Simulador de Processos e Controle Preditivo para a Indústria de Petróleo e Gás

Abstract

A análise e identificação de processos industriais melhora a percepção do engenheiro acerca das ações que devem ser tomadas em diversos cenários na indústria. Na área da engenharia de controle, o entendimento do processo é essencial para que a sintonia e configuração de controladores tenham resultados satisfatórios, porém a análise pode ser dificultada caso o processo seja muito complexo e também caso controladores avançados sejam utilizados, tornando essa sintonia dispendiosa e lenta. Dessa forma, simuladores podem ser empregados para auxiliar na sintonia do controlador, na análise do processo e na tomada de decisão em diferentes cenários, reduzindo o tempo gasto realizando essas tarefas. Porém, o maior problema de se utilizar um simulador está no custo elevado para a obtenção de licenças, principalmente nos que simulam processos e controladores avançados. Uma solução para esse problema seria o desenvolvimento de uma ferramenta de alta qualidade com baixo custo e que tornasse possível a simulação de diferentes cenários industriais, a sintonia de controladores avançados (especificamente controladores preditivos baseados em modelo) e a análise e estudo do processo. Portanto, neste trabalho é apresentado um projeto desenvolvido junto ao PRH-34 que implementa uma interface gráfica capaz de simular processos industriais, além de controladores preditivos, na linguagem de programação Python para contornar o problema da aquisição de licenças, visto que o Python é uma linguagem aberta (open source) e sem custos. O software criado é apto a simular matematicamente sistemas industriais a partir de modelos matemáticos, gerando gráficos com a resposta da simulação de forma intuitiva e de fácil leitura para o usuário. Para auxiliar o uso da interface também foi implementada uma biblioteca que contém modelos de processos muito comuns na indústria e amplamente estudados na literatura.

The analysis and identification of industrial processes improve the engineer’s perception about the actions that must be taken in several scenarios in industry. In Control Engineering, the process understanding is essential for design and configuration of controllers in order to obtain satisfactory results, however the analysis might be difficult if the process is more complex and also if advanced controllers are used, turning the design of the controller slow and costly. Therefore, simulators might be used so that it could help the configuration of the controller, analysis of the process and the decisionmaking in different scenarios, reducing the time spent accomplishing this task. The greatest problem in using simulators is the high cost to obtain the software’s license, mainly when using advanced controllers and complex processes. A solution for this problem is to develop a high quality software with a lower cost which implemented the simulation of different industrial scenarios, design of advanced controllers (focusing on model predictive controllers) and the analysis and study of the process. Thus, this paper presents a project developed with the collaboration of PRH-34 that implements a graphic interface capable of simulating industrial processes, aside from predictive controllers, using the Python as the programming language to solve the license acquisition problem, since Python is an Open Source language. The software is capable of simulating industrial systems using mathematical models, and to plot the results. Furthermore, a tool was developed to facilitate using the interface by implementing a library that contains different process models commonly found in industry and largely studied in literature.