Desenvolvimento de um sistema em chip de processamento online para manutenção inteligente

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Piccoli, Leonardo Bisch
• Orientador(a): Balen, Tiago Roberto
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Circuitos digitais; Tolerancia : Falhas
• Palavras-chave em Inglês: Intelligent maintenance; Real time processing; Integrated circuits; Fault tolerance; Verilog; Microelectronics
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/193118

Estratégias de monitoramento, baseadas na análise da condição de equipamentos utilizando ferramentas de processamento digital de sinais, inteligência artificial e tolerância a falhas, tornam-se cada vez mais necessárias nos processos industriais. As técnicas de manutenção inteligente conferem confiabilidade, disponibilidade e eficácia, e são estudadas, neste trabalho, no atual estado da arte. Porém, grande parte delas utiliza medidas com estados e parâmetros do processo que são dispendiosas e envolvem elevado tempo de amostragem e análise. O objetivo deste trabalho é desenvolver um novo sistema capaz de estimar a condição de saúde de um equipamento a partir das leituras de vibração e torque de sensores, e assim, viabilizar a detecção, predição e identificação de falhas online em atuadores elétricos utilizados em linhas de transporte de petróleo e/ou derivados. Para isso, foi desenvolvida uma técnica que, por meio de um dispositivo computacional, possibilita monitorar, considerando ruído e, de forma interativa, as variações dos parâmetros de um processo físico, tais como: falhas abruptas, incipientes e intermitentes. Isso corresponde às atividades de detecção, identificação de falhas e previsões sobre possíveis problemas que venham a surgir em consequência de pequenos desvios do comportamento normal do sistema. A metodologia empregada é baseada na estrutura do modelo Open Systems Architecture for Condition-Based Maintenance (OSA-CBM), que permite atuar nas seguintes camadas: 1) Aquisição de dados; 2) Manipulação de dados; 3) Monitoramento das condições; 4) Avaliação da saúde O sistema compreende a análise simultânea das propriedades de tempo e frequência do sinal, extração de características e filtragem adaptativa. Uma bancada de testes foi utilizada para reproduzir algumas falhas típicas que podem causar degradação na operação de atuadores fabricados no mercado. O sistema foi denominado Fault Detection System (FDS) e é baseado em técnicas de processamento de sinais que tem como saída um sinal de resíduo ou erro quando na ocorrência de uma falha correspondente nos equipamentos monitorados. A versão em software do sistema foi registrada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) no "BR 51 2016 000863-6". Uma nova versão para prototipagem em hardware do FDS em conjunto com um bloco auxiliar denominado Fault Detection Index (FDI), que também é proposto neste trabalho, foi desenvolvido na linguagem Verilog e implementado utilizando uma biblioteca Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) de 90 nm visando baixo consumo de energia ( 654 μW), baixa utilização de área em silício ( 0, 14 mm2) e processamento em tempo real. Os resultados demonstram a eficácia do método de detecção, diagnóstico e identificação de falhas apresentadas em atuadores elétricos empregados para controle de válvulas.