Instrumentação, modelagem, controle e supervisão de um sistema de bombeamento de água e módulo turbina-gerador

• Main Author: Bruno Henrique Barbosa
• Other Authors: Luis Antonio Aguirre
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2006
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/LAAE-6WGNJ4

=== This work describes the design, instrumentation, modeling, control and supervision of a hidraulic process (which can be divided into two subsystems, namely: water pumping system and turbine test prototype). The design of the hidraulic process (compounded by two centrifugal pumps, a Francis turbine, and hidraulic pipes) had been already accomplished and partially implemented before the beginning of this work. However, the turbine test prototype design (consisted of a direct current generator besides other components), as well as the instrumentation system for the hidraulic process and the computer-based data acquisition system were implemented during this master's thesis. After the construction and instrumentation of the pilot plant, a data acquisition system was developed. In order to reduce noise effects, two electronic boards were built. A data acquisition board from Advantech Co. Ltda. and the Labview software were used in this context. The static characteristics of the system were assessed from experimental data acquired from the process. Non-linear dynamic models were identified, for some of them a priori information were used regarding the obtained static characteristics by means of optimization tools during parameters estimation stage. Finally, a closed-loop system was developed, using a PI controller. The Ziegler-Nichols method was applied in the non-linear dynamic models for tunning the controller gains. === Este trabalho descreve o projeto, instrumentação, modelagem, controle e supervisão de um sistema de bombeamento de água e bancada de ensaio de turbinas. O projeto do processo hidráulico, propriamente dito, composto por duas bombas centrífugas, turbina Francis e tubulações hidráulicas, já havia sido realizado e os sistemas parcialmente construídos. No entanto, o projeto de uma bancada para ensaio dessa turbina, composta por um gerador de corrente contínua e outros componentes, bem como a instrumentação de toda planta piloto, para aquisição de dados por computador, foram realizados no contexto deste trabalho. Terminada a construção e instrumentação da planta piloto, um sistema de aquisição de dados foi implementado. Para isso, foi necessária a confecção de circuitos eletrônicos que minimizassem os efeitos indesejáveis do ruído presente no sistema. Foram, também, utilizados uma placa de aquisição de dados da Advantech Co. Ltda. e o software Labview. A partir de dados gerados pelo sistema de aquisição, as características estáticas do sistema de bombeamento e da turbina Francis foram obtidas. Modelos dinâmicos não-lineares caixa-preta e caixa-cinza foram identificados. Esses últimos utilizaram as características estáticas do sistema em restrições na estimação dos parâmetros dos modelos por meio de ferramentas de otimização. Por fim, um sistema de controle de pressão, em malha fechada, composto por um controlador PI, foi implementado. Por meio dos modelos dinâmicos identificados, o método de Ziegler-Nichols foi utilizado na sintonia dos ganhos desse controlador.