Diseño de Observadores para la Detección y Diagnóstico de Fallas Aplicados a la Industria de Procesos

Abstract

En las últimas décadas, los sistemas de control han evolucionado, desde simples estructuras de realimentación mecánicas hasta la concepción de estrategias avanzadas, cuya implementación sobre dispositivos electrónicos permite significativas mejoras en la operación de sistemas complejos y/o altamente inestables, optimizando costos y esfuerzos de control. A menudo, escenarios inesperados, o eventos no contemplados previamente en el diseño del controlador, suceden en los sistemas provocando rendimientos insatisfactorios o incluso comprometiendo su estabilidad. En general, tales eventos se generan ante el mal funcionamiento de los componentes del sistema (actuadores, sensores, entre otros). Por lo que para afrontar estos inconvenientes resulta estrictamente necesario el desarrollo de sistemas de detección, aislación y diagnóstico de fallas capaces de inferir, en una fase temprana de su desarrollo, la ocurrencia de una falla e indicar la razón que la causó, conociendo en detalle las anomalías del sistema, de forma tal, que permita a los controladores tomar decisiones adecuadas, mientras se mantienen las características de rendimiento y estabilidad deseadas. Es por ello, que a través de este trabajo de tesis se busca conocer, evaluar y desarrollar técnicas de detección y diagnóstico de fallas con fines prácticos. Específicamente, se presenta el estado actual de conocimiento sobre el tema acompañado por los principales conceptos básicos involucrados, para luego abordar aquellas herramientas que emplean redundancia analítica generada a partir del conocimiento del modelo matemático del proceso. Esto es, profundizar el abordaje de los esquemas de detección y diagnóstico de fallas basados en observadores de estados tanto sobre sistemas lineales e invariantes en el tiempo, como para sistemas lineales de parámetros variables. Los esquemas de detección y diagnóstico propuestos se evaluaron, mediante simulaciones numéricas, sobre tres operaciones unitarias típicas de la industria química de procesos. Siendo estas: el proceso de dos tanques sin interacción, un sistema intercambiador de calor y un reactor continuo de tanque agitado.