Performance assessment and root cause analysis of multivariable PID control loops

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.