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Anais do CONCISTEC'14 5 Congresso Cientfico da Semana Tecnolgica IFSP 2014, copyright by IFSP 20-24 de outubro de 2014, Bragana Paulista, SP, Brasil

Proposta de controle de nvel utilizando Redes Neurais Artificiais

Paraconsistente

Rolden Baptista, [email protected] UNIMONTE-Centro Universitrio Monte Serrat. Rua comendador Martins, vila Mathias, Santos-SP.

RESUMO. A medio de nvel em tanques muito importante e este trabalho traz uma proposta de controle de nvel

de dois tanques atravs da Lgica Paraconsistente Anotada com anotao de dois valores (LPA-2v), que uma lgica

no-clssica com atuao diferente da lgica clssica aristotlica. A lgica-no clssica leva em considerao nos

clculos as incertezas e contradies de fontes distintas de informaes. Configurando-se uma Rede de Anlise

Paraconsistente (RAP) utilizando trs Ns de Anlise Paraconsistente (NAP) e um bloco de Anlise de Sinais feita

uma simulao de sua atuao numa planilha eletrnica com vrias interaes, utilizando os graus de evidncias

favorveis e desfavorveis, at que a RAP consiga cessar as contradies e incertezas para este tipo de controle

proporcional.

Palavras-chave: Controle de Nvel, Ns de Anlise Paraconsistente, Rede de Anlise Paraconsistente.

1. INTRODUO

Segundo Martinez et al (2014): [...] sistemas de ao proporcional devem ser utilizados em processos onde no h grandes variaes de carga, pois este tipo de ao no consegue manter o equilbrio gerando um novo erro de offset [...].

O controle de nvel extremamente simples e com um controlador PID (proporcional, integral e derivativo) somente a

ao P poderia atuar nele, mas ainda ficaria um pequeno erro de offset. Segundo Ribeiro (2007): [...] medio de nvel justamente medir-se a altura do contedo de um reservatrio que pode conter lquido ou slido. Atravs de

sensores h a deteco da presena do contedo deste recipiente [...]. A varivel nvel muito importante nos processos industriais para os mais diversos clculos onde se destaca o

controle de inventrios e a preveno de transbordamento e sobrecarga.

O objetivo geral deste trabalho utilizar a lgica no clssica denominada de Lgica Paraconsistente (LP) mais

especificamente na Lgica Paraconsistente Anotada com anotao de dois valores (LPA-2v) para atravs de graus de

evidncia poder analisar e eliminar as incertezas e contradies na medio de nvel. A LPA-2v atua no mundo real

oferecendo condies para tratamentos adequados as inconsistncias, ou seja, dando tratamento adequado a duas ou

mais interpretaes diferentes sobre um mesmo assunto (DA SILVA FILHO et al, 2008).

O objetivo especfico deste trabalho uma proposta em medir, comparar e controlar o nvel de dois tanques num

mesmo valor inserido externamente por um set point atravs de uma Rede de Anlise Paraconsistente (RAP) composta

por algoritmos de anlise paraconsistente denominados ns de anlise paraconsistente (NAP) onde a cada interao

dinmica h o tratamento das incertezas e contradies at que o erro offset seja praticamente nulo.

2. DESENVOLVIMENTO

O medidor tipo radar ou ultrassom, que um tipo de sensor, deve atender exigncia de incerteza de 3mm

(Ribeiro, 2007). A radiao em diferentes frequncias pode ser usada para a medio. Radar e Ultrassom esto na

categoria de micro-ondas conforme Tabela 1.

Tabela 1 - Tipos de Ondas:

TIPO DE ONDA FREQUENCIA COMPRIMENTO

Ultrassom 40kHz (kilohertz) 120km

Radar 10GHz (GigaHertz) 30mm

Fonte: (Ribeiro, 2007).

Atravs de dois sensores de nvel sero obtidos os graus de evidncia favorvel de entrada da RAP e esta dever

analisar estes graus de entrada da varivel controlada para assim haver uma tomada de deciso que ir atuar na varivel

manipulada que a vazo.

Para se medir, comparar e controlar o nvel de dois tanques num mesmo valor inserido externamente (set point)

atravs de uma Rede de Anlise Paraconsistente deve haver uma anlise atravs da rede dos graus de evidncia medidos

atravs dos sensores e assim poder extrair destes um grau de evidncia resultante. O valor do set point serve de

referncia comparativa para uma nova anlise e correo. A varivel controlada ser o nvel de dois tanques e a varivel

manipulada ser a vazo que ser ajustada atravs de abertura ou fechamento de uma vlvula de 3 vias (BAPTISTA et

al, 2014).


3. MATERIAIS E MTODOS

O sistema proposto neste trabalho o representado na Figura 1.

Figura 1 Diagrama Esquemtico do Processo Logstico de Distribuio de Fludo.

A Figura 1 composta por:

Uma vlvula de 3 vias (V1);

Vazo total de entrada da vlvula (QE);

Vazo para o tanque 1;

Vazo para o tanque 2;

Sensor de nvel para tanque 1;

Sensor de nvel para tanque 2

Um tanque reservatrio (tanque pulmo). Os Tanques 1 e 2 so idnticos e o Tanque Pulmo possui capacidade superior aos Tanques 1 e 2 somados.

3.1. N de Anlise Paraconsistente:

Os Ns de Anlise Paraconsistente (NAP) so algoritmos, obtidos da metodologia estudada na LPA-2v. Estes

algoritmos foram configurados utilizando uma planilha eletrnica para poder obter os resultados em cada nova

interao. Vrias interaes dinmicas so requeridas at que as incertezas e contradies fiquem praticamente nulas.

As informaes comeadas por so os graus de evidncias favorveis e as informaes comeadas por so graus de evidncias desfavorveis.

Na Figura 2 o NAP 1 possui para os casos fora da situao ideal o bloco de anlise de sinais que ir providenciar um

ajuste de aj (ajuste do grau de evidncia favorvel) ou aj (ajuste do grau de evidncia desfavorvel) conforme a Figura 3 para um ajuste de distribuio da Vlvula V1 para o equilbrio do processo.

Figura 2 RAP para Controle de Nvel nos Tanques 1 e 2.

Tendo-se fontes de informao que enviam para o NAP sinais de evidncia a respeito de uma determinada

proposio, tais como:

1=Sinal da Fonte de Informao 1 S1 sensor de Nvel do Tanque 1 (LT1); 2=Sinal da Fonte de Informao 2 Sensor de Nvel do Tanque 2 (LT2); 3=Sinal da Fonte de Informao 3 Abertura da Vlvula (V1) de 3 vias;


4=Sinal da Fonte de Informao 4 Set Point de Nvel desejado para LT1 e LT2.

O NAP2 recebe os ajustes de aj ou aj (de acordo com a anlise de sinais) para o ajuste que deve ser feito atravs da vlvula V1. O NAP 3 compara os nveis ajustados na NAP 1 com o Set Point desejado para o Sistema e a sada

ER3 (grau de evidncia resultante do NAP3) o valor para ajuste da vazo Q2 do sistema para aumento ou diminuio

dos nveis LT1 e LT2. A lgica no bloco de Anlise de sinais a seguinte: para + (intervalo de certeza positivo) se Gc>0 decremento de , se contrrio decremento de ; para - (intervalo de certeza negativo) se Gc>0 incremento de , se em contrrio incremento de .

Pela Figura 3 se pode observar que E mximo quando ctr 0,5 que equivale a inexistncia de contradio (situao ideal). De outro lado quando E nulo acontecer uma contradio mxima por Indeterminao quando ctr igual a zero e se ctr for mximo acontecer uma contradio mxima por Inconsistncia.

Figura 3 Grfico ctr versus E para anlise de Evidncias (Fonte: Da Silva Filho et al, 2008).

O nvel de LT1 deve ser igual ao nvel LT2 (premissa). Para isto um primeiro NAP 1 compara se esto iguais

conforme a Figura 1. Para isto h uma combinao de anlise do valor do Grau de Contradio Normalizado (ctr)e do

Intervalo de Evidncia Resultante (E) (Tabela 2) que so analisados no bloco de Anlise de sinais.

Tabela 2 Relao entre o ctr e E para Anlise de Sinais e Evidncias (Fonte: Da Silva Filho et al, 2008).

E ctr Resultante

0,00 0,000 Indeterminao

0,25 0,125

0,50 0,250

0,75 0,375

1,00 0,500 Sem Contradio

0,75 0,625

0,50 0,750

0,25 0,875

0,00 1,000 Inconsistncia

3.2. Parametrizao do Sensor de Nvel do Tanque 1 (S1)

O sensor de ultrassom de nvel do Tanque 1 tem a seguinte parametrizao: alimentao de 4 20mA. De acordo

com a parametrizao de funcionamento so estabelecidas as equaes 1, 2 e 3:

Se (1)

Neste caso o nvel em tanque 1(LT1) 100%;


Se (2)

Neste caso o nvel em tanque 1 (LT1) 0%;

Se (3)

Onde:

1 = Grau de evidncia favorvel ao sensor de nvel do tanque 1.

1 = Grau de evidncia desfavorvel ao sensor de nvel do tanque 1.

3.3. Parametrizao do Sensor de Nvel do Tanque 2 (S2)

O sensor de ultrassom de nvel do tanque 2 tem a seguinte parametrizao: alimentao de 4 20mA. De acordo

com a parametrizao de funcionamento so estabelecidas as equaes 4, 5 e 6:

Se (4)


Se (5)


Se (6)

Onde:

2 = Grau de evidncia favorvel ao sensor de nvel do tanque 2.

2 = Grau de evidncia desfavorvel ao sensor de nvel do tanque 2.

3.4. Parametrizao da Vlvula V1

A vlvula V1 de 3 vias possui a seguinte parametrizao: alimentao de 4 20mA. As Vazes para os Tanques 1 e

2 so definidas pelas equaes 7 e 8:

(7)

(8)

Onde:

Q1=Vazo para o tanque 1;

Q2=Vazo para o tanque 2;

V1= Abertura da vlvula de 3 vias;

QE= vazo de Entrada.

3.5. Parametrizao dos graus de evidncia favorvel e desfavorvel

De acordo com a parametrizao de funcionamento so estabelecidas as equaes 9, 10 e 11:

Se (9)

Neste caso a Q1 100% e Q2 0%;

Se (10)


Se (11)


Onde:

3 = Grau de evidncia favorvel relao Q1 e Q2;

3 = Grau de evidncia desfavorvel relao Q1 e Q2.

3.6. Parametrizao do Set Point (Graus de evidncia favorvel e desfavorvel).

De acordo com a parametrizao de funcionamento so estabelecidas as equaes 12, 13 e 14:

Se (12)

Neste caso a Q1 100% e Q2 0%.

Se (13)


Se (14)

Onde:

4 = Grau de evidncia favorvel ao setpoint.

4 = Grau de evidncia desfavorvel ao setpoint.

4. RESULTADOS.

O NAP 1 analisa a proposio: Os nveis de LT1 e LT2 so iguais e o resultado estabelecido por ER1 (intervalo de evidncia resultante do NAP1).

O NAP 2 analisa a proposio: A abertura da vlvula V1 corresponde Ajuste de Sinais de Evidncias necessrios e o resultado estabelecido por ER2 (intervalo de evidncia resultante do NAP2).

O NAP 3 analisa a Proposio Objeto (Po) da RAP: Os nveis LT1, LT2 e Set Point so iguais e o resultado estabelecido por ER3 (intervalo de evidncia resultante do NAP3)..

Para teste da RAP seguem os parmetros contidos na Tabela 3 e os resultados correspondentes esto demonstrados

na Tabela 4.

Tabela 3 Valores para Teste da RAP de Controle de Nvel

1 (Nvel LT1)% 2 (Nvel LT2)% 3 (Vlvula V1)% 4(Set Point)% QE (Vazo de Entrada)%

60 40 60 70 60

Tabela 4 Resultados da RAP de Controle de Nvel

Interao ER1 Ajuste em ER2 ER3

1 0,5 aj=0,3 0,65 0,59

2 0,67 aj=0,3 0,64 0,68

3 0,68 aj=0,3 0,64 0,69

4 0,68 aj=0,3 0,63 0,69

5 0,69 aj=0,3 0,62 0,70

Os nveis foram controlados conforme demonstrado nas Figuras 4 e 5.


Figura 4 Interaes x Grau de evidncia resultante para nvel LT1

Figura 5 Interaes x Grau de evidncia resultante para Nvel LT2

5. DISCUSSO

Observou-se que durante as cinco interaes simuladas que houve um aumento da vazo de Entrada em 15,25% para

poder atender o set point desejado de nvel. O bloco de anlise de sinais detectou que o ajuste seria no Grau de

Evidncia Desfavorvel da NAP1 com valor 0,3 (decremento de aj). Aps cada interao foi diminuindo o Grau de Contradio (Gct) conforme a Figura 6.

Figura 6 Resultado para Grau de Certeza (Gc) e

Grau de Contradio (Gct) da RAP.

6. CONCLUSO

Atravs da RAP apresentada com trs NAPs obteve-se um ajuste de forma satisfatria com variaes suaves por

interao e ajustando-se assim os valores de nveis dos tanques 1 e 2 de acordo com o valor de set point. Para tal, a

sada da RAP envia uma ordem para a vlvula (elemento final de controle) alterar a vazo de entrada e ajustar o valor

da abertura ou fechamento da vlvula V1.


O Bloco de Anlise de Sinais detectou que os valores iniciais para os nveis LT1 e LT2 estavam diferentes e apontou

o decremento de aj para o ajuste do grau de evidncia desfavorvel. As incertezas e contradies so ajustadas em cada interao dinmica atravs da RAP.

7. REFERNCIAS

BAPTISTA, R.; DA SILVA FILHO, J.I.; MORILLA, J.C.; Proposta de modelo para controle de nveis de um processo multivarivel de quatro tanques de petrleo com rede de anlise paraconsistente, Dissertao de Mestrado em Engenharia Mecnica, UNISANTA- Programa de ps-graduao em Engenharia mecnica, Santos, 2014.

Disponvel em http://sites.unisanta.br/ppgmec/dissertacoes/dissertacao_mestrado_rolden_baptista.pdf acesso em

15/Jun./2014 as 14h 19min.

DA SILVA FILHO, J. I.; MINORO ABE, J.; LAMBERT TORRES, G., Inteligncia Artificial com as Redes de Anlises Paraconsistentes Editora LTC, 1. Ed., Rio de Janeiro, 2008.

MARTINEZ, S.C; FERRARA, L. F. P; MRIO, M.C., Estudo das principais caractersticas de sistemas de controle

clssico, artigo tcnico, Revista Seleo Documental n 33, Editora Paralogike, Santos,2014. pp. 10-14.

RIBEIRO, M. A., Medio de Nvel, artigo tcnico, Petrobras, Salvador, 2007.

8. NOTA DE RESPONSABILIDADE

O autor o nico responsvel pelo contedo deste artigo.

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