, como pueden ser simples accionamientos eléctricos, hasta sistemas industriales complejos como pueden ser trenes de laminación. Caben citar entre otros, los siguientes sectores:
  • Sector siderúrgico
  • Sector de producción de vidrio laminado
  • Sector de generación de energía eléctrica
  • Sector hospitalario
  • Sectores productivos en general


REFERENCIAS

El grupo lleva varios años trabajando en el campo de la monitorización de sistemas industriales complejos. La experiencia del grupo se concreta en la realización de varios proyectos de investigación , tanto nacionales, como europeos, en colaboración con empresas asturianas del sector siderúrgico y del sector eléctrico. Entre los proyectos realizados por el grupo, caben citarse los siguientes:



  • “The development of portable expert system for fault,finding & maintenance of rolling mill” y “ Diagnosis assistance for process performance, dynamic plant condition and periodic, quality defects in the cold rolling area”; ambos proyectos realizados en colaboración con la empresa Aceralia Corporación Siderúrgica, S.A. y financiados por el programa europeo CECA.
  • “Diseño, desarrollo e implementación de un sistema para la captura, procesamiento y monitorización de señales de vibración procedentes de sensores de campo”, proyecto financiado por la empresa HidroCantábrico Generación S.A.
             Así mismo, el grupo de investigación ha publicado varios artículos en congresos internacionales.

domingo, 5 de diciembre de 2010

Supervisión y diagnóstico automático de fallas para procesos industriales.

E
n todo proceso industrial, como son plantas petroquímicas, de generación de electricidad, sistemas de distribución, por mencionar algunos, se presentan fallas o eventos no previstos en el diseño, los cuales, aunados con el inevitable envejecimiento de los componentes que los integran, hacen que el sistema se comporte de manera anormal y deteriorada. Adicionalmente, a medida que se incrementa la complejidad de los sistemas también aumenta la probabilidad de tener fallas que lo llevan a condiciones de alto riesgo, con un costo económico para el medio ambiente y la sociedad en su conjunto.

Estos hechos, importantes desde un punto de vista de seguridad, disponibilidad y fiabilidad de un sistema, motivaron la creación de una línea de investigación en el Instituto de Ingeniería, cuyo objetivo es diseñar sistemas automáticos de supervisión por software capaces de detectar y localizar anomalías en procesos industriales. Adicionalmente a la detección se busca establecer mecanismos de reconfiguración y reacomodo del proceso, de tal manera que pueda mantenerse en condiciones de operación seguras ante la presencia de fallas.
Los sistemas de diagnóstico de fallas que se proponen se basan en los modelos de un proceso, donde se comparan los datos medidos del proceso de manera continua con un comportamiento esperado, y una discrepancia entre ellos es clasificada como un síntoma de falla. El esquema de la filosofía del principio de generación de síntomas de detección de fallas postsoftware.

En particular, en el II UNAM, se ha resuelto el problema de la localización de múltiples fugas en un ducto cuando se tienen únicamente mediciones del gasto, presión y temperatura en los extremos del ducto. En este caso la computadora se ha programado de manera que realiza continuamente las funciones de un supervisor o vigilante del buen desempeño del ducto. El localizador de fugas ha sido probado con éxito en la tubería piloto de 135 metros del Laboratorio de Hidromecánica del propio Instituto.
En relación con el diagnóstico de fallas para procesos industriales de gran escala, se ha propuesto una extensión a uno de los métodos estadísticos más usados en el ambiente industrial: el análisis de componentes principales. Este método tiene la ventaja de requerir solamente series de tiempo para su calibración, lo cual lo hace atractivo para aplicaciones en procesos donde se desconocen los modelos analíticos.
El beneficio esperado con esta línea de investigación es disponer de mecanismos automáticos de bajo costo, capaces de monitorear procesos complejos y de alto riesgo, para cumplir con normas de seguridad y confiabilidad demandadas por la sociedad en general.