Damadics benchmark
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Damadics Benchmark. Objetivos del Benchmark Ubicación del servoactuador en la planta real Descripción del servoactuador Descripción del modelo. Lazos de control Descripción del simulador Descripción de los fallos Datos reales de fallos Ejemplo. T. Escobet, J. Quevedo, V. Puig

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Damadics benchmark

Damadics Benchmark

  • Objetivos del Benchmark

  • Ubicación del servoactuador en la planta real

  • Descripción del servoactuador

  • Descripción del modelo. Lazos de control

  • Descripción del simulador

  • Descripción de los fallos

  • Datos reales de fallos

  • Ejemplo

T. Escobet, J. Quevedo, V. Puig

UPC

Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


Objetivos del benchmark

Objetivos del benchmark

Se trata de un benchmark que tiene por objetivo testear técnicas de FDI

El sistema a estudiar es un servoactuador: posicionador, servomotor y la válvula de control

Se ha calibrado utilizando las servoválvulas de la planta azucarera de Lublin (Polonia)

Hay tres niveles de benchmark

Toda la documentación está disponible en http://diag.mchtr.pw.edu.pl/damadics

Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


Objetivos del benchmark1

Objetivos del benchmark

  • Niveles del benchmark

  • Simulador

    • Modelo no lineal del servoactuador

    • Librería Simulink

    • Permite simular 19 fallos

  • Datos reales con fallos simulados

    • Lista de escenarios con fallos aplicados en tres válvulas de la azucarera

    • Fallos conocidos y comentados

  • Datos reales con escenarios ocultos

  • · escenarios ocultos

  • · se envían los resultados a Warsaw University of Technology para validarlos.

  • Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Ubicaci n del servoactuador en la planta

    Ubicación del servoactuador en la planta

    Steam generator water level control loop

    Control loop tag: LC74_20

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Ubicaci n del servo actuador en la planta

    Ubicación del servo actuador en la planta

    Thin juice level control loop in the first section of evaporation station : LC51_03

    Thick juice flow control loop at the outlet of the fifth section of evaporation station : FC57_03

    Long term valve sedimentation effects could be observed in valve of actuator from FC57_03

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Descripci n del servoactuador

    Descripción del servoactuador

    Actuator structure

    Explanation:

    V1 - hand driven bypass valve

    V2 - hand driven bypass valve

    V3 - hand driven bypass valve

    V - control valve

    P1 - pressure sensor (valve inlet)

    P2 - pressure sensor (valve outlet)

    F - process media flowmeter

    X - piston rod displacement

    x - positioner feedback signal

    ps - pneumatic servo-motor supply

    CV- control signal from external PI

    controller

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Descripci n del modelo

    Descripción del modelo

    Control loop block diagram

    L

    SP

    e

    CV

    F

    Plant

    Actuator

    PI controller

    PV

    Transmitter

    Additional signals available for diagnostics purposes:

    SP - setpoint value

    PV - process value ( level L or flow rate F depending upon control loop)

    Plant model is not available, controller settings are available

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Descripci n del modelo1

    P2

    Evaporation

    Ps

    X

    I

    F

    CV

    e

    L

    SP

    Servomotor

    Plant

    P

    E/P

    PI

    Valve

    CV

    I

    Ps

    XV

    PV

    Kf

    X

    Actuator

    Leakage

    Transmitter

    P1

    Descripción del modelo

    Actuator detailed structure

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    Descripci n del simulador

    Descripción del Simulador

    • Simulador

    • El DAMADICS BENCHMARK es una librería Simulink

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    Descripci n del simulador1

    Descripción del simulador

    Actuator general block diagram

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    Descripci n del simulador2

    Descripción del Simulador

    Model was tuned for simulation of power station boiler

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    Descripci n del simulador3

    Electro-pneumatic transducer

    Descripción del Simulador

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    Descripci n del simulador4

    Pneumatic diaphragm servo-motor

    Descripción del Simulador

    Ecuaciones básicas

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    Descripci n del simulador5

    Pneumatic diaphragm servomotor model

    Descripción del Simulador

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    Descripci n del simulador modelado de la fricci n

    Descripción del SimuladorModelado de la fricción

    Servomotor hysteresis - friction effect

    10 % of hysteresis

    An example of typical steady state characteristics of pnematic servomotor

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    Descripci n del simulador6

    Pneumatic diaphragm servo-motor

    Descripción del Simulador

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    Descripci n del simulador7

    Descripción del Simulador

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    Conjunto de fallos

    Conjunto de Fallos

    • Control valve faultsPositioner faults

  • f1 - valve clogging f12 - electro-pneumatic transducer fault

  • f2 - valve or valve seat sedimentation f13 - rod displacement sensor fault

  • f3 - valve or valve seat erosion f14 - pressure sensor fault

  • f4 - increasing of valve or bushing friction

  • f5 - external leakage

  • f6 - internal leakage (valve tightness)

  • f7 - medium cavity or critical flow

  • Pneumatic servo-motor faultsGeneral faults/external faults

  • f8 - twisted servo-motor's piston rod f15 - positioner supply pressure drop

  • f9 - servo-motor's housing or terminals tightness f16 - increase of pressure difference on valve

  • f10 - servo-motor's diaphragm perforation f17 - pressure difference drop on valve

  • f11 - servo-motor's spring fault f18 - fully or partly opened bypass valves

  • f19 - flow rate sensor fault

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    f10

    f11

    f04

    f01

    f04

    f11

    f02

    Conjunto de FallosPneumatic diaphragm servo-motor (Dynamics simulation scheme) Faults: f01, f02, f04, f10, f11

    f01 - valve clogging

    f02 - valve or valve seat sedimentation

    f04 - increasing of valve or bushing friction

    f10 - servo-motor's diaphragm perforation

    f11 - servo-motor's spring fault

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    Conjunto de fallos1

    Modelización: f11 - servo-motor's spring fault

    Conjunto de Fallos

    120

    100

    80

    60

    40

    20

    0

    x [%]

    Fvc=const

    Ff =const

    fault f11

    p [kPa]

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120

    Servomotor characteristic slope change (spring fault)

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    Conjunto de fallos2

    Modelización: f2 – limitación en el desplazamiento

    Conjunto de Fallos

    120

    100

    80

    60

    40

    20

    0

    x [%]

    Fvc=const

    Ff =const

    fault f2

    p [kPa]

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120

    Servomotor displacement limitation (valve seat sedimentation)

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Conjunto de fallos control valve model

    Positioner

    Pneumatic

    servo-motor

    f20

    f18

    f18

    f19

    Conjunto de Fallos Control valve model

    f18 - change of pressure difference on valve

    f20 - flow rate sensor fault

    f19 - fully or partly opened bypass valves

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    Conjunto de fallos tipos

    Conjunto de Fallos Tipos

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    Conjunto de fallos evaluaci n

    Detection / Isolation Indexes

    Detection / Isolation Time

    tdt, tit

    Detection / Isolation Recovery Time

    tdrt, tirt

    Detection / Isolation Moment

    tdm, tim

    Detection Recovery Moment

    tdrm, tirm

    False Detection / Isolation Rate

    rfd, rfi

    True Detection / Isolation Rate

    rtd, rti

    Mismatch Isolation Rate

    rmi

    Fault Detection / Isolation Sensitivity Factor

    fsd, fsi

    General Diagnosis Indexes

    Theoretical Diagnosis Accuracy

    daccit

    Theoretical Mean Diagnosis Accuracy

    dacctm

    Diagnosis Accuracy

    dacc

    Conjunto de Fallos Evaluación

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Datos reales de fallos

    Datos reales de fallos

    The data logged by SCADA system including:

    - pressures

    - flow rates

    - piston rod displacements

    - process variables values

    - set-point variables values

    - control variables values

    will be artificially prepared by simply adding 1 minute signal pulses of magnitudes: 5, 10 and 20%.

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona



    Artificial hardware faults generation fault f18 partly opened bypass valve

    Artificial hardware faults generation PamplonaFault f18 - partly opened bypass valve

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Artificial hardware faults generation fault f18 partly opened bypass valve1

    Artificial hardware faults generation PamplonaFault f18 - partly opened bypass valve

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Artificial hardware faults generation fault f16 positioner supply pressure drop on actuator 1

    Artificial hardware faults generation PamplonaFault f16 – positioner supply pressure drop on Actuator 1

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Artificial hardware faults generation PamplonaFault f17 – Unexpected pressure drop across the valve in Actuator 2

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    Ejemplo

    Ejemplo Pamplona

    • Comparación de modelos de detección: predicción, simulación y observadores intervalares

    • observador

    • simulador

    • predictor

    Aplicando un algoritmo de optimización global:

    sujeto a:

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Ejemplo1

    Ejemplo Pamplona

    Se ha identificado un modelo intervalar para la servo válvula:

    L=[-0.1286 -0.0087 0.0717]

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Detección de f Pamplona10

    servomotor’s diaphragm perforation caused by fatigue of diaphragm material

    Fault detection using interval prediction

    Fault detection using interval simulation

    Fault detection using interval observation

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Conclusiones del trabajo

    Conclusiones del trabajo Pamplona

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


    Conclusiones damadics benchmark

    Conclusiones Damadics Benchmark Pamplona

    Objetivo testear técnicas de FDI

    • Niveles de benchmark:

      • Simulación

      • Datos reales con fallos simulados

      • Datos reales con fallos ocultos

    http://diag.mchtr.pw.edu.pl/damadics

    Jornadas de Ingeniería de Control - 14 y 15 de Marzo 2006- Pamplona


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