Performance assessment and root cause analysis of multivariable PID control loops
Çok değişkenli PID kontrol döngülerinin performans değerlendirmesi ve kök neden analizi
- Tez No: 435859
- Danışmanlar: PROF. DR. ZİYA YAMAN ARKUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Kimya Mühendisliği, İstatistik, Electrical and Electronics Engineering, Chemical Engineering, Statistics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 195
Özet
Endüstriyel prosesler farklı tiplerdeki kontrolörler ile kontrol edilmektedir. Bunlar arasında, PID kontrolörler en yaygın olanlarıdır. Bu kontrolörler, prosesleri istikrarlı tutmak, bozucu etmenleri bertaraf etmek ve proses çıktılarının istenilen değere gelmesini sağlamak amacıyla proses girdilerini değiştirmektedirler. PID döngüler, dijital ve mekanik donanımlar içermektedir. Genellikle, fabrikalardaki kontrol mühendisleri bu döngülerin bakımından ve performansından sorumludur. Ancak, fabrikalarda artan kontrol döngüsü sayısı ile birlikte, döngülerin tek tek teşhis edilmesi meşakkatli bir hal almaktadır. Kontrol Döngüsü Performans Takibi (CPM) felsefesi bu problemi çözmeyi amaçlar. Bünyesinde basitten gelişmişe algoritmaları barındırarak CPM, performans kaybının ardındaki nedenleri ortaya çıkartan en doğru performans değerlendirmesini yapmaya çalışır. Bunu yaparken CPM prosesi değiştirmez, aksine daha önce yaratılmış verileri analiz eder. Bu analizler; performans değerlendirme, salınım tespiti, doğrusalsızlık tespiti, vana aşınım tespiti ve ölçümü, kontrolör ayarlama değerlendirmesi ve kök neden analizi olarak sıralanabilir. Bu çalışmada, CPM felsefesini oluşturan her bileşen incelenmektedir. Analiz bileşenlerini oluşturan metotlar, endüstriyel rağbetlerine göre seçilmiştir. Metotlar açıklanmış, zayıf ve güçlü yanları geniş ölçüde tartışılmıştır. Analiz, kontrol döngülerinin hem stokastik hem deterministik değerlendirmesi ile başlamaktadır. Daha sonra, yaygın bir problem olan salınım açıklanmış, salınımların tespit edilmesi için kullanılan muhtemel metotlar tartışılmıştır. Ardından, salınımların arkasındaki nedenlerden olan doğrusalsızlıklar tartışılmıştır. Daha sonra, kontrol vanalarındaki en yaygın doğrusalsızlık nedeni olan vana aşınım problemi ele alınmıştır. Ardından, çok değişkenli PID kontrolörler kök nedenlerin tespiti amacıyla değerlendirilmiştir. Son olarak, incelenen metotlar, performans kaybına neden olan kök nedenlerin bulunması amacıyla tek bir algoritmada bağlanmıştır. İncelenen metotlar ve tüm algoritma TÜPRAŞ İzmit Rafinerisi'ndeki bir fabrikada test edilmiştir. Metotların avantajları ve dezavantajları açıklanmıştır. Analizler, döngülerin % 47'sinin kabul edilebilir performansa sahip olduğunu göstermiştir. Kötü performansın nedenleri, salınımlar, vana aşınımı ve kontrolör ayarı olarak tespit edilmiştir. Çalışma sonunda kök neden analizi, salınımların yayıldığını ve diğer döngüleri de etkilediğini göstermektedir. Fabrikada, 4 adet olası fabrika geneli bozucu etmen adayı tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Industrial processes are controlled with different types of controllers. Among those, PID controllers are very popular. These controllers manipulate the process inputs to keep the process stable, to reject disturbances and to regulate the process outputs at the desired set-points. PID loops include different digital and mechanical hardware. In general, control engineers at the plants are responsible for the maintenance and performance of these loops. Nevertheless, with the increasing number of the control loops at the plants, diagnosis of each loop becomes tedious. Control Loop Performance Monitoring (CPM) philosophy aims to solve this problem. Incorporating basic to advanced algorithms, CPM tries to deliver the most accurate assessment of control loops discovering the underlying causes for performance degradation. While doing that, CPM also does not manipulate the processes, instead it analyzes the already generated data. These analyses can be listed as performance assessment, oscillation detection, non-linearity detection, stiction detection and quantification, controller tuning assessment and root cause analysis. In this study, each component building the CPM philosophy is examined. The methods for each analysis component are selected based on industrial popularity. The methods are described and their strengths and weaknesses are discussed extensively. The analysis starts with the assessment of control loop performances in terms of both stochastic and deterministic techniques. Then, a common problem, oscillation, is explained and the possible methods to detect oscillations in control loops are discussed. After that, non-linearities which are the reasons behind the oscillations are discussed. Then, stiction problem which is the most frequent cause of non-linearities in control valves is described. Later, multivariable PID controllers are assessed to detect the root causes. Finally, the examined methods are connected in a single algorithm aiming to detect the root cause of performance degradation. The examined methods and the overall algorithm were tested in a plant of T¨ UPRAS¸ ˙ Izmit Refinery. The advantages and disadvantages of the methods examined are explained. The analysis showed that 47% of the loops have acceptable performance. The reasons of performance degradation were found out as oscillations, stiction and tuning problem. Finally, the root cause analysis shows that oscillations propagate and affect the other loops. 4 possible candidates for plant-wide disturbance are detected in the plant.
Benzer Tezler
- Catchment scaled drought analysis: Integrated climate and hydrological perspectives
Havza ölçeğinde kuraklık analizi: Entegre iklim ve hidrolojik perspektifleri
SAEED VAZIFEHKHAH
Doktora
İngilizce
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN KAHYA
- Konteyner liman operasyonlarının makine öğrenmesi yöntemleri ile analizi
Analysis of container port operations using machine learning methods
ÜSTÜN ATAK
Doktora
Türkçe
2022
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU
PROF. DR. TOLGA KAYA
- A holistic data analytics approach to ship inspection reporting
Gemi denetim raporlamasına bütünsel bir veri analitiği yaklaşımı
SAMET BİÇEN
Doktora
İngilizce
2023
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ÇELİK
- Model olarak alınan bir kimyasal tanker gemisine SEVESO II direktifinin uygulanması
Application of SEVESO II directive received as a model chemical tanker vessel
TAYLAN GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF BAL BEŞİKÇİ
- Yalın dönüşümde bilgi yönetim sistemi
Knowledge management system at lean conversion
GÖKSU KAYA
Doktora
Türkçe
2011
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. BÜLENT DURMUŞOĞLU