diagnÓstico aplicado a vÁlvulas moto-operadas …
TRANSCRIPT
Ecircoen AUTARQUIA ASSOCIADA Agrave UNIVERSIDADE DE SAtildeO PAULO
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE MONITORACcedilAtildeO E
DIAGNOacuteSTICO APLICADO A VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
UTILIZADAS EM CENTRAIS NUCLEARES
AacuteLVARO LUIZ GUIMARAtildeES CARNEIRO
Tese ap re sen t ada como par te dos requisitos para ob t enccedilatildeo do Grau de Doutor em Ciecircncias na Aacuterea de Tecnologia Nuclear - Reatores
Orientador Dr Aucyone Augusto da Silva
Satildeo Paulo 2003
INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGEacuteTICAS E NUCLEARES
Autarquia associada agrave Universidade de Satildeo Paulo
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE MONITORACcedilAtildeO E
DIAGNOacuteSTICO APLICADO A VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
UTILIZADAS EM CENTRAIS NUCLEARES
Alvaro Luiz Guimaratildees Carneiro
Tese apresentada como parte dos
requisitos para obtenccedilatildeo do Grau
de Doutor em Ciencias na Aacuterea de
Tecnologia Nuclear - Reatores
Orientador Dr Aucyone Augusto da Silva
Satildeo Paulo
2 0 0 3
COWtSSiO NACiacuteOfiAacutei Ct [MtmX laquoIXlfARSP-IPEN
I
Ao meu pai Aacutelvaro (in memoacuteriam) e minlia matildee Dulee
pelo earinlio e orieiUaccedilagraveo de unia viiacutela honesta e sauLtaacutevel
essencial para o sucesso e a minha irmagrave Ceia
Aos meus dois amores minha esposa Janete e minha fillia liiiza
pelo incentivo dedicaccedilatildeo lealdade energia e conjunccedilatildeo de ideais
instrumentos vitais para o eterno ainoi- e hem viver
AGRADECIMENTOS
Ao Dr Aucyone Augusto da Silva pela orientaccedilatildeo da tese e principalmente pela
amizade e confianccedila demonstrada no decorrer desse trabalho
Ao Dr Daniel Kao Sun Ting pelo apoio espiacuterito criacutetico e sugestotildees teacutecnicas
Ao Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares (IPENCNEN-SP) ao
Superintendente Dr Claacuteudio Rodrigues em especial ao Centro de Engenharia Nuclear (CEN)
por toda infra-estrutura fornecida e pela oportunidade concedida
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientiacutefico e Tecnoloacutegico (CNPq) pelo
suporte financeiro fornecido nas visitas teacutecnicas agrave Universidade do Tennessee
Ao Departamento de Engenharia Nuclear da Universidade do Tennessee pela
disponibilidade do banco de dados utilizado no desenvolvimento deste trabalho
Ao Dr Belle R Upadhyaya do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee pelo expressivo apoio cientiacutefico no desenvolvimento desta
pesquisa
Agrave ELETRONUCLEAR Unidades ANGRA I e ANGRA II pelo intercacircmbio
teacutecnico em especial ao Departamento de Engenharia e Manutenccedilatildeo e ma equipe Eng Seacutergio
Dias Eng Mareio Rezende Siniscalchi Eng Francisco Carlos Sant Anna da Silva e Eng
Antonio Zaroni Torres
Ao Dr Pernio Seacutergio Brasko Ferreira pela amizade apoio e sugestotildees
Ao colega MSc Paulo Henrique F Masotti pela constante e inestimaacutevel
colaboraccedilatildeo nas discussotildees teacutecnicas
A colega M Sc Rosani Maria L da Penha pela contribuiccedilatildeo nas sugestotildees e
revisatildeo do texto
Aos colegas do grupo de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico do CEN PEN em especial
ao Roberto Carlos dos Santos e ao Dr Roberto Navarro de Mesquita pela amizade e apoio
Aos colegas do CEN em especial atilde Dra Gaianecirc Sabundjian agrave M Sc Margaret
de Almeida Damy ao Dr Ulysses DUtra Bitelli ao Gelson Toshio Otani c a todos que de
alguma for niacutea colaboraram para o sucesso deste trabalho
1
DESENVOL VIMENTO DE SISTEMA DE MONITORACcedilAtildeO E DIAGNOacuteSTICO APLICADO
A VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS UTILIZADAS EM CENTRAIS NUCLEARES
ALVARO LUIZ GUIMARAtildeRES CARNEIRO
RESUMO
A questatildeo da confiabilidade dos componentes mais especificamente as
vaacutelvulas moto-operadas tomou-se um dos fatores mais importante a serem investigados
nas centrais nucleares no que diz respeito agrave seguranccedila e extensatildeo de vida uacutetil da
instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos meacutetodos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico passou a ser de extrema relevacircncia no campo da manutenccedilatildeo predifiva
estabelecendo como meta principal a confiabilidade da operaccedilatildeo dos componentes Em
plantas nucleares a manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no
sentido de diagnosticar com antecedecircncia a ocorrecircncia de uma possivei falha em um
determinado componente evitando consequecircncias mais severas assim como no aspecto
econocircmico estabelecendo uma melhor programaccedilatildeo na manutenccedilatildeo reduzindo paradas
inesperadas da planta O desenvolvimento de meacutetodos natildeo intrusivos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico torna possiacutevel a identificaccedilatildeo de falhas em componentes durante a operaccedilatildeo
nonnal da planta Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema integrado de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas utilizadas em centrais
nucleares A metodologia utilizada neste projeto eacute baseada na anaacutelise da assinatura da
potecircncia eleacutetnca do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo do ciclo de abertura e
fechamento da vaacuteKoila Uma vez obtida a medida da assinatura padratildeo da vaacutelvula eacute
possivei detectar desvios em determinados paracircmetros ao longo da vida operacional da
vaacutelvula identificando falhas incipientes na vaacutelvula O sistema utiliza duas teacutecnicas
paralelas para detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas Sistema Especialista implementado
atraveacutes da Loacutegica Nebulosa baseada em um conjunto de regras desenvolvidas atraveacutes de
um banco de conhecimento a segunda teacutecnica consiste na utilizaccedilatildeo da Transformada de
Wavelet onde o objetivo principal constitui em obter intbnnaccedilogravees mais detalhadas
contidas nos sinais medidos idenfiticando c caracterizando fenocircmenos transientes no
domiacutenio tempo - frequecircncia conelacionand(i-os a situaccedilotildees de falhas no estado incipiente
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico foi desenvolvido e implementado na platafonna
MATLAB que eacute uma linguagem computacional de alto desempenho integrando de foniia
eficiente os ambientes de programaccedilatildeo e visualizaccedilatildeo Os resultados obtidos foram de
grande relevacircncia proporcionando uma metodologia qualitativa de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico para as condiccedilotildees operacionais de vaacutelvulas moto-operadas
u
^DEVELOPMENT OF AN INTEGRA TED CONDITION MONITORING AND DIAGNOSTIC
SYSTEM FOR MOTOR-OPERTATED VALVES USED IN NUCLEAR POWER PLANT
A L V A R O LUIZ G U I M A R Atilde E S C A R N E I R O
ABSTRACT
The reUabihty question of the components specifically o f motor operated-
valves became one of the most important issues to be investigated in nuclear power plants
considering security and life plant extension Therefore the necessity o f improvements in
monitoring and diagnosis methods started to be of extreme relevance in the maintenance
predictive field establishing as main goal the reliability and readiness o f the system
components Specially in nuclear power plants the predictive maintenance contributes in
the security factor in order to diagnosis in advance the occurrence of a possible failure
preventing severes situations It also presents a contribution on the economic side by
stablishing a better maintenance programming and reducing unexpected shutdown The
development of nonintrusive monitoring and diagnostic method makes it possible to
identify malfunctions in plant components during normal plant operation This dissertation
presents the development of an integrated condition monitoring system for motor-operated
valves used in nuclear power plants The methodology used in this project is based on the
electric motor power signatures analysis during the closing and opening stroke time o f the
valve Once the measurements baseline diagnostic of the motor-operated valve is taken it
is possible to detect long-tenn deviations during valve lifetime detecting in advance valve
failures The system implements two parallel techniques for detection and categorization of
anomalies Expert System using fuzzy logic based on rules and knowledge base proiding
a systematic approach for decision making and the Wavelet Transform Technique where
the main goal is to obtain more detailed information contained in the measured data
identifying and characterizing the transients phenomena in the time and frequenc
domains c o i T e l a t i n g them to failures situatios in the i n c i p i e n t s t a g e The conditioning
monitoring and diagnostic system was designed and implemented at the MATLAB
platafomi which is a powerfuU language with high perfonnance The developed system
has provided good results stablishing a new qualitative methodology for monitoring and
diagnostic of motor operated valves
COMISSAO hSACIOfW- DE EftERfiJ NlgtLEARSP-IPEN
m
SUMARIO
Paacutegina
1 INTRODUCcedilAtildeO 1
2 OBJETIVO 4
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO 4
3 HISTOacuteRICO 6
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS 8
4T VAacuteLVULA MOTO-OPERADA 8
4 L1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS 8
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO 9
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS ] O
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS 13
42 ANAacuteLISE DA POTEcircNCIA ELEacuteTRICA 14
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS 16
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS 17
52 BASE DE DADOS 18
53 ANAacuteLISE DOS SINAIS 20
IV
5 4 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 3
541 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 3
542 P R I N C I P A I S C O M P O N E N T E S D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 4
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
55 L Oacute G I C A N E B U L O S A 2 9
551 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 9
5 5 2 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A 31
553 C O N J U N T O N E B U L O S O 3 2
5 5 3 1 P R I N C I P A I S O P E R A Ccedil Otilde E S E N T R E C O N J U N T O S N E B U L O S O S 3 2
5 6 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A I M P L E M E N T A D O P E L A L Oacute G I C A N E B U L O S A 3 3
561 A N Aacute L I S E D O S SUMAIS V I A S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 3 6
5 6 1 1 T E L A S D O S P R O G R A M A S D E A N Aacute L I S E V I A
S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 4 9
57 T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 5 4
571 F U N Ccedil Otilde E S D E W A V E L E T 5 8
57 2 A N Aacute L I S E D O S S I N A I S V I A T R A N S F O R M A D A D I S C R E T A D E W A V E L E T 59
6 R E S U L T A D O S 6 2
61 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 6 2
62 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D A T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 75
7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
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105
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Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
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107
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COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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using midtiresolution wavelet analysis 1997 Tese (Doutorado) - The University of Tennessee ICnoxville TN EUA
115
nl PENHA R M L Anaacutelise de sinais em regime transiente aplicando a teacutecnica
de wavelet 1999 Tese (Mestrado) - Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares -Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Paulo
1121 MALLAT S A theory for multi-resolution signal decomposition The Wavelet Representation IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Inteligence Vol 11N07 July 1989
73 STRANG G Nguyen T Wavelets And Filter Banks Wellesley - Catirbiidge Press 1996
74 DAUBECHIES 1 Ten Lectures on Wavelets Philadelphia PA Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM) 1992
coHssAo mwlti Dpound mm MICLEARSP-IPEM
INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGEacuteTICAS E NUCLEARES
Autarquia associada agrave Universidade de Satildeo Paulo
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE MONITORACcedilAtildeO E
DIAGNOacuteSTICO APLICADO A VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
UTILIZADAS EM CENTRAIS NUCLEARES
Alvaro Luiz Guimaratildees Carneiro
Tese apresentada como parte dos
requisitos para obtenccedilatildeo do Grau
de Doutor em Ciencias na Aacuterea de
Tecnologia Nuclear - Reatores
Orientador Dr Aucyone Augusto da Silva
Satildeo Paulo
2 0 0 3
COWtSSiO NACiacuteOfiAacutei Ct [MtmX laquoIXlfARSP-IPEN
I
Ao meu pai Aacutelvaro (in memoacuteriam) e minlia matildee Dulee
pelo earinlio e orieiUaccedilagraveo de unia viiacutela honesta e sauLtaacutevel
essencial para o sucesso e a minha irmagrave Ceia
Aos meus dois amores minha esposa Janete e minha fillia liiiza
pelo incentivo dedicaccedilatildeo lealdade energia e conjunccedilatildeo de ideais
instrumentos vitais para o eterno ainoi- e hem viver
AGRADECIMENTOS
Ao Dr Aucyone Augusto da Silva pela orientaccedilatildeo da tese e principalmente pela
amizade e confianccedila demonstrada no decorrer desse trabalho
Ao Dr Daniel Kao Sun Ting pelo apoio espiacuterito criacutetico e sugestotildees teacutecnicas
Ao Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares (IPENCNEN-SP) ao
Superintendente Dr Claacuteudio Rodrigues em especial ao Centro de Engenharia Nuclear (CEN)
por toda infra-estrutura fornecida e pela oportunidade concedida
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientiacutefico e Tecnoloacutegico (CNPq) pelo
suporte financeiro fornecido nas visitas teacutecnicas agrave Universidade do Tennessee
Ao Departamento de Engenharia Nuclear da Universidade do Tennessee pela
disponibilidade do banco de dados utilizado no desenvolvimento deste trabalho
Ao Dr Belle R Upadhyaya do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee pelo expressivo apoio cientiacutefico no desenvolvimento desta
pesquisa
Agrave ELETRONUCLEAR Unidades ANGRA I e ANGRA II pelo intercacircmbio
teacutecnico em especial ao Departamento de Engenharia e Manutenccedilatildeo e ma equipe Eng Seacutergio
Dias Eng Mareio Rezende Siniscalchi Eng Francisco Carlos Sant Anna da Silva e Eng
Antonio Zaroni Torres
Ao Dr Pernio Seacutergio Brasko Ferreira pela amizade apoio e sugestotildees
Ao colega MSc Paulo Henrique F Masotti pela constante e inestimaacutevel
colaboraccedilatildeo nas discussotildees teacutecnicas
A colega M Sc Rosani Maria L da Penha pela contribuiccedilatildeo nas sugestotildees e
revisatildeo do texto
Aos colegas do grupo de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico do CEN PEN em especial
ao Roberto Carlos dos Santos e ao Dr Roberto Navarro de Mesquita pela amizade e apoio
Aos colegas do CEN em especial atilde Dra Gaianecirc Sabundjian agrave M Sc Margaret
de Almeida Damy ao Dr Ulysses DUtra Bitelli ao Gelson Toshio Otani c a todos que de
alguma for niacutea colaboraram para o sucesso deste trabalho
1
DESENVOL VIMENTO DE SISTEMA DE MONITORACcedilAtildeO E DIAGNOacuteSTICO APLICADO
A VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS UTILIZADAS EM CENTRAIS NUCLEARES
ALVARO LUIZ GUIMARAtildeRES CARNEIRO
RESUMO
A questatildeo da confiabilidade dos componentes mais especificamente as
vaacutelvulas moto-operadas tomou-se um dos fatores mais importante a serem investigados
nas centrais nucleares no que diz respeito agrave seguranccedila e extensatildeo de vida uacutetil da
instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos meacutetodos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico passou a ser de extrema relevacircncia no campo da manutenccedilatildeo predifiva
estabelecendo como meta principal a confiabilidade da operaccedilatildeo dos componentes Em
plantas nucleares a manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no
sentido de diagnosticar com antecedecircncia a ocorrecircncia de uma possivei falha em um
determinado componente evitando consequecircncias mais severas assim como no aspecto
econocircmico estabelecendo uma melhor programaccedilatildeo na manutenccedilatildeo reduzindo paradas
inesperadas da planta O desenvolvimento de meacutetodos natildeo intrusivos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico torna possiacutevel a identificaccedilatildeo de falhas em componentes durante a operaccedilatildeo
nonnal da planta Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema integrado de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas utilizadas em centrais
nucleares A metodologia utilizada neste projeto eacute baseada na anaacutelise da assinatura da
potecircncia eleacutetnca do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo do ciclo de abertura e
fechamento da vaacuteKoila Uma vez obtida a medida da assinatura padratildeo da vaacutelvula eacute
possivei detectar desvios em determinados paracircmetros ao longo da vida operacional da
vaacutelvula identificando falhas incipientes na vaacutelvula O sistema utiliza duas teacutecnicas
paralelas para detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas Sistema Especialista implementado
atraveacutes da Loacutegica Nebulosa baseada em um conjunto de regras desenvolvidas atraveacutes de
um banco de conhecimento a segunda teacutecnica consiste na utilizaccedilatildeo da Transformada de
Wavelet onde o objetivo principal constitui em obter intbnnaccedilogravees mais detalhadas
contidas nos sinais medidos idenfiticando c caracterizando fenocircmenos transientes no
domiacutenio tempo - frequecircncia conelacionand(i-os a situaccedilotildees de falhas no estado incipiente
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico foi desenvolvido e implementado na platafonna
MATLAB que eacute uma linguagem computacional de alto desempenho integrando de foniia
eficiente os ambientes de programaccedilatildeo e visualizaccedilatildeo Os resultados obtidos foram de
grande relevacircncia proporcionando uma metodologia qualitativa de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico para as condiccedilotildees operacionais de vaacutelvulas moto-operadas
u
^DEVELOPMENT OF AN INTEGRA TED CONDITION MONITORING AND DIAGNOSTIC
SYSTEM FOR MOTOR-OPERTATED VALVES USED IN NUCLEAR POWER PLANT
A L V A R O LUIZ G U I M A R Atilde E S C A R N E I R O
ABSTRACT
The reUabihty question of the components specifically o f motor operated-
valves became one of the most important issues to be investigated in nuclear power plants
considering security and life plant extension Therefore the necessity o f improvements in
monitoring and diagnosis methods started to be of extreme relevance in the maintenance
predictive field establishing as main goal the reliability and readiness o f the system
components Specially in nuclear power plants the predictive maintenance contributes in
the security factor in order to diagnosis in advance the occurrence of a possible failure
preventing severes situations It also presents a contribution on the economic side by
stablishing a better maintenance programming and reducing unexpected shutdown The
development of nonintrusive monitoring and diagnostic method makes it possible to
identify malfunctions in plant components during normal plant operation This dissertation
presents the development of an integrated condition monitoring system for motor-operated
valves used in nuclear power plants The methodology used in this project is based on the
electric motor power signatures analysis during the closing and opening stroke time o f the
valve Once the measurements baseline diagnostic of the motor-operated valve is taken it
is possible to detect long-tenn deviations during valve lifetime detecting in advance valve
failures The system implements two parallel techniques for detection and categorization of
anomalies Expert System using fuzzy logic based on rules and knowledge base proiding
a systematic approach for decision making and the Wavelet Transform Technique where
the main goal is to obtain more detailed information contained in the measured data
identifying and characterizing the transients phenomena in the time and frequenc
domains c o i T e l a t i n g them to failures situatios in the i n c i p i e n t s t a g e The conditioning
monitoring and diagnostic system was designed and implemented at the MATLAB
platafomi which is a powerfuU language with high perfonnance The developed system
has provided good results stablishing a new qualitative methodology for monitoring and
diagnostic of motor operated valves
COMISSAO hSACIOfW- DE EftERfiJ NlgtLEARSP-IPEN
m
SUMARIO
Paacutegina
1 INTRODUCcedilAtildeO 1
2 OBJETIVO 4
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO 4
3 HISTOacuteRICO 6
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS 8
4T VAacuteLVULA MOTO-OPERADA 8
4 L1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS 8
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO 9
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS ] O
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS 13
42 ANAacuteLISE DA POTEcircNCIA ELEacuteTRICA 14
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS 16
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS 17
52 BASE DE DADOS 18
53 ANAacuteLISE DOS SINAIS 20
IV
5 4 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 3
541 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 3
542 P R I N C I P A I S C O M P O N E N T E S D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 4
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
55 L Oacute G I C A N E B U L O S A 2 9
551 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 9
5 5 2 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A 31
553 C O N J U N T O N E B U L O S O 3 2
5 5 3 1 P R I N C I P A I S O P E R A Ccedil Otilde E S E N T R E C O N J U N T O S N E B U L O S O S 3 2
5 6 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A I M P L E M E N T A D O P E L A L Oacute G I C A N E B U L O S A 3 3
561 A N Aacute L I S E D O S SUMAIS V I A S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 3 6
5 6 1 1 T E L A S D O S P R O G R A M A S D E A N Aacute L I S E V I A
S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 4 9
57 T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 5 4
571 F U N Ccedil Otilde E S D E W A V E L E T 5 8
57 2 A N Aacute L I S E D O S S I N A I S V I A T R A N S F O R M A D A D I S C R E T A D E W A V E L E T 59
6 R E S U L T A D O S 6 2
61 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 6 2
62 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D A T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 75
7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
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104
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[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Outputoacute] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Rules] 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 (1 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 (1] 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( i 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 (i 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 (1 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 (i 4 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 ( i 5 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 (1 6 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 7 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ( i 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 ] 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 o( i 0 2 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 (i 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 (1 0 4 4 0 00 o o 0 4 0 0 (i 0 5 5 0 0 0 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 6 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 (i 0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 1 (i 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 ( 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 7 (1 5 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 6 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (1 7 7 0 0 00 o 7 0 0 0 o (i 6 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 o(i 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 (1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 0 (1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 0 (i 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 0 ( 1
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Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
[ Input 1] Name=PCA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Input2] Name=TAC Range=[0 10] NumMFs=7 MF-NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10]
107
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108
NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput8] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output 1] Name=CT Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimr[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45]
109
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110
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COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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coHssAo mwlti Dpound mm MICLEARSP-IPEM
I
Ao meu pai Aacutelvaro (in memoacuteriam) e minlia matildee Dulee
pelo earinlio e orieiUaccedilagraveo de unia viiacutela honesta e sauLtaacutevel
essencial para o sucesso e a minha irmagrave Ceia
Aos meus dois amores minha esposa Janete e minha fillia liiiza
pelo incentivo dedicaccedilatildeo lealdade energia e conjunccedilatildeo de ideais
instrumentos vitais para o eterno ainoi- e hem viver
AGRADECIMENTOS
Ao Dr Aucyone Augusto da Silva pela orientaccedilatildeo da tese e principalmente pela
amizade e confianccedila demonstrada no decorrer desse trabalho
Ao Dr Daniel Kao Sun Ting pelo apoio espiacuterito criacutetico e sugestotildees teacutecnicas
Ao Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares (IPENCNEN-SP) ao
Superintendente Dr Claacuteudio Rodrigues em especial ao Centro de Engenharia Nuclear (CEN)
por toda infra-estrutura fornecida e pela oportunidade concedida
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientiacutefico e Tecnoloacutegico (CNPq) pelo
suporte financeiro fornecido nas visitas teacutecnicas agrave Universidade do Tennessee
Ao Departamento de Engenharia Nuclear da Universidade do Tennessee pela
disponibilidade do banco de dados utilizado no desenvolvimento deste trabalho
Ao Dr Belle R Upadhyaya do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee pelo expressivo apoio cientiacutefico no desenvolvimento desta
pesquisa
Agrave ELETRONUCLEAR Unidades ANGRA I e ANGRA II pelo intercacircmbio
teacutecnico em especial ao Departamento de Engenharia e Manutenccedilatildeo e ma equipe Eng Seacutergio
Dias Eng Mareio Rezende Siniscalchi Eng Francisco Carlos Sant Anna da Silva e Eng
Antonio Zaroni Torres
Ao Dr Pernio Seacutergio Brasko Ferreira pela amizade apoio e sugestotildees
Ao colega MSc Paulo Henrique F Masotti pela constante e inestimaacutevel
colaboraccedilatildeo nas discussotildees teacutecnicas
A colega M Sc Rosani Maria L da Penha pela contribuiccedilatildeo nas sugestotildees e
revisatildeo do texto
Aos colegas do grupo de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico do CEN PEN em especial
ao Roberto Carlos dos Santos e ao Dr Roberto Navarro de Mesquita pela amizade e apoio
Aos colegas do CEN em especial atilde Dra Gaianecirc Sabundjian agrave M Sc Margaret
de Almeida Damy ao Dr Ulysses DUtra Bitelli ao Gelson Toshio Otani c a todos que de
alguma for niacutea colaboraram para o sucesso deste trabalho
1
DESENVOL VIMENTO DE SISTEMA DE MONITORACcedilAtildeO E DIAGNOacuteSTICO APLICADO
A VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS UTILIZADAS EM CENTRAIS NUCLEARES
ALVARO LUIZ GUIMARAtildeRES CARNEIRO
RESUMO
A questatildeo da confiabilidade dos componentes mais especificamente as
vaacutelvulas moto-operadas tomou-se um dos fatores mais importante a serem investigados
nas centrais nucleares no que diz respeito agrave seguranccedila e extensatildeo de vida uacutetil da
instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos meacutetodos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico passou a ser de extrema relevacircncia no campo da manutenccedilatildeo predifiva
estabelecendo como meta principal a confiabilidade da operaccedilatildeo dos componentes Em
plantas nucleares a manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no
sentido de diagnosticar com antecedecircncia a ocorrecircncia de uma possivei falha em um
determinado componente evitando consequecircncias mais severas assim como no aspecto
econocircmico estabelecendo uma melhor programaccedilatildeo na manutenccedilatildeo reduzindo paradas
inesperadas da planta O desenvolvimento de meacutetodos natildeo intrusivos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico torna possiacutevel a identificaccedilatildeo de falhas em componentes durante a operaccedilatildeo
nonnal da planta Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema integrado de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas utilizadas em centrais
nucleares A metodologia utilizada neste projeto eacute baseada na anaacutelise da assinatura da
potecircncia eleacutetnca do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo do ciclo de abertura e
fechamento da vaacuteKoila Uma vez obtida a medida da assinatura padratildeo da vaacutelvula eacute
possivei detectar desvios em determinados paracircmetros ao longo da vida operacional da
vaacutelvula identificando falhas incipientes na vaacutelvula O sistema utiliza duas teacutecnicas
paralelas para detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas Sistema Especialista implementado
atraveacutes da Loacutegica Nebulosa baseada em um conjunto de regras desenvolvidas atraveacutes de
um banco de conhecimento a segunda teacutecnica consiste na utilizaccedilatildeo da Transformada de
Wavelet onde o objetivo principal constitui em obter intbnnaccedilogravees mais detalhadas
contidas nos sinais medidos idenfiticando c caracterizando fenocircmenos transientes no
domiacutenio tempo - frequecircncia conelacionand(i-os a situaccedilotildees de falhas no estado incipiente
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico foi desenvolvido e implementado na platafonna
MATLAB que eacute uma linguagem computacional de alto desempenho integrando de foniia
eficiente os ambientes de programaccedilatildeo e visualizaccedilatildeo Os resultados obtidos foram de
grande relevacircncia proporcionando uma metodologia qualitativa de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico para as condiccedilotildees operacionais de vaacutelvulas moto-operadas
u
^DEVELOPMENT OF AN INTEGRA TED CONDITION MONITORING AND DIAGNOSTIC
SYSTEM FOR MOTOR-OPERTATED VALVES USED IN NUCLEAR POWER PLANT
A L V A R O LUIZ G U I M A R Atilde E S C A R N E I R O
ABSTRACT
The reUabihty question of the components specifically o f motor operated-
valves became one of the most important issues to be investigated in nuclear power plants
considering security and life plant extension Therefore the necessity o f improvements in
monitoring and diagnosis methods started to be of extreme relevance in the maintenance
predictive field establishing as main goal the reliability and readiness o f the system
components Specially in nuclear power plants the predictive maintenance contributes in
the security factor in order to diagnosis in advance the occurrence of a possible failure
preventing severes situations It also presents a contribution on the economic side by
stablishing a better maintenance programming and reducing unexpected shutdown The
development of nonintrusive monitoring and diagnostic method makes it possible to
identify malfunctions in plant components during normal plant operation This dissertation
presents the development of an integrated condition monitoring system for motor-operated
valves used in nuclear power plants The methodology used in this project is based on the
electric motor power signatures analysis during the closing and opening stroke time o f the
valve Once the measurements baseline diagnostic of the motor-operated valve is taken it
is possible to detect long-tenn deviations during valve lifetime detecting in advance valve
failures The system implements two parallel techniques for detection and categorization of
anomalies Expert System using fuzzy logic based on rules and knowledge base proiding
a systematic approach for decision making and the Wavelet Transform Technique where
the main goal is to obtain more detailed information contained in the measured data
identifying and characterizing the transients phenomena in the time and frequenc
domains c o i T e l a t i n g them to failures situatios in the i n c i p i e n t s t a g e The conditioning
monitoring and diagnostic system was designed and implemented at the MATLAB
platafomi which is a powerfuU language with high perfonnance The developed system
has provided good results stablishing a new qualitative methodology for monitoring and
diagnostic of motor operated valves
COMISSAO hSACIOfW- DE EftERfiJ NlgtLEARSP-IPEN
m
SUMARIO
Paacutegina
1 INTRODUCcedilAtildeO 1
2 OBJETIVO 4
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO 4
3 HISTOacuteRICO 6
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS 8
4T VAacuteLVULA MOTO-OPERADA 8
4 L1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS 8
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO 9
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS ] O
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS 13
42 ANAacuteLISE DA POTEcircNCIA ELEacuteTRICA 14
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS 16
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS 17
52 BASE DE DADOS 18
53 ANAacuteLISE DOS SINAIS 20
IV
5 4 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 3
541 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 3
542 P R I N C I P A I S C O M P O N E N T E S D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 4
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
55 L Oacute G I C A N E B U L O S A 2 9
551 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 9
5 5 2 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A 31
553 C O N J U N T O N E B U L O S O 3 2
5 5 3 1 P R I N C I P A I S O P E R A Ccedil Otilde E S E N T R E C O N J U N T O S N E B U L O S O S 3 2
5 6 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A I M P L E M E N T A D O P E L A L Oacute G I C A N E B U L O S A 3 3
561 A N Aacute L I S E D O S SUMAIS V I A S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 3 6
5 6 1 1 T E L A S D O S P R O G R A M A S D E A N Aacute L I S E V I A
S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 4 9
57 T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 5 4
571 F U N Ccedil Otilde E S D E W A V E L E T 5 8
57 2 A N Aacute L I S E D O S S I N A I S V I A T R A N S F O R M A D A D I S C R E T A D E W A V E L E T 59
6 R E S U L T A D O S 6 2
61 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 6 2
62 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D A T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 75
7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Outputoacute] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Rules] 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 (1 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 (1] 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( i 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 (i 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 (1 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 (i 4 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 ( i 5 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 (1 6 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 7 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ( i 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 ] 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 o( i 0 2 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 (i 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 (1 0 4 4 0 00 o o 0 4 0 0 (i 0 5 5 0 0 0 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 6 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 (i 0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 1 (i 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 ( 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 7 (1 5 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 6 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (1 7 7 0 0 00 o 7 0 0 0 o (i 6 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 o(i 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 (1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 0 (1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 0 (i 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 0 ( 1
m
0 0 0 6 0 0 0 0 0 7 0 O 0 7 6 0 0 0 O 7 7 0 0 0 0 7 0 0 0 5 0 7 0 0 0 6 0 7 0 0 0 7 0 5 0 0 0 6 0 5 0 0 0 7 0 6 0 0 0 7
0 0 0 0 6 0 ( 1 ) 0 0 0 0 7 0(1) 0 0 0 6 00 (1 ) 0 0 0 7 0 0 ( 1 ) 0 0 5 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 )
Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
[ Input 1] Name=PCA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Input2] Name=TAC Range=[0 10] NumMFs=7 MF-NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10]
107
[lnput3] Name=DPA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Input4] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtnmf[45 5 55] MF5=PPtnmf [5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput5] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Inpuloacute] Name=PCC Range=[Uuml 10] NumMFs=7 iVIFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4-OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput7] Namc=PSC Range=[0 10]
108
NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput8] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output 1] Name=CT Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimr[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45]
109
MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrinif[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Outputoacute] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf [3 4 45] MF3=NPtnmf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtnmf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Rules] 1 0 I 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 ( 1 ) 2 0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 ( 1 ) 3 0 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0(1) 4 0 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( 1 ) 5 0 5 0 0 0 0 05 0 0 0 00 (1 ) 6 0 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 ( 1 ) 7 0 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 ( 1 ) 0 0 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 )
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COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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coHssAo mwlti Dpound mm MICLEARSP-IPEM
AGRADECIMENTOS
Ao Dr Aucyone Augusto da Silva pela orientaccedilatildeo da tese e principalmente pela
amizade e confianccedila demonstrada no decorrer desse trabalho
Ao Dr Daniel Kao Sun Ting pelo apoio espiacuterito criacutetico e sugestotildees teacutecnicas
Ao Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares (IPENCNEN-SP) ao
Superintendente Dr Claacuteudio Rodrigues em especial ao Centro de Engenharia Nuclear (CEN)
por toda infra-estrutura fornecida e pela oportunidade concedida
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientiacutefico e Tecnoloacutegico (CNPq) pelo
suporte financeiro fornecido nas visitas teacutecnicas agrave Universidade do Tennessee
Ao Departamento de Engenharia Nuclear da Universidade do Tennessee pela
disponibilidade do banco de dados utilizado no desenvolvimento deste trabalho
Ao Dr Belle R Upadhyaya do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee pelo expressivo apoio cientiacutefico no desenvolvimento desta
pesquisa
Agrave ELETRONUCLEAR Unidades ANGRA I e ANGRA II pelo intercacircmbio
teacutecnico em especial ao Departamento de Engenharia e Manutenccedilatildeo e ma equipe Eng Seacutergio
Dias Eng Mareio Rezende Siniscalchi Eng Francisco Carlos Sant Anna da Silva e Eng
Antonio Zaroni Torres
Ao Dr Pernio Seacutergio Brasko Ferreira pela amizade apoio e sugestotildees
Ao colega MSc Paulo Henrique F Masotti pela constante e inestimaacutevel
colaboraccedilatildeo nas discussotildees teacutecnicas
A colega M Sc Rosani Maria L da Penha pela contribuiccedilatildeo nas sugestotildees e
revisatildeo do texto
Aos colegas do grupo de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico do CEN PEN em especial
ao Roberto Carlos dos Santos e ao Dr Roberto Navarro de Mesquita pela amizade e apoio
Aos colegas do CEN em especial atilde Dra Gaianecirc Sabundjian agrave M Sc Margaret
de Almeida Damy ao Dr Ulysses DUtra Bitelli ao Gelson Toshio Otani c a todos que de
alguma for niacutea colaboraram para o sucesso deste trabalho
1
DESENVOL VIMENTO DE SISTEMA DE MONITORACcedilAtildeO E DIAGNOacuteSTICO APLICADO
A VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS UTILIZADAS EM CENTRAIS NUCLEARES
ALVARO LUIZ GUIMARAtildeRES CARNEIRO
RESUMO
A questatildeo da confiabilidade dos componentes mais especificamente as
vaacutelvulas moto-operadas tomou-se um dos fatores mais importante a serem investigados
nas centrais nucleares no que diz respeito agrave seguranccedila e extensatildeo de vida uacutetil da
instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos meacutetodos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico passou a ser de extrema relevacircncia no campo da manutenccedilatildeo predifiva
estabelecendo como meta principal a confiabilidade da operaccedilatildeo dos componentes Em
plantas nucleares a manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no
sentido de diagnosticar com antecedecircncia a ocorrecircncia de uma possivei falha em um
determinado componente evitando consequecircncias mais severas assim como no aspecto
econocircmico estabelecendo uma melhor programaccedilatildeo na manutenccedilatildeo reduzindo paradas
inesperadas da planta O desenvolvimento de meacutetodos natildeo intrusivos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico torna possiacutevel a identificaccedilatildeo de falhas em componentes durante a operaccedilatildeo
nonnal da planta Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema integrado de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas utilizadas em centrais
nucleares A metodologia utilizada neste projeto eacute baseada na anaacutelise da assinatura da
potecircncia eleacutetnca do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo do ciclo de abertura e
fechamento da vaacuteKoila Uma vez obtida a medida da assinatura padratildeo da vaacutelvula eacute
possivei detectar desvios em determinados paracircmetros ao longo da vida operacional da
vaacutelvula identificando falhas incipientes na vaacutelvula O sistema utiliza duas teacutecnicas
paralelas para detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas Sistema Especialista implementado
atraveacutes da Loacutegica Nebulosa baseada em um conjunto de regras desenvolvidas atraveacutes de
um banco de conhecimento a segunda teacutecnica consiste na utilizaccedilatildeo da Transformada de
Wavelet onde o objetivo principal constitui em obter intbnnaccedilogravees mais detalhadas
contidas nos sinais medidos idenfiticando c caracterizando fenocircmenos transientes no
domiacutenio tempo - frequecircncia conelacionand(i-os a situaccedilotildees de falhas no estado incipiente
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico foi desenvolvido e implementado na platafonna
MATLAB que eacute uma linguagem computacional de alto desempenho integrando de foniia
eficiente os ambientes de programaccedilatildeo e visualizaccedilatildeo Os resultados obtidos foram de
grande relevacircncia proporcionando uma metodologia qualitativa de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico para as condiccedilotildees operacionais de vaacutelvulas moto-operadas
u
^DEVELOPMENT OF AN INTEGRA TED CONDITION MONITORING AND DIAGNOSTIC
SYSTEM FOR MOTOR-OPERTATED VALVES USED IN NUCLEAR POWER PLANT
A L V A R O LUIZ G U I M A R Atilde E S C A R N E I R O
ABSTRACT
The reUabihty question of the components specifically o f motor operated-
valves became one of the most important issues to be investigated in nuclear power plants
considering security and life plant extension Therefore the necessity o f improvements in
monitoring and diagnosis methods started to be of extreme relevance in the maintenance
predictive field establishing as main goal the reliability and readiness o f the system
components Specially in nuclear power plants the predictive maintenance contributes in
the security factor in order to diagnosis in advance the occurrence of a possible failure
preventing severes situations It also presents a contribution on the economic side by
stablishing a better maintenance programming and reducing unexpected shutdown The
development of nonintrusive monitoring and diagnostic method makes it possible to
identify malfunctions in plant components during normal plant operation This dissertation
presents the development of an integrated condition monitoring system for motor-operated
valves used in nuclear power plants The methodology used in this project is based on the
electric motor power signatures analysis during the closing and opening stroke time o f the
valve Once the measurements baseline diagnostic of the motor-operated valve is taken it
is possible to detect long-tenn deviations during valve lifetime detecting in advance valve
failures The system implements two parallel techniques for detection and categorization of
anomalies Expert System using fuzzy logic based on rules and knowledge base proiding
a systematic approach for decision making and the Wavelet Transform Technique where
the main goal is to obtain more detailed information contained in the measured data
identifying and characterizing the transients phenomena in the time and frequenc
domains c o i T e l a t i n g them to failures situatios in the i n c i p i e n t s t a g e The conditioning
monitoring and diagnostic system was designed and implemented at the MATLAB
platafomi which is a powerfuU language with high perfonnance The developed system
has provided good results stablishing a new qualitative methodology for monitoring and
diagnostic of motor operated valves
COMISSAO hSACIOfW- DE EftERfiJ NlgtLEARSP-IPEN
m
SUMARIO
Paacutegina
1 INTRODUCcedilAtildeO 1
2 OBJETIVO 4
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO 4
3 HISTOacuteRICO 6
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS 8
4T VAacuteLVULA MOTO-OPERADA 8
4 L1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS 8
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO 9
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS ] O
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS 13
42 ANAacuteLISE DA POTEcircNCIA ELEacuteTRICA 14
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS 16
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS 17
52 BASE DE DADOS 18
53 ANAacuteLISE DOS SINAIS 20
IV
5 4 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 3
541 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 3
542 P R I N C I P A I S C O M P O N E N T E S D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 4
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
55 L Oacute G I C A N E B U L O S A 2 9
551 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 9
5 5 2 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A 31
553 C O N J U N T O N E B U L O S O 3 2
5 5 3 1 P R I N C I P A I S O P E R A Ccedil Otilde E S E N T R E C O N J U N T O S N E B U L O S O S 3 2
5 6 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A I M P L E M E N T A D O P E L A L Oacute G I C A N E B U L O S A 3 3
561 A N Aacute L I S E D O S SUMAIS V I A S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 3 6
5 6 1 1 T E L A S D O S P R O G R A M A S D E A N Aacute L I S E V I A
S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 4 9
57 T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 5 4
571 F U N Ccedil Otilde E S D E W A V E L E T 5 8
57 2 A N Aacute L I S E D O S S I N A I S V I A T R A N S F O R M A D A D I S C R E T A D E W A V E L E T 59
6 R E S U L T A D O S 6 2
61 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 6 2
62 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D A T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 75
7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Outputoacute] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Rules] 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 (1 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 (1] 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( i 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 (i 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 (1 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 (i 4 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 ( i 5 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 (1 6 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 7 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ( i 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 ] 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 o( i 0 2 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 (i 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 (1 0 4 4 0 00 o o 0 4 0 0 (i 0 5 5 0 0 0 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 6 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 (i 0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 1 (i 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 ( 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 7 (1 5 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 6 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (1 7 7 0 0 00 o 7 0 0 0 o (i 6 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 o(i 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 (1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 0 (1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 0 (i 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 0 ( 1
m
0 0 0 6 0 0 0 0 0 7 0 O 0 7 6 0 0 0 O 7 7 0 0 0 0 7 0 0 0 5 0 7 0 0 0 6 0 7 0 0 0 7 0 5 0 0 0 6 0 5 0 0 0 7 0 6 0 0 0 7
0 0 0 0 6 0 ( 1 ) 0 0 0 0 7 0(1) 0 0 0 6 00 (1 ) 0 0 0 7 0 0 ( 1 ) 0 0 5 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 )
Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
[ Input 1] Name=PCA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Input2] Name=TAC Range=[0 10] NumMFs=7 MF-NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10]
107
[lnput3] Name=DPA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Input4] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtnmf[45 5 55] MF5=PPtnmf [5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput5] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Inpuloacute] Name=PCC Range=[Uuml 10] NumMFs=7 iVIFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4-OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput7] Namc=PSC Range=[0 10]
108
NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput8] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output 1] Name=CT Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimr[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45]
109
MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrinif[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Outputoacute] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf [3 4 45] MF3=NPtnmf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtnmf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Rules] 1 0 I 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 ( 1 ) 2 0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 ( 1 ) 3 0 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0(1) 4 0 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( 1 ) 5 0 5 0 0 0 0 05 0 0 0 00 (1 ) 6 0 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 ( 1 ) 7 0 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 ( 1 ) 0 0 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 )
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COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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1
DESENVOL VIMENTO DE SISTEMA DE MONITORACcedilAtildeO E DIAGNOacuteSTICO APLICADO
A VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS UTILIZADAS EM CENTRAIS NUCLEARES
ALVARO LUIZ GUIMARAtildeRES CARNEIRO
RESUMO
A questatildeo da confiabilidade dos componentes mais especificamente as
vaacutelvulas moto-operadas tomou-se um dos fatores mais importante a serem investigados
nas centrais nucleares no que diz respeito agrave seguranccedila e extensatildeo de vida uacutetil da
instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos meacutetodos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico passou a ser de extrema relevacircncia no campo da manutenccedilatildeo predifiva
estabelecendo como meta principal a confiabilidade da operaccedilatildeo dos componentes Em
plantas nucleares a manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no
sentido de diagnosticar com antecedecircncia a ocorrecircncia de uma possivei falha em um
determinado componente evitando consequecircncias mais severas assim como no aspecto
econocircmico estabelecendo uma melhor programaccedilatildeo na manutenccedilatildeo reduzindo paradas
inesperadas da planta O desenvolvimento de meacutetodos natildeo intrusivos de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico torna possiacutevel a identificaccedilatildeo de falhas em componentes durante a operaccedilatildeo
nonnal da planta Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema integrado de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas utilizadas em centrais
nucleares A metodologia utilizada neste projeto eacute baseada na anaacutelise da assinatura da
potecircncia eleacutetnca do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo do ciclo de abertura e
fechamento da vaacuteKoila Uma vez obtida a medida da assinatura padratildeo da vaacutelvula eacute
possivei detectar desvios em determinados paracircmetros ao longo da vida operacional da
vaacutelvula identificando falhas incipientes na vaacutelvula O sistema utiliza duas teacutecnicas
paralelas para detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas Sistema Especialista implementado
atraveacutes da Loacutegica Nebulosa baseada em um conjunto de regras desenvolvidas atraveacutes de
um banco de conhecimento a segunda teacutecnica consiste na utilizaccedilatildeo da Transformada de
Wavelet onde o objetivo principal constitui em obter intbnnaccedilogravees mais detalhadas
contidas nos sinais medidos idenfiticando c caracterizando fenocircmenos transientes no
domiacutenio tempo - frequecircncia conelacionand(i-os a situaccedilotildees de falhas no estado incipiente
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico foi desenvolvido e implementado na platafonna
MATLAB que eacute uma linguagem computacional de alto desempenho integrando de foniia
eficiente os ambientes de programaccedilatildeo e visualizaccedilatildeo Os resultados obtidos foram de
grande relevacircncia proporcionando uma metodologia qualitativa de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico para as condiccedilotildees operacionais de vaacutelvulas moto-operadas
u
^DEVELOPMENT OF AN INTEGRA TED CONDITION MONITORING AND DIAGNOSTIC
SYSTEM FOR MOTOR-OPERTATED VALVES USED IN NUCLEAR POWER PLANT
A L V A R O LUIZ G U I M A R Atilde E S C A R N E I R O
ABSTRACT
The reUabihty question of the components specifically o f motor operated-
valves became one of the most important issues to be investigated in nuclear power plants
considering security and life plant extension Therefore the necessity o f improvements in
monitoring and diagnosis methods started to be of extreme relevance in the maintenance
predictive field establishing as main goal the reliability and readiness o f the system
components Specially in nuclear power plants the predictive maintenance contributes in
the security factor in order to diagnosis in advance the occurrence of a possible failure
preventing severes situations It also presents a contribution on the economic side by
stablishing a better maintenance programming and reducing unexpected shutdown The
development of nonintrusive monitoring and diagnostic method makes it possible to
identify malfunctions in plant components during normal plant operation This dissertation
presents the development of an integrated condition monitoring system for motor-operated
valves used in nuclear power plants The methodology used in this project is based on the
electric motor power signatures analysis during the closing and opening stroke time o f the
valve Once the measurements baseline diagnostic of the motor-operated valve is taken it
is possible to detect long-tenn deviations during valve lifetime detecting in advance valve
failures The system implements two parallel techniques for detection and categorization of
anomalies Expert System using fuzzy logic based on rules and knowledge base proiding
a systematic approach for decision making and the Wavelet Transform Technique where
the main goal is to obtain more detailed information contained in the measured data
identifying and characterizing the transients phenomena in the time and frequenc
domains c o i T e l a t i n g them to failures situatios in the i n c i p i e n t s t a g e The conditioning
monitoring and diagnostic system was designed and implemented at the MATLAB
platafomi which is a powerfuU language with high perfonnance The developed system
has provided good results stablishing a new qualitative methodology for monitoring and
diagnostic of motor operated valves
COMISSAO hSACIOfW- DE EftERfiJ NlgtLEARSP-IPEN
m
SUMARIO
Paacutegina
1 INTRODUCcedilAtildeO 1
2 OBJETIVO 4
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO 4
3 HISTOacuteRICO 6
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS 8
4T VAacuteLVULA MOTO-OPERADA 8
4 L1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS 8
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO 9
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS ] O
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS 13
42 ANAacuteLISE DA POTEcircNCIA ELEacuteTRICA 14
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS 16
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS 17
52 BASE DE DADOS 18
53 ANAacuteLISE DOS SINAIS 20
IV
5 4 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 3
541 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 3
542 P R I N C I P A I S C O M P O N E N T E S D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 4
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
55 L Oacute G I C A N E B U L O S A 2 9
551 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 9
5 5 2 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A 31
553 C O N J U N T O N E B U L O S O 3 2
5 5 3 1 P R I N C I P A I S O P E R A Ccedil Otilde E S E N T R E C O N J U N T O S N E B U L O S O S 3 2
5 6 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A I M P L E M E N T A D O P E L A L Oacute G I C A N E B U L O S A 3 3
561 A N Aacute L I S E D O S SUMAIS V I A S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 3 6
5 6 1 1 T E L A S D O S P R O G R A M A S D E A N Aacute L I S E V I A
S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 4 9
57 T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 5 4
571 F U N Ccedil Otilde E S D E W A V E L E T 5 8
57 2 A N Aacute L I S E D O S S I N A I S V I A T R A N S F O R M A D A D I S C R E T A D E W A V E L E T 59
6 R E S U L T A D O S 6 2
61 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 6 2
62 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D A T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 75
7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
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104
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[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Outputoacute] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Rules] 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 (1 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 (1] 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( i 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 (i 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 (1 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 (i 4 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 ( i 5 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 (1 6 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 7 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ( i 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 ] 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 o( i 0 2 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 (i 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 (1 0 4 4 0 00 o o 0 4 0 0 (i 0 5 5 0 0 0 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 6 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 (i 0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 1 (i 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 ( 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 7 (1 5 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 6 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (1 7 7 0 0 00 o 7 0 0 0 o (i 6 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 o(i 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 (1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 0 (1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 0 (i 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 0 ( 1
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Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
[ Input 1] Name=PCA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Input2] Name=TAC Range=[0 10] NumMFs=7 MF-NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10]
107
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108
NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput8] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output 1] Name=CT Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimr[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45]
109
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110
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COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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u
^DEVELOPMENT OF AN INTEGRA TED CONDITION MONITORING AND DIAGNOSTIC
SYSTEM FOR MOTOR-OPERTATED VALVES USED IN NUCLEAR POWER PLANT
A L V A R O LUIZ G U I M A R Atilde E S C A R N E I R O
ABSTRACT
The reUabihty question of the components specifically o f motor operated-
valves became one of the most important issues to be investigated in nuclear power plants
considering security and life plant extension Therefore the necessity o f improvements in
monitoring and diagnosis methods started to be of extreme relevance in the maintenance
predictive field establishing as main goal the reliability and readiness o f the system
components Specially in nuclear power plants the predictive maintenance contributes in
the security factor in order to diagnosis in advance the occurrence of a possible failure
preventing severes situations It also presents a contribution on the economic side by
stablishing a better maintenance programming and reducing unexpected shutdown The
development of nonintrusive monitoring and diagnostic method makes it possible to
identify malfunctions in plant components during normal plant operation This dissertation
presents the development of an integrated condition monitoring system for motor-operated
valves used in nuclear power plants The methodology used in this project is based on the
electric motor power signatures analysis during the closing and opening stroke time o f the
valve Once the measurements baseline diagnostic of the motor-operated valve is taken it
is possible to detect long-tenn deviations during valve lifetime detecting in advance valve
failures The system implements two parallel techniques for detection and categorization of
anomalies Expert System using fuzzy logic based on rules and knowledge base proiding
a systematic approach for decision making and the Wavelet Transform Technique where
the main goal is to obtain more detailed information contained in the measured data
identifying and characterizing the transients phenomena in the time and frequenc
domains c o i T e l a t i n g them to failures situatios in the i n c i p i e n t s t a g e The conditioning
monitoring and diagnostic system was designed and implemented at the MATLAB
platafomi which is a powerfuU language with high perfonnance The developed system
has provided good results stablishing a new qualitative methodology for monitoring and
diagnostic of motor operated valves
COMISSAO hSACIOfW- DE EftERfiJ NlgtLEARSP-IPEN
m
SUMARIO
Paacutegina
1 INTRODUCcedilAtildeO 1
2 OBJETIVO 4
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO 4
3 HISTOacuteRICO 6
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS 8
4T VAacuteLVULA MOTO-OPERADA 8
4 L1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS 8
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO 9
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS ] O
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS 13
42 ANAacuteLISE DA POTEcircNCIA ELEacuteTRICA 14
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS 16
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS 17
52 BASE DE DADOS 18
53 ANAacuteLISE DOS SINAIS 20
IV
5 4 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 3
541 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 3
542 P R I N C I P A I S C O M P O N E N T E S D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 4
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
55 L Oacute G I C A N E B U L O S A 2 9
551 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 9
5 5 2 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A 31
553 C O N J U N T O N E B U L O S O 3 2
5 5 3 1 P R I N C I P A I S O P E R A Ccedil Otilde E S E N T R E C O N J U N T O S N E B U L O S O S 3 2
5 6 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A I M P L E M E N T A D O P E L A L Oacute G I C A N E B U L O S A 3 3
561 A N Aacute L I S E D O S SUMAIS V I A S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 3 6
5 6 1 1 T E L A S D O S P R O G R A M A S D E A N Aacute L I S E V I A
S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 4 9
57 T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 5 4
571 F U N Ccedil Otilde E S D E W A V E L E T 5 8
57 2 A N Aacute L I S E D O S S I N A I S V I A T R A N S F O R M A D A D I S C R E T A D E W A V E L E T 59
6 R E S U L T A D O S 6 2
61 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 6 2
62 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D A T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 75
7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
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PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
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105
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Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
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107
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COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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using midtiresolution wavelet analysis 1997 Tese (Doutorado) - The University of Tennessee ICnoxville TN EUA
115
nl PENHA R M L Anaacutelise de sinais em regime transiente aplicando a teacutecnica
de wavelet 1999 Tese (Mestrado) - Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares -Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Paulo
1121 MALLAT S A theory for multi-resolution signal decomposition The Wavelet Representation IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Inteligence Vol 11N07 July 1989
73 STRANG G Nguyen T Wavelets And Filter Banks Wellesley - Catirbiidge Press 1996
74 DAUBECHIES 1 Ten Lectures on Wavelets Philadelphia PA Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM) 1992
coHssAo mwlti Dpound mm MICLEARSP-IPEM
m
SUMARIO
Paacutegina
1 INTRODUCcedilAtildeO 1
2 OBJETIVO 4
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO 4
3 HISTOacuteRICO 6
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS 8
4T VAacuteLVULA MOTO-OPERADA 8
4 L1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS 8
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO 9
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS ] O
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS 13
42 ANAacuteLISE DA POTEcircNCIA ELEacuteTRICA 14
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS 16
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS 17
52 BASE DE DADOS 18
53 ANAacuteLISE DOS SINAIS 20
IV
5 4 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 3
541 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 3
542 P R I N C I P A I S C O M P O N E N T E S D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 4
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
55 L Oacute G I C A N E B U L O S A 2 9
551 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 9
5 5 2 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A 31
553 C O N J U N T O N E B U L O S O 3 2
5 5 3 1 P R I N C I P A I S O P E R A Ccedil Otilde E S E N T R E C O N J U N T O S N E B U L O S O S 3 2
5 6 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A I M P L E M E N T A D O P E L A L Oacute G I C A N E B U L O S A 3 3
561 A N Aacute L I S E D O S SUMAIS V I A S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 3 6
5 6 1 1 T E L A S D O S P R O G R A M A S D E A N Aacute L I S E V I A
S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 4 9
57 T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 5 4
571 F U N Ccedil Otilde E S D E W A V E L E T 5 8
57 2 A N Aacute L I S E D O S S I N A I S V I A T R A N S F O R M A D A D I S C R E T A D E W A V E L E T 59
6 R E S U L T A D O S 6 2
61 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 6 2
62 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D A T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 75
7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Outputoacute] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Rules] 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 (1 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 (1] 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( i 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 (i 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 (1 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 (i 4 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 ( i 5 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 (1 6 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 7 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ( i 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 ] 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 o( i 0 2 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 (i 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 (1 0 4 4 0 00 o o 0 4 0 0 (i 0 5 5 0 0 0 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 6 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 (i 0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 1 (i 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 ( 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 7 (1 5 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 6 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (1 7 7 0 0 00 o 7 0 0 0 o (i 6 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 o(i 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 (1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 0 (1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 0 (i 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 0 ( 1
m
0 0 0 6 0 0 0 0 0 7 0 O 0 7 6 0 0 0 O 7 7 0 0 0 0 7 0 0 0 5 0 7 0 0 0 6 0 7 0 0 0 7 0 5 0 0 0 6 0 5 0 0 0 7 0 6 0 0 0 7
0 0 0 0 6 0 ( 1 ) 0 0 0 0 7 0(1) 0 0 0 6 00 (1 ) 0 0 0 7 0 0 ( 1 ) 0 0 5 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 )
Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
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107
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108
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109
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110
0 0 0 5 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 3 0 0 0 5 0 0 0 2 0 0 0 5 0 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 4 0 4 0 0 0 0 0 5 0 5 0 0 0 0 0 6 0 5 0 0 0 0 0 7 0 5 0 0 0 0 0 5 0 6 0 0 0 0 0 6 0 7 0 0 0 0 0 6 0 6 0 0 0 0 0 7 0 7 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 4 4 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0
0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 6 0 0 0 ( 1 0 0 7 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0(1 0 0 0 5 0 0 ( 1 0 0 0 6 0 0 ( 1 0 0 0 7 0 0 ( 1 0 0 0 6 0 0 ( 1 0 0 0 7 0 0 ( 1 0 0 0 0 0 1 (1 0 0 0 0 0 2 (1 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 0 7 ( 1 0 0 0 0 1 0(1 0 0 0 0 2 0 ( 1 0 0 0 0 3 0(1 0 0 0 0 4 0(1 0 0 0 0 5 0(1 O O O O 6 O (1 0 0 0 0 7 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 ( 1 0 4 0 0 0 0 ( 1 0 4 0 0 0 0 ( 1 0 5 0 0 0 0 ( 1 0 7 0 0 0 0(1
COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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IV
5 4 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 3
541 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 3
542 P R I N C I P A I S C O M P O N E N T E S D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 2 4
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S 2 5
55 L Oacute G I C A N E B U L O S A 2 9
551 I N T R O D U Ccedil Atilde O 2 9
5 5 2 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A 31
553 C O N J U N T O N E B U L O S O 3 2
5 5 3 1 P R I N C I P A I S O P E R A Ccedil Otilde E S E N T R E C O N J U N T O S N E B U L O S O S 3 2
5 6 S I S T E M A E S P E C I A L I S T A I M P L E M E N T A D O P E L A L Oacute G I C A N E B U L O S A 3 3
561 A N Aacute L I S E D O S SUMAIS V I A S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 3 6
5 6 1 1 T E L A S D O S P R O G R A M A S D E A N Aacute L I S E V I A
S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 4 9
57 T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 5 4
571 F U N Ccedil Otilde E S D E W A V E L E T 5 8
57 2 A N Aacute L I S E D O S S I N A I S V I A T R A N S F O R M A D A D I S C R E T A D E W A V E L E T 59
6 R E S U L T A D O S 6 2
61 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D O S I S T E M A E S P E C I A L I S T A 6 2
62 R E S U L T A D O S C O M A P L I C A Ccedil Atilde O D A T R A N S F O R M A D A D E W A V E L E T 75
7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
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2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Outputoacute] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Rules] 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 (1 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 (1] 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( i 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 (i 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 (1 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 (i 4 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 ( i 5 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 (1 6 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 7 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ( i 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 ] 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 o( i 0 2 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 (i 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 (1 0 4 4 0 00 o o 0 4 0 0 (i 0 5 5 0 0 0 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 6 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 (i 0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 1 (i 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 ( 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 7 (1 5 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 6 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (1 7 7 0 0 00 o 7 0 0 0 o (i 6 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 o(i 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 (1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 0 (1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 0 (i 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 0 ( 1
m
0 0 0 6 0 0 0 0 0 7 0 O 0 7 6 0 0 0 O 7 7 0 0 0 0 7 0 0 0 5 0 7 0 0 0 6 0 7 0 0 0 7 0 5 0 0 0 6 0 5 0 0 0 7 0 6 0 0 0 7
0 0 0 0 6 0 ( 1 ) 0 0 0 0 7 0(1) 0 0 0 6 00 (1 ) 0 0 0 7 0 0 ( 1 ) 0 0 5 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 )
Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
[ Input 1] Name=PCA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Input2] Name=TAC Range=[0 10] NumMFs=7 MF-NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10]
107
[lnput3] Name=DPA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Input4] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtnmf[45 5 55] MF5=PPtnmf [5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput5] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Inpuloacute] Name=PCC Range=[Uuml 10] NumMFs=7 iVIFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4-OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput7] Namc=PSC Range=[0 10]
108
NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput8] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output 1] Name=CT Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimr[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45]
109
MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrinif[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Outputoacute] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf [3 4 45] MF3=NPtnmf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtnmf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Rules] 1 0 I 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 ( 1 ) 2 0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 ( 1 ) 3 0 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0(1) 4 0 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( 1 ) 5 0 5 0 0 0 0 05 0 0 0 00 (1 ) 6 0 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 ( 1 ) 7 0 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 ( 1 ) 0 0 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 )
110
0 0 0 5 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 3 0 0 0 5 0 0 0 2 0 0 0 5 0 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 4 0 4 0 0 0 0 0 5 0 5 0 0 0 0 0 6 0 5 0 0 0 0 0 7 0 5 0 0 0 0 0 5 0 6 0 0 0 0 0 6 0 7 0 0 0 0 0 6 0 6 0 0 0 0 0 7 0 7 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 4 4 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0
0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 6 0 0 0 ( 1 0 0 7 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0(1 0 0 0 5 0 0 ( 1 0 0 0 6 0 0 ( 1 0 0 0 7 0 0 ( 1 0 0 0 6 0 0 ( 1 0 0 0 7 0 0 ( 1 0 0 0 0 0 1 (1 0 0 0 0 0 2 (1 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 0 7 ( 1 0 0 0 0 1 0(1 0 0 0 0 2 0 ( 1 0 0 0 0 3 0(1 0 0 0 0 4 0(1 0 0 0 0 5 0(1 O O O O 6 O (1 0 0 0 0 7 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 ( 1 0 4 0 0 0 0 ( 1 0 4 0 0 0 0 ( 1 0 5 0 0 0 0 ( 1 0 7 0 0 0 0(1
COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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7 ANALISE DOS RESULTADOS 81
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA S1
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET 82
8 CONCLUSAtildeO 83
81 RECOMENDACcedilAOES PARA TRABALHOS FUTUROS 84
APEcircNDICE A PROGRAMA MENUP 85
APEcircNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG 98
APEcircNDICE C - PROGRAMA FUZZYEIS 102
REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 111
VI
igura
2
4
5
6
7
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28
29
L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Outputoacute] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Rules] 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 (1 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 (1] 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( i 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 (i 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 (1 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 (i 4 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 ( i 5 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 (1 6 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 7 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ( i 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 ] 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 o( i 0 2 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 (i 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 (1 0 4 4 0 00 o o 0 4 0 0 (i 0 5 5 0 0 0 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 6 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 (i 0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 1 (i 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 ( 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 7 (1 5 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 6 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (1 7 7 0 0 00 o 7 0 0 0 o (i 6 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 o(i 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 (1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 0 (1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 0 (i 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 0 ( 1
m
0 0 0 6 0 0 0 0 0 7 0 O 0 7 6 0 0 0 O 7 7 0 0 0 0 7 0 0 0 5 0 7 0 0 0 6 0 7 0 0 0 7 0 5 0 0 0 6 0 5 0 0 0 7 0 6 0 0 0 7
0 0 0 0 6 0 ( 1 ) 0 0 0 0 7 0(1) 0 0 0 6 00 (1 ) 0 0 0 7 0 0 ( 1 ) 0 0 5 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 )
Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
[ Input 1] Name=PCA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Input2] Name=TAC Range=[0 10] NumMFs=7 MF-NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10]
107
[lnput3] Name=DPA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Input4] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtnmf[45 5 55] MF5=PPtnmf [5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput5] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Inpuloacute] Name=PCC Range=[Uuml 10] NumMFs=7 iVIFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4-OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput7] Namc=PSC Range=[0 10]
108
NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput8] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output 1] Name=CT Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimr[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45]
109
MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrinif[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Outputoacute] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf [3 4 45] MF3=NPtnmf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtnmf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Rules] 1 0 I 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 ( 1 ) 2 0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 ( 1 ) 3 0 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0(1) 4 0 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( 1 ) 5 0 5 0 0 0 0 05 0 0 0 00 (1 ) 6 0 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 ( 1 ) 7 0 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 ( 1 ) 0 0 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 )
110
0 0 0 5 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 3 0 0 0 5 0 0 0 2 0 0 0 5 0 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 4 0 4 0 0 0 0 0 5 0 5 0 0 0 0 0 6 0 5 0 0 0 0 0 7 0 5 0 0 0 0 0 5 0 6 0 0 0 0 0 6 0 7 0 0 0 0 0 6 0 6 0 0 0 0 0 7 0 7 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 4 4 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0
0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 6 0 0 0 ( 1 0 0 7 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 4 0 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 0 0 4 0 0(1 0 0 0 5 0 0 ( 1 0 0 0 6 0 0 ( 1 0 0 0 7 0 0 ( 1 0 0 0 6 0 0 ( 1 0 0 0 7 0 0 ( 1 0 0 0 0 0 1 (1 0 0 0 0 0 2 (1 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 0 7 ( 1 0 0 0 0 1 0(1 0 0 0 0 2 0 ( 1 0 0 0 0 3 0(1 0 0 0 0 4 0(1 0 0 0 0 5 0(1 O O O O 6 O (1 0 0 0 0 7 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 ( 1 0 4 0 0 0 0 ( 1 0 4 0 0 0 0 ( 1 0 5 0 0 0 0 ( 1 0 7 0 0 0 0(1
COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
11
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L I S T A D E F I G U R A S
Tiacutetulo Paacutegina
Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada 9
Vaacutelvula do tipo gaveta 10
Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral 10
Vaacutelvula do tipo globo 1 I
Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo 11
Vaacutelvula do tipo borboleta 12
Vaacutelvula moto-operada do tipo borboleta 12
Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase 14
Diagrama de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico 16
Sistema de medida e processamento de sinais 1 7
Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados 22
Principais componentes do sistema especialista 25
Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa 33
Fuzzificaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada 34
Meacutetodo do centro de gravidade 35
Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade 35
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de fechamento 37
Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos ciclo de abertura 37
Principais componentes dos sinais primitivos (abc) 39
Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 40
Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos 41
Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos 42
Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo extraccedilatildeo de eventos 43
Diagrama de blocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa 44
Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema 45
Etapas de normalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico 46
Diagrama de blocos - variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista 46
Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento) 49
Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo 50
Tela de acionamento do comando fuzzy 50 30
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
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NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
Re Edit View Options
2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
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Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
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107
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108
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109
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COMISSAtildeO NAGOHAi- DE EMERSIA MUDiiiacute SP-iacutePEi
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de wavelet 1999 Tese (Mestrado) - Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares -Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Paulo
1121 MALLAT S A theory for multi-resolution signal decomposition The Wavelet Representation IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Inteligence Vol 11N07 July 1989
73 STRANG G Nguyen T Wavelets And Filter Banks Wellesley - Catirbiidge Press 1996
74 DAUBECHIES 1 Ten Lectures on Wavelets Philadelphia PA Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM) 1992
coHssAo mwlti Dpound mm MICLEARSP-IPEM
Vil
3 1 Sistema Fuzzy de inferecircncia 51
32 Tela com as variaacuteveis de entrada saida e funccedilotildees de pertinecircncia 51
33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras 52
34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saida com os respectivos valores 53
35 Plano tempo-escala (wavelet) 54
36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro cr) 55
37 Deslocamento continuo da wavelet no tempo (paracircmetro 6) 55
38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transf discreta de wavelet 56
39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal 57
40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore 57
41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets 58
42 Sinal onginal e sinais de aproximaccedilatildeo e decomposiccedilatildeo db4 niacutevel 6 60
43 Decomposiccedilatildeo em aacutervore e sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6 60
44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico 62
45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo 64
46 Arquivo UTIMLSCO - desajuste chave limite 65
47 Arquivo UT2BLC0-assinatura padratildeo 66
48 Arquivo UT2MLSC0 - desajuste chave limite 67
49 Arquivo UT2FELTC0-felha eleacutetrica 68
50 Arquivo UT2BBARC0 - obstruccedilatildeo na haste 69
5 1 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo 70
52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque 71
53 Arquivo UTIOBSOC - obstruccedilatildeo na sede 72
54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padratildeo 73
55 Arquivo UT2MTS0C- desajuste chave torque 74
56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo 76
57 Sinal original e as decomposiccedilotildees 76
58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total 77
59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste 77
60 Assinaturas - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem 78
61 Anaacutelise do sinal com falha real 79
62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo 80
63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo 80
Vlll
LISTA DE TABELAS
CWIacuteSSAO mom^ ^ EMERSA lilfClEAfVSf-iacuteFf
Tabela Tiacutetulo P aacute g i n a
1 Base de dados 19
2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico 48
3 Legenda da Figura 32 52
4 Relatoacuterio de saiacuteda - Diagnoacutestico via sistema especialista 53
5 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de abeitura 63
6 Resultados obtidos-anaacutelise dos sinais no ciclo de fechamento 63
7 Arquivo UTIBLCO-RESULTADOS 64
8 Arquivo UTIMLSCO-RESULTADOS 65
9 Arquivo UT2BLC0 - RESULTADOS 66
10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS 67
11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS 68
12 Arquivo UT2BBARC0 - RESULTADOS 69
13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS 70
14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS 71
15 Arquivo UTl OBSOC - RESULTADOS 72
16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS 73
17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS 74
IX
ABREVIATURAS E SIGLAS
ASME American Society of Mechanical Engineers
CCM Centro de Controle de Motores
CD Condiccedilatildeo de Diagnoacutestico
CEN Centro de Engeniiaria Nuclear
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnoloacutegico
CWT Continuous Wavelet Transform
DWT Discrete Wavelet Transform
EPRI Electric Power Research Institute
FN Fator de Nomializaccedilatildeo
GL Generic Letter
INPO Institute of Nuclear Power Operations
IPEN Instituto de Pesquisas Energeacuteticas e Nucleares
MAC Motor Actuator Characterizer
MCDS Microprocessor Control and Diagnostics System
MOV Motor-Operated Valve
MO VATS Motor Operated Valve Analysis and Test System
NPARP Nuclear Plant Aging Research Program
NRC Nuclear Regulatory Commission
NSF National Science Foundadon
ORNL Oak Ridge National Laboiatory
PECI Programa Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional
RMS Root Mean Square
USCFRUnited States Code of Federal Regulations
UT Unversity of Tennessee
VMO Vaacutelvula Moto-Operada
VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System
VOTES Valve Operation Test and Evaluation System
1 INTRODUCcedilAtildeO
A questatildeo do enelhecimento dos componentes das plantas nucleares tem sido
exaustivamente estudada e tratada como um dos pontos mais importantes no que diz respeito agrave
seguranccedila e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo Com isto a necessidade de melhorias nos
meacutetodos de testes monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico passou a ser de extrema rele acircncia no campo da
manutenccedilatildeo preditiva estabelecendo como meta principal a contabilidade da operaccedilatildeo dos
componentes
A manutenccedilatildeo preditiva contribui principalmente no fator seguranccedila no sentido
de diagnosticar com antecedecircncia a ocoirecircncia de uma possiacutevel falha em um componente^
evitando consequumlecircncias mais severas Aleacutem disso a manutenccedilatildeo preditia apresenta uma
contribuiccedilatildeo sobre o ponto de vista econocircmico de maneira a estabelecer uma melhor
programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo reduzindo as paradas imprcMstas devido a problemas
inesperados e com isto disponibilizar a planta para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica quase que na
sua totalidade do tempo de operaccedilatildeo previsto
O gerenciamento e o planejamento da manutenccedilatildeo assim como a otimizaccedilatildeo dos
custos relativos satildeo tarelas difiacuteceis nos dias de hoje por se tratar de um trabalho
extremamente complexo devido a fatores tais como elevaccedilatildeo dos requisitos de seguranccedila
durante operaccedilatildeo da planta aumento do nuacutemero de leis ambientais complexidade dos
sistemas instalados e o controle da contlabilidade desses sistemas
Em plantas nucleares satildeo utilizados diversos tipos dc vaacutelvulas como vaacutelvulas
operadas a ar comprimido a solenoacuteides e a motores eleacutetricos tambeacutem chamadas aacutelvulas
moto-operadas (VMO) ou nuxor-operciicd vtdve (MOV) que constitui o enfoque principal
da presente tese
bullAs vaacutelvulas moto-operada^ tecircm como papel principal a operaccedilatildeo dos sistemas de
seguranccedila e a perda do controle desses sistemas pode acarretar situaccedilotildees cmergenciais
As investigaccedilotildees teacutecnicas das vaacutelvulas moto-operadas vatildeo desde as anaacutelises dos
materiais envolvidos na fabricaccedilatildeo ateacute lestes mais especiacuteficos como em situaccedilotildees de anaacutelise
siacutesmica
COMtSSAO M ^ K m DE EfiacuteEFtacircA ^XLEARSP-IacutePEN
Portanto para a melhoria na confiabilidade de operaccedilatildeo da planta e a
consequente reduccedilatildeo nos custos de manutenccedilatildeo resultou o cuidado especial dirigido agrave
monitoraccedilatildeo das vaacutelvulas moto-operadas
Toda esta atenccedilatildeo voltada agrave confiabilidade de operaccedilatildeo dos componentes mais
especificamente tratando das vaacutelvulas moto-operadas teve um impulso maior com o
advento das instmccedilocirces normativas editadas p e l o oacute r g atilde o regulador Nuclear Regulaloiy
Commission (NRC) e American Society of Mechanical Engiacuteneers (ASME)
As primeiras instmccedilocirces normativas relacionadas a testes e supervisatildeo de
vaacutelvulas moto-operadas satildeo datadas de junho de 1989 trata-se da Generic Letter (GLJ
Ndeg 89-10
Este docuinento eacute tambeacutem conhecido como 10 CFR 5054f trata-se da seccedilatildeo
5054(iacute) do tiacutetulo 10 do United States Code of Federai Regidations (USCFR)
Atualmente esta instruccedilatildeo normativa possui sete suplementos que tratam
basicamente de fatores relacionados a testes prograinas de manutenccedilatildeo gerenciamento de
suporte teacutecnico e coordenaccedilatildeo de engenharia
A GL 89-10 suplemento 5 eacute dirigida aos sistemas de monitoraccedilatildeo relatando
recomendaccedilotildees avaliaccedilotildees de melhorias accedilotildees c o i T C t i v a s e tendecircncias de problemas
Dados percentuais originados de custos anuais em manutenccedilatildeo na i n d uacute s t r i a e
direcionados a sistemas de controle e seguranccedila envolvendo mais especificamente vaacutelvulas
apontam a ordem de 30 do orccedilamento total previsto para manutenccedilatildeo
Aleacutem disso estimativas indicam valores percentuais de 20 relacionados a
paradas n atilde o programadas em usinas nucleares americanas devido a problemas relacionados
a vaacutelvulas^
Sendo assim justificativas de ordem econocircmica^ tecircm sido destacadas por
i nves t i iT ien tos em desenvolvimentos e aplicaccedilotildees de teacutecnicas dc monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees
operacionais dos componentes mais vulneraacuteveis agrave oconecircncia de falhas
A demanda da necessidade de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico d e falhas de
componentes e m p r o c e s s o s dinacircmicos d e instalaccedilotildees industriais f e z c o m que e s f o r ccedil o s se
concentrassem e m desenvolver novas teacutecnicas de anaacutelise d e d a d o s contribuindo
significativamente na seguranccedila manutenccedilatildeo e extensatildeo da vida uacutetil da instalaccedilatildeo
A principal tarefa nessa evoluccedilatildeo tecnoloacutegica consiste em obter informaccedilotildees
mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das teacutecnicas de processamento de
sinais
Nos illtimos anos o Centro de Engenharia Nuclear (CEN) do IPEN vem
deseiivolvendo trabalhos de pesquisa na aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico sendo alguns
deles ein parcerias com instituiccedilotildees internacionais objetivando a especializaccedilatildeo e
competecircncia em metodologias de manutenccedilatildeo preditiva sendo esses aspectos os pontos
principais para a motivaccedilatildeo no desenvolvimento deste trabalho
Este projeto traz contribuiccedilotildees significativas pois eacute de aplicaccedilatildeo direta aleacutem
disso transcende a aplicaccedilatildeo na aacuterea nuclear devido a larga utilizaccedilatildeo das vaacutelvulas moto-
operadas na induacutestna em geral destacando-se induacutestrias quiacutemicas petroquiacutemicas
farmacecircuticas e alimentiacutecias
A presente tese apresenta de forma qualitativa uma metodologia de coino pode
ser tratada a questatildeo da monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de falhas em vaacutelvulas inoto-operadas de
fonna a gerar os meios necessaacuterios para a avaliaccedilatildeo precisa da condiccedilatildeo operacional destas
vaacutelwlas
2 OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste eni desenoler um sisema nao intrusivo de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a aacutelvulas moto-operadas do tipo gaveta e globo
utilizadas em sistemas de seguranccedila de centrais nucleares de potencia identificando com
antecedencia a ocorrecircncia de possiacuteveis falhas mecacircnicas e ou eleacutetricas intriacutensecas do conjunto
motor atuador e vaacutelvula
O sistema de monitoraccedilatildeo natildeo intrusivo atua de forma remola na obtenccedilatildeo das
medidas dos sinais que compotildeem a assinatura da potecircncia a ser analisada permitindo dessa
maneira a natildeo intervenccedilatildeo na operaccedilatildeo normal da planta o que iraz inuacutemeros benellcios
operacionais
O sistema utiliza teacutecnicas avanccediladas de medidas processamento e anaacutelise de sinais
direcionadas agrave obtenccedilatildeo de um diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e
mecacircnicas de vaacutehoilas moto-operadas
A monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico das vaacutelvulas moto-operadas eacute lealizada baseada na
anaacutelise da assinatura de potecircncia eleacutetrica do motor durante a movimentaccedilatildeo de abertura c
fechamento das vaacuteKulas
Este trabalho vai ao encontro das metas e objetivos do CEN e do IPEN na
pesquisa e desenvolvimento de novas metodologias de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicadas
na manutenccedilatildeo preditiva
21 ASPECTOS RELEVANTES E CONTRIBUICcedilOtildeES DO TRABALHO
Como aspectos relevantes e contribuiccedilotildees do trabalho dcslacam-se
bull Proposta ineacutedita da aplicaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de fenocircmenos transientes em regime dinacircmico de sinais eleacutetricos
de vaacuteKulas moto-operadas permitindo a localizaccedilatildeo dos eventos no tempo e escala
correlacionando-os agraves situaccedilotildees de falhas incipientes do componente no sistema
bull Utilizaccedilatildeo de um sistema especialista que corresponde a uma
ferramenta da Inteligecircncia Artificial composto por meacutetodos inferenciais implementados
atraveacutes da loacutegica nebulosa constimiacuteda por banco de conhecimento base de regras e
dispositivo de inferecircncia tratando-se de uma importante ferramenta na tomada de decisatildeo
bull Em termos nacionais eacute o primeiro sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
desenvolvido e aplicado agraves vaacute l vT j l as moto-operadas utilizadas em plantas nucleares de
potecircncia proporcionando uma identificaccedilatildeo de eventos caracteriacutesticos de falhas no estado
incipiente
bull Implementaccedilatildeo futura desse sistema nas usinas nucleares
b r a s i l e i r a s u m a vez que todo trabalho de diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas
instaladas nas usinas nucleares Angra I e Angra II eacute realizado por empresas estrangeiras
bull Abrangecircncia da aplicaccedilatildeo do sistema uma vez que natildeo se restringe a
plantas nucleares sendo possiacutevel a implementaccedilatildeo em outros tipos de plantas industriais
destacando-se como potencial as induacutestrias petroquiacutemicas
bull Contribuiccedilatildeo teacutecnica e cientiacutefica em termos de especializaccedilatildeo
profissional atraveacutes de parcerias com instituiccedilotildees nacionais e internacionais de excelecircncia na
aacuterea de manutenccedilatildeo preditiva a Eletronuclear atraveacutes das usinas nucleares Angra I e Angra II
e a Universidade do Tennessee - EUA atraveacutes do Departamento de Engeniiaria Nuclear
3 HISTOacuteRICO
Esta revisatildeo bibliograacutefica tem como objetivo estabelecer o estado da arte refereme
aos trabalhos relacionados a sistemas de diagnoacutesticos aplicados a vaacutelvulas moto-operadas
No inicio da deacutecada de 80 constam trabalhos realizados como parte do programa
de pesquisa de envelhecimento de plantas nucleares NPARP (Nuclear Plant Aging
Research Program) e ainda com maior importacircncia no final da deacutecada de 80 (_junho de 1989)
destaca-se as publicaccedilotildees das instruccedilotildees normadvas determinadas pelo NRC e ASiVIE
O pnmeiro sistema desenvolvido foi o MOVATS (Motor Operated Valve
Analysis and Test System) da MOV ATS INC USA disponiacutevel comercialmente em 1987 Este
sistema trata-se de um dispositivo que analisa sinais eleacutetncos do deslocamento da caixa de
molas atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
Em 1989 aparece o sistema V O T E S V a l v e Operation Test and Evaluation
System) desenvolvido pela Liberty Technology Center Inc USA que monitora os paracircmetros
de forccedila atuante na haste da vaacutelvula atuaccedilatildeo das chaves limite e torque e corrente do motor
No final de 1989 surgiu o VMODS Valve Motor Operator Diagnostic System)
desenvolvido e comercializado por Wyle Laboratories Inc USA Este sistema monitora os
mesmos paracircmetros do sistema anterior e inclui anaacutelise do espectro de frequecircncia da corrente
do motor
Os sistemas subsequentes basicamente monitoram os mesmos paracircmetros
incluindo sensores de temperaturas e vibraccedilatildeo^ Satildeo eles MAC Motor Actuator
Characterizer) desenvolvido pela Limitorque Corporation e o MCDS Microprocessor
Control and Diagnostics System) que satildeo uma extensatildeo do sistema anterior utilizando
microprocessador projeto este desenvolvido por Foster Miller Inc com suporte financeiio do
EPRI [Electric Power Research institute)
Em 1993 foi desenvolvido pelo 1ST (Institut fur Sicherheitstechnologie GmbH)
em Garching em parceria com a SIEMENS (Power Generation Group) Alemanha o sistema
DAW-MCC^ ( unidade para diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operadas)
o sistema DAW-MCC pennite aquisiccedilatildeo dos paracircmetros eleacutetricos (tensatildeo e
correntes das fases) sinais dos atuadores e paracircmetros mecacircnicos como deslocamento da
caixa de molas acircngulo de rotaccedilatildeo e forccedila na haste
Os paracircmetros eleacutetricos assim como os sinais dos atuadores podem ser obtidos
diretamente no centro de controle de motores Todos esses paracircmetros satildeo armazenados no
moacutedulo VSS-DB (Valve Diagnosis System) que constitui a estmtura de armazenamento
dos dados para que posterionnente tais paiametros sejam analisados e comparados com os
valores estabelecidos de projeto
No iniacutecio da deacutecada de 90 o ORNL ( Oak Ridge National Laboratory) como
participante do NPARP realizou um trabalho de avaliaccedilatildeo dos sistemas de diagnoacutestico
assim como os paracircmetros monitorados pelos sistemas A conclusatildeo do trabalho mostrou
como maior potencial o meacutetodo da anaacutelise da con-ente devido a nqueza de informaccedilotildees
contidas nas assinamras das conentes do motor ressaltando como fator importante a
monitoraccedilatildeo remota
Como consequecircncia desta avaliaccedilatildeo tiveram iniacutecio os trabalhos de pesquisa
vohados agrave monitoraccedilatildeo de vaacutelvulas moto-operadas desenvolvidos pelo Departamento de
Engeniiaria Nuclear da Universidade do Termessee Esses trabalhos utilizaram inicialmente a
anaacutelise do sinal das conentes^ das fases do motor e posteriormente a anaacutelise da potecircncia
tendo como paracircmetros de monitoraccedilatildeo as correntes e tensotildees das fases
A proposta desenvolvida nesta tese adotou principalmente a possibilidade da
aquisiccedilatildeo remota das medidas dos paracircmetros e deu continuidade agrave pesquisa de processamento
e anaacutelise dos sinais baseada nas assinaturas de potecircncia obtidas durante a movimentaccedilatildeo dos
ciclos de abertura e fechamento das vaacutelvulas moto-operadas
Como continuidade da pesquisa neste trabalho foram introduzidas teacutecnicas
inovativas de processamento e anaacutelise dos sinais atraveacutes da aplicaccedilatildeo de Sistema Especialista
implementado via Loacutegica Nebulosa e a utilizaccedilatildeo da Transformada de Wavelet para
identificaccedilatildeo de fenocircmenos transientes na regiatildeo da movimentaccedilatildeo da vaacutelvula durante os
ciclos de abertura e fechamento
4 FUNDAMENTOS TEOacuteRICOS
41 VAacuteLVULA MOTO-OPERADA
411 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
A finalidade de uma vaacutelvula instalada em um processo consiste em controlar o
iacuteluxo de um determinado tluido em um sistema constituido de tubulaccedilotildees asos e maacutequinas
atraveacutes da sua abertura e fechamento modulando ou obstmindo o fluxo do tluido por si
mesma
A aplicaccedilatildeo ou uso fundamental da vaacuteKula moto-operada se daacute em situaccedilotildees
adversas como
-linhas de tubulaccedilatildeo extensas aha pressatildeo temperatura e fluxo local de difiacutecil
acesso ou periculosidade elevada para o operador condiccedilotildees onde eacute requerido posicionamento
raacutepido regime de trabalho com alta frequumlecircncia de manobras controle automaacutetico de processo
onde as vaacutelvulas operam em duas posiccedilotildees extremas ou com reposicionamento intermediaacuterio
(modulaccedilatildeo) e por uacuteltimo onde a isolaccedilatildeo eacute desejada
Vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada
Vantagens
-Motores eleacutetncos possuem alta velocidade rotacional proporcionando alta energia
cineacutetica garantindo a abeitura e fechamento da vaacutelvula
-Habilidade de interfacear com sistemas computadorizados
-Circuitos eleacutetricos satildeo operados instantaneamente a longas distacircncias
-Interface entre o motor e o controle remoto eacute um contato o qual apiesenta menos
problemas de confiabilidade comparado a outros tipos de vaacutelvula
-O sistema de controle e atuador podem ser completamente testados sem a
necessidade de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
-Usualmente e necessaacuteno trazer apenas dois cabos ateacute a localizaccedilatildeo do atuador
um para potecircncia e o outro para controle independentemente do grau de sofisticaccedilatildeo do
sistema de instrumentaccedilatildeo e controle
Desvantagens vulnerabilidade a altas temperaturas e impurezas requerendo alta
integndade de encapsulamento
412 PRINCIacutePIO DE OPERACcedilAtildeO
A vaacutelvula moto-operada eacute constituiacuteda basicamente de duas partes motor-atuador
incluindo o trem de engrenagens e redutor e a sede da vaacutelvula
A operaccedilatildeo da vaacutelvula moto-operada basicamente se daacute atraveacutes do motor que
comanda a rotaccedilatildeo do conjunto de engrenagens (redutor) que eacute conectado agrave haste da vaacutelvula
A haste da vaacutelvula movimenta-se verticalmente atraveacutes de conexatildeo do tipo coroa
e pinhatildeo abrindo modulando ou obstruindo totalmente a passagem do Huido via o obturador
O comando de desligamento da alimentaccedilatildeo eleacutetrica do motor ou seja as paradas
das movimentaccedilotildees de abeilura e fechamento da vaacutelvula eacute feito via contalo da chave limite e
chave de torque
A Figura 1 apresenta os componentes baacutesicos de funcionamento de uma vaacutelvula
moto-operada
FIGURA 1 Componentes baacutesicos da vaacutelvula moto-operada
10
413 TIPOS DE VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacuteKulas sao caracterizadas basicamente pela direccedilatildeo do iacuteluxo do tluido na aacuterea
de assentamento (sede) e seu dispositivo de fechamento (obturador) Os tipos de vaacutelvulas mais
usadas satildeo gaveta g a t e ) globo g l o b e ) e borboleta ( b u t t e r f l y )
A vaacutelvula do tipo gaveta (FIG 2 ) possui um dispositivo de fechamento ou
obturadof que move em linha direta a aacuterea de assentamento e peipendicular a direccedilatildeo do tluxo
do fluido A Figura 3 apresenta uma visatildeo geral motor atuador e vaacutelvula
FIGURA 2 Vaacutelvula do tipo gaveta
FIGURA 3 Vaacutelvula moto-operada tipo gaveta visatildeo geral
11
A vaacutelvula do tipo globo (FIG 45) possui o obturador que move em linha direta agrave
aacuterea de assentamento e paralela agrave direccedilatildeo do tluxo
FIGURA 4 Vaacutelvula do tipo globo
o4 iacute -3 liJ
Z2ZZZJX
FIGURA 5 Vista de uma vaacutelvula moto-operada do tipo globo
12
A vaacutelvula do tipo borboleta (FIG6) possui o obturador que move em direccedilatildeo
roiacional e na posiccedilatildeo de abermra o tluxo do fluido passa ao redor do dispositivo
A Figura 7 apresenta uma visatildeo geral da vaacutelvula molo-operada do tipo borboleta
w
K N
K
V
1 lt
FIGURA 6 Vaacutelvula do tipo borboleta
FIGURA 7 Vaacutelvula inoto-operada do tipo borboleta
13
414 ANOMALIAS EM VAacuteLVULAS MOTO-OPERADAS
As vaacutelvulas moto-operadas estatildeo sujeitas a cargas e estresses pro enientes dos
sistemas de controle por onde satildeo conectadas sistemas de potecircncia por onde satildeo
alimentadas eletricamente e dos proacuteprios iacuteluidos sob agrave accedilatildeo dos quais elas operam Desta
maneira as vaacutelvulas moto-operadas satildeo vulneraacuteveis a desgastes parciais ou ateacute mesmo a
extreinos que resultam em situaccedilotildees de natildeo operabilidade
O Institute of N]idear Power Operaiions^ (INPO) que agrega um grande
nuacutemero de usinas nucleares em operaccedilatildeo por todo mundo realizou um estudo atra eacutes da
anaacutelise dos dados provenientes de registros de falhas em vaacutelvulas moto-operadas
submetidos ao NRC apresentando os seguintes resultados
bull Falhas eletromecacircnicas (32)
ajuste da chave limite
ajuste da chave de torque
bull Falhas eleacutetricas 11)
motor
contatos
outros
bull Falhas mecacircnicas (22So)
desgaste de engrenagens
desgaste da sede da vaacutelvula
envergamento da haste da vaacutelvula
bull Outros ( 1 9 )
Corrosatildeo vibraccedilatildeo selagem etc
14
42 ANAacuteLISE DA POTENCIA ELEacuteTRICA
A metodologia aplicada no desenvolvimento do trabalho consiste na anaacutelise da
assinamra da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a movimentaccedilatildeo de abertura e
fechamento da vaacutelvula
As condiccedilotildees mecacircnicas e eleacutetricas de uma vaacutelvula moto-operada podem ser
monitoradas atraveacutes da anaacutelise da medida da potecircncia eleacutetrica do motor o qual comanda a
movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
A Figura 8 apresenta o circuito equivalente de um motor eleacutetrico
Rs JcObLis joaL Rs
copy ^
1 ma lr
o eacute
FIGURA 8 Circuito equivalente de um motor eleacutetrico por fase
Os subscritos v e r referem-se ao estator e rotor do motor respectivamente
Iibdquoa eacute a corrente de magnetizaccedilatildeo corrente do estator corrente do rotor e o restante satildeo
cargas resistivas e impedacircncias indutivas referentes ao estator e rotor
A notaccedilatildeo () refere-se aos valores das impedacircncias do rotor normalizadas com
relaccedilatildeo ao estator
O termo S eacute denominado de deslizamento e consiste na diferenccedila entre a
velocidade rotacional do campo magneacutetico e a velocidade rotacional do rotor
Quando uma carga mecacircnica eacute conectada o rotor reduz a velocidade rotacional
aumentando portanto o deslizamento que por consequecircncia eleva a tensatildeo induzida a
corrente do rotor e finalmente o torque ateacute atingir o valor exigido pela carga
Coirelacionando o fundamento teoacuterico apresentado agrave aplicaccedilatildeo do trabalho de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico de vaacutelvulas moto-operada observamos que durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula surgem variaccedilotildees mecacircnicas na carga
acoplada ao motor eleacutetrico Essas variaccedilotildees mecacircnicas induzem transientes no sinal da
potecircncia eleacutetrica do motor e satildeo observadas na assinatura da potecircncia
1 5
A potecircncia eleacutetnca de um sistema monofaacutesico eacute dada pela equaccedilatildeo
P = Uiacutecos(p (1)
Onde P e a potecircncia ativa U Q I satildeo os valores da tensatildeo e con-ente e cp eacute o
acircngulo de fase entre a conente e a tensatildeo A potencia ativa eacute definida como a potecircncia
utilizada para desenvolver um trabalho mecacircnico
Para um sistema trifaacutesico a equaccedilatildeo da potecircncia eleacutetrica eacute dada por
P = Ui Ii eos (1^1 + U2 12 bull eos (p^ + U I3 eos (piacute (2)
Onde Ui e bull refere-se a corrente e tensatildeo por fase Para a condiccedilatildeo de fases
balanceadas em um sistema trifaacutesico a potecircncia eacute dada por
= V3 t cwACp (3)
Nesse caso os valores de con-ente e tensatildeo satildeo valores RMS ou seja valores
meacutedios pois requerem um tempo meacutedio para as medidas dos sinais da tensatildeo e corrente
Esses valores meacutedios natildeo satildeo os sinais mais convenientes para monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico pois o maior interesse estaacute nos valores instantacircneos da medida da tensatildeo e
corrente
Para a potecircncia instantacircnea a equaccedilatildeo eacute dada por
P= U i + U2 Iacute2 + UI ii (4)
Onde Ui e satildeo valores instantacircneo da tensatildeo e conente da fase i
Portanto a anaacutelise da assinatura da potecircncia eleacutetrica do motor obtida durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da vaacutelvula constitui a base da monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-operadas
aplicada no desenvolvimento da presente tese
16
5 MATERIAIS E MEacuteTODOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico estaacute dividido principalmente em trecircs
partes conforme apresentado na Figura 9
A primeira parte consiste no sistema de medida e processamento dos sinais
A segunda parte eacute formada pela base de dados
A terceira parte que eacute o nuacutecleo do sistema constitui a anaacutelise dos sinais de
potecircncia atraveacutes da aplicaccedilatildeo de duas metodologias sistema especialista com implementaccedilatildeo
da loacutegica nebulosa e a aplicaccedilatildeo da transfonnada de wavelet
Finalmente o sistema fornece o resultado do diagnoacutestico atraveacutes de relatoacuterios e
graacuteficos
Todo sistema de anaacutelise foi desenvolvido e implementado na plataforma
MATLAB^ VERSAtildeO 53 que eacute uma linguagem de computaccedilatildeo de alto nivel de
desempenlio integrando de forma eficiente e flexiacutevel os ambientes de programaccedilatildeo e
visualizaccedilatildeo
MEDIDA K
PROCESSAMENTO DE SINAIS
AN4LISE
VIA
SISTEMA ESPECIAEISI A
t BASE
DE DDOS
ANAacuteUSE VIA
TRANSFORMADA DE WAVTLET
REIArOacuteRIOS E GRAacuteFICOS DO DlAGNOacuteSriCO
FIGURA 9 Diagraina de blocos do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
17
51 SISTEMA DE MEDIDA E PROCESSAMENTO DE SINAIS
O sistema de medida consiste na aquisiccedilatildeo dos sinais de c o i T c n t e e tensatildeo das fases
de alimentaccedilatildeo do motor da aacutelvula obtendo a assinatura de potecircncia
Esses sinais satildeo obtidos diretamente no centro de controle de motores (CCM)
passando por um condicionador de sinais constituiacutedo de amplificadores isoladores
transdutores e conversores
Os sinais satildeo obtidos durante a movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento da aacutelvula
e armazenados no computador de aquisiccedilatildeo de dados para posteriomiente serem analisados
A Figura 10 apresenta o sistema de medida e processamento dos sinais
CCM sala uumle controle
9
bullbull condicionador
de sinal
Viacuteilvula
compuiaJor de medida e
auiiisicatildeo dc ciados
computador de
anaacutelise e diagnoacutestico
F
=i n
relatoacuterio
FIGURA 10 Sistcnui de medida c processamento de sinais
52 BASE DE DADOS
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico aplicado a vaacutelvulas moto-operadas foi
desenvolvido utilizando a base de dados (TABl) com sinais padrotildees (referecircncias) dados com
causas e efeitos de falhas obtidos em bancadas experimentais e dados simulados
A base de dados foi obtida do Departamento de Engenharia Nuclear da
Universidade do Tennessee como parte do acordo bilateral BrasilCNPqlPEN e
EUANSFUT (National Science FoundationUniversity of Teimessee) dentro do Programa
Especial de Cooperaccedilatildeo Internacional (PECI) sob N 91000598-2
Foram utilizadas vaacutelvulas moto-operadas Westinghouse do tipo gaveta e globo
com atuadores Limitorque modelo SMB-OOO
Dados simulando falhas em vaacuterios niacuteveis foram gerados a partir dos dados reais
das situaccedilotildees padrotildees e situaccedilotildees de falha
Os dados simulados foram necessaacuterios para averiguaccedilotildees dos resultados
fomecidos pelo sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico desenvolvido envolvendo situaccedilotildees
intermediaacuterias ou seja condiccedilotildees que estejam entre a falha real e a condiccedilatildeo em que natildeo haja
falha chamada de condiccedilatildeo de referecircncia ou condiccedilatildeo padratildeo reproduzindo desta maneira
casos de falhas em simaccedilotildees incipientes
Os dados simulados foram gerados a partir de um programa desenvolvido em
EXCEL onde se faz uma regressatildeo percentual dos valores das magnitudes das potecircncia em
funccedilatildeo do tempo nos instantes em que as medidas obtidas apresentam significativas
descontinuidades
A Tabela 1 a seguir apresenta a base de dados utilizada neste trabalho que
consiste em 25 arquivos de dados de assinaturas de potecircncia organizados pelos nomes dos
arquivos a origem (real-UT ou simulado) o ciclo (abertura ou fechamento da vaacutelvula) e a
condiccedilatildeo de operaccedilatildeo em que o dado foi adquirido (padratildeo ou referecircncia falhas devido a
desajustes das chaves limite e torque falhas mecacircnicas devido a obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo
da haste e desgastes de engrenagens e falha eleacutetrica)
TABELA I Base de dados
19
UTIBLCO UT abertura padratildeo
UTl BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMLSCO UT abertura desajuste chave limite
UTIMLSSICO simulado abertura desajuste chave limite
UT1MLSS2C0 simulado abertura desajuste chave limite
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT1MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UTIOBSOC UT fechamento obstruccedilatildeo na sede
UT2BLOC UT fechamento padratildeo
UTIMTSOC UT fechamento desajuste chave de torque
UTIMTSSIOC simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2MTSS20C simulado fechamento desajuste chave de torque
UT2BLC0 UT abertura padratildeo
UT2MLSC0 UT abertura desajuste chave limite
UT2MLSS1C0 simulado abertura desajuste chave limite
UT2MLSS2CO simulado abertura desajuste chave limite
UT2BBARC0 UT abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2GDEGC0 UT abertura desgaste de engrenagem
UT2FELETC0 UT abeilura falha eleacutetrica
UT2GDEGsiml simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim2 simulado abertura desgaste de engrenagem
UT2GDEGsim3 simulado abeilura desgaste de engrenagem
UT2BBARsiml simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
UT2BBARsim2 simulado abertura obstruccedilatildeo da haste
20
53 ANALISE DOS SINAIS
Para delineamento no desenvolvimento do sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico a
investigaccedilatildeo das falhas estaacute direcionada piincipalmente agraves falhas de ajustes das chaves limite e
torque e situaccedilotildees de desgastes mecacircnicos e falhas eleacutetricas
Este enfoque e maior atenccedilatildeo a essas anomalias se daacute devido a predominacircncia de
tais falhas obseivadas no estudo realizado pelo Institute ofNuclear Power Operations (INPO)
conforme descrito no capiacutetulo 414
Portanto o sistema no que diz respeito as metodologias aplicadas para anaacutelise dos
sinais estaacute dividido da seguinte maneira
A anaacutelise dos sinais utilizando sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Tem como objetivo identificar e caracterizar faLhas principalmente devido a desajustes
da chave de torque e chave limite^ Algumas situaccedilotildees de degradaccedilotildees eleacutetricas e mecacircnicas
tambeacutem foram analisadas via sistema especiahsta poreacutem natildeo constituem a principal aplicaccedilatildeo
do meacutetodo
9 A anaacutelise dos sinais utilizando a transformada de wavelet
Foi utilizada predominantemente para detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes
mecacircnicos identificando e caracterizando tais defeitos em situaccedilotildees incipientes^^
Toda estrumra de anaacutelise com aplicaccedilatildeo do sistema especialista via loacutegica
nebulosa e aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet foi desenvolvida na plataforma IV1ATLAB
e implementadas urilizando os softwares Fuzzy Logic Toolboxe Wavelet Toolbox da
Math PFo7cs- [nc
21
A Figura 11 apresenta o diagrama de blocos da composiccedilatildeo do sistema de
monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
A anaacutelise via sistema especialista eacute constituiacuteda por etapas compostas por menus
de interface com o usuaacuterio identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de sinais nonnalizaccedilatildeo de
paracircmetros aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa diagnoacutestico e relatoacuterio final
Essas etapas foram implementadas atraveacutes dos programas computacionais
MENUP NORM_DIAG DIAG desenvolvidos na plataforma MATLAB (APEcircNDICES A e
B)
A aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para anaacutelise dos sinais foi iinplementada atraveacutes do
programa FUZZYFIS desenvolvido com a utilizaccedilatildeo do software FUZZY ToolBox
(APEcircNDICE C)
A anaacutelise dos sinais via aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet foi
implementada com a aplicaccedilatildeo direta do software WAVELET ToolBox
Os capiacutemlos seguintes descrevem detalhadamente as metodologias e a
implementaccedilatildeo dos meacutetodos utilizados
22
ASSINATURA DA
VAacuteLVULA (ARQUIVOS)
S I S T E M A
M E M S
R O T I N A
D E
E N T R A D A
S I N A I S
P R I M U T V O S
R O T I N A
S I N A I S P R I M I I I V O S
R O T I N A
H V E N I O S
C A R A C T E R Iacute S T I C O S
E V E N I O S
IN I T R I - A C F
C R
C R I T E R I O S
N O R M A L I Z A Ccedil Atilde O
CD ( N O R V L D I A G )
FN
TR_ANSFORN4DA
DE
WAVELET
D I A G N O S T I C O
W A V t T E T
N 0 R M 1 I A C A 0
SISTEMA
ESPECIALISTA
(FUZZY FIS)
D I A G N Oacute S T I C O
S I S T E M A
E S P E C I A L I S T A
I D I A G )
TELAS GRAacuteFICOS
RELATOacuteRIOS
( M l N[ I
FIGURA 11 Diagrama de blocos do sistema com os programas implementados
23
54 SISTEMA ESPECIALISTA
541 INTRODUCcedilAtildeO
Nos anos 50 os pesquisadores jaacute Iraviam estabelecido os fundamentos da
Inteligecircncia ArtitlciaP incluindo Loacutegica Matemaacutetica e Teoria das Funccedilotildees Recursivas
guiando a formulaccedilatildeo de processamento de listas e da proacutepria linguagem LISP que iacutebrnece um
inlerpretador para desenvolver expressotildees simboacutelicas recursivas Tais capacidades suportaram
o surgimento de sistemas praacuteticos de computaccedilatildeo simboacutelica
Ao mesmo tempo emergiram computadores interativos tomando possiacuteveis
ambientes computacionais para desenvolvimento e depuraccedilatildeo de programas incrementais
Nesta mesma ocasiatildeo psicoacutelogos cognitivos - estudantes da tbrma de pensar
humana - criaram caminhos padrotildees do processo de investigaccedilatildeo do raciociacutenio modelando o
aparente processo de tomada de decisatildeo em tenuos de regras de produccedilatildeo condicionais
Nos anos 60 os pesquisadores de Inteligecircncia Artitlcial tentaram simular o
complexo processo do pensamento procurando meacutetodos gerais para resolver uma ampla classe
de problemas entretanto a despeito de alguns progressos interessiacuteintes as dificuldades eram
enormes e natildeo fmtitlcaram
Durante a deacutecada de 70 concentraram esforccedilos em teacutecnicas como Representacao
isto eacute modo de formular o problema de maneira a tornar sua soluccedilatildeo mais faacutecil de controlaacute-la
inteligentemente dentro da capacidade de memoacuteria do computador Esta estrateacutegia produziu
algum sucesso mas ainda natildeo foi decisiva
Somente no final da deacutecada fizeram a descoberta mais importante o podei do
programa cm resolver problemas depende mais do conhecimento que se possui do que do
formalismo ou esquema de inferecircncia empregado Esta realizaccedilatildeo lev ou ao
desenvolvimento de programas de computador de propoacutesito particular sistemas que satildeo
peritos em alguma aacuterea limitada Estes programas satildeo chamados Sistemas Especialistas
Portanto Sistemas Especialistas^^ satildeo sistemas cognitivos desenvolvidos atraveacutes
da Engenharia do Conhecimento que constitui uma aacuterea da Inteligecircncia Artificial voltada agrave
aplicaccedilatildeo do conhecimento para resolver problemas teacutecnicos especiacuteficos utilizando meacutetodos
inferenciais
24
Estes sistemas baseados no conhecimento construiacutedos principalinente com regras
que reproduzem o conhecimento do peritt) satildeo utihzados para sohicionar determinados
problemas eiu domiacutenios especiacuteficos emitindo uma decisatildeo apoiada em conhecimento
justificado a paitir de uma base de informaccedilotildees tal qual um especialista de uma determinada
aacuterea do conhecimento huinano
O conhecimento de um Sistema Especialista consiste em fatos e heuriacutesticas
Os fatos constituem um corpo de informaccedilotildees que satildeo largamente compartilhadas
publicamente disponiacuteveis e geralmente aceito pelos especialistas em um determinado campo
As heuriacutesticas satildeo regras privadas de raciociacutenio plausiacutevel e boa conjectura que
caracterizam a tomada de decisatildeo no niacutevel de um especialista da aacuterea
De maneira geral Sistemas Especialistas satildeo programas de computador que
resolvem problemas que os seres humanos resolveriam emulando o raciociacutenio de um
especialista aplicando conhecimentos especiacuteficos e inferencias
O niacutevel de desempenho de um sistema especialista eacute funccedilatildeo principalmente da
qualidade do banco de conhecimento que possui
542 PRINCIPAIS COMPONENTES DO SISTEMA ESPECIALISTA
Os principais componentes de um sistema especialista estatildeo apresentados na
Figura 12
bull Dispositivo de iiijerecirciieia
Trata-se do programa computacional que consiste no processamento de um
conjunto de regras que representam o conhecimento do especialista para soluccedilatildeo de um
determinado problema
bull Base de conheeiniento
Consiste na base de dados onde satildeo armazenadas as informaccedilotildees do conhecimento
de um especialista necessaacuterias para soluccedilatildeo dc problemas cm um donnnio especiacutefico
bull Interface com usuaacuterio
Trata-se da relaccedilatildeo com o usuaacuterio onde se daacute a inserccedilatildeo e troca de informaccedilotildees no
sistema
25
USUARIO
descriccedilatildeo dc bull novos casos
c informaccedilotildees bull
SISTKMA KSPECIALISTA
INTERFACE COM
USUAacuteRIO
DISPOSITIVO DE
INFERENCIA
BASE DE
CONHECIMENTO
FIGURA 12 Principais componentes do sistema especialista
543 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S D O S S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
bull Resolvem problemas complexos tatildeo bem quanto ou melhor que especialistas
humanos
bull Raciocinam heuriacutesticamente usando o que os peritos consideram efetivamente
regras praacuteticas
bull Interagem com usuaacuterios utilizando inclusive linguagem namral
bull Manipulam e raciocinam sobre descriccedilotildees simboacutelicas
bull Contemplam hipoacuteteses mitltiplas siinultaneamente
bull lustificam suas conclusotildees
544 C L A S S I F I C A Ccedil Atilde O D E S I S T E M A S E S P E C I A L I S T A S
Podemos classificar os sistemas especialistas quanto agraves caracteristicas do seu
funcionamento De um modo geral tais categorias satildeo
bull iacutemerpretaccedilagraveo Satildeo sistemas que inferem descriccedilotildees de situaccedilotildees a partir da
observaccedilatildeo de fatos fazendo uma anaacutelise de dados e procurando determinar as relaccedilotildees c seus
significados Devem considerar as possiacuteveis interpretaccedilotildees descartando as que se mostraiem
inconsistentes
2 6
gt Diagnoacutesticos Satildeo sistemas que detectam falliacuteas oriundas da anaacutelise de dados A
anaacutelise dessas falhas pode conduzir agrave uma conclusatildeo diferente da simples inteipretaccedilatildeo de
dados Detectam os problemas mascarados por falhas dos equipamentos Estes sistemas jaacute tecircm
embutido o sistema de inteipretaccedilatildeo de dados
8 Monitoramento Inteipreta as obseivaccedilotildees de sinais sobre o comportainento
monitorado Tem que verificar continuamente um detenninado comportamento em limites
preacute-estabelecidos sinalizando quando forem requeridas interenccedilotildees para o sucesso da
execuccedilatildeo Um sinal poderaacute ser interpretado de maneiras diferentes de acordo com a situaccedilatildeo
global percebida naquele momento e a inteipretaccedilatildeo varia de acordo com os fatos que o
sistema percebe a cada momento
laquo Prediccedilatildeo A partir de uma modelagem de dados do passado e do presente este
sistema permite uma detenninada previsatildeo do futuro Ele baseia sua soluccedilatildeo na anaacutelise do
compoitamento dos dados recebidos no passado e tem mecanismos para verificar os vaacuterios
futuros possiacuteveis a partir da anaacutelise do comportamento desses dados fazendo uso de
raciociacutenios hipoteacuteticos e verificando a tendecircncia de acordo com a variaccedilatildeo dos dados de
entrada
e Planejamento Neste caso o sistema prepara um programa de iniciativas a
serem tomadas para se atingir um determinado objetivo Satildeo estabelecidas etapas e subetapas
e em caso de etapas conflitantes satildeo definidas as prioridades Possui caracteriacutesdcas parecidas
com o sistema para a prediccedilatildeo c normalmente opera cm problemas de grande porte c de
soluccedilatildeo complexa O princiacutepio de funcionamento em alguns casos eacute por tentativas de
soluccedilotildees cabendo a anaacutelise mais profunda ao especialista que trabalha com esse sistema
Enfoca os aspectos mais importantes e divide de maneira coerente um problema em sub-
27
problemas menos complexos estabelecendo sempre o relacionamento entre as metas destes
subproblemas e a meta principal
laquo Projeto Este sistema tem caracteriacutesticas parecidas com as caracteriacutesticas do
planejamento e devem confeccionar especificaccedilotildees tais que sejam atendidos os objetivos dos
requisitos particulares E um sistema capaz de justificar a alternativa tomada para o projeto
final e de fazer uso dessa jusfificativa para alternativas futuras
bull Depuraccedilatildeo Trata-se dc sistemas que possuem mecanismos para fornecerem
soluccedilotildees para o mau funcionamento provocado por distorccedilotildees de dados Prove de maneira
automaacutetica verificaccedilotildees nas diversas partes incluindo mecanismos para ir validando cada
etapa necessaacuteria em um processo qualquer
bull Reparo Este sistema desenvolve e executa planos para administrar os reparos
verificados na etapa de diagnoacutestico Um sistema especialista para reparos segue um plano para
administrar alguma soluccedilatildeo encontrada em uma etapa do diagnoacutestico Satildeo poucos os sistemas
desenvolvidos porque o ato de executar um conserto em alguma coisa do mundo real eacute uma
tarefa complexa
laquo Instruccedilatildeo O sistema de instmccedilatildeo tem um mecanismo para verificar e corrigir o
comportamento do aprendizado dos estudantes Normalmente incoiporam como subsistemas
um sistema de diagnoacutestico e de reparo e tomam por base uma descriccedilatildeo hipoteacutetica do
conhecimento do aluno Seu tlincionamento consiste em ir interagindo com o treinando em
alguns casos apresentando uma pequena explicaccedilatildeo e a partir daiacute ir sugerindo situaccedilotildees para
serem analisadas pelo treinando Dependendo do comportamento deste se vai aumentando a
28
complexidade das situaccedilotildees e encaminhando o assunto de maneira didaacutetica ateacute o niacutevel
intelectual do treinamento
bull Controle Eacute um sistema que governa o compoitamento geral de outros sistemas
(natildeo apenas de computaccedilatildeo) Eacute o mais completo de um modo geral pois deve interpretar os
fatos de uma situaccedilatildeo atual verificando os dados passados e fazendo uma prediccedilatildeo do futuro
Apresenta os diagnoacutesticos de possiacuteveis problemas formulando um plano oacutetimo para sua
correccedilatildeo Este plano de coireccedilatildeo eacute executado e monitorado para que o objetivo seja alcanccedilado
O trabalho desenvolvido na presente tese envolve as questotildees de monitoraccedilatildeo e
diagnoacutestico utilizando Sistemas Especialistas
A estrutura conceituai do sistema estaacute baseada na aplicaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
tambeacutem chamada de Loacutegica Difusa ou Loacutegica Fuzzy (Fuzzy Logic
O proacuteximo capiacutemlo apresenta a metodologia e a implementaccedilatildeo da Loacutegica
Nebulosa
29
55 LOacuteGICA NEBLLOSA
551 INTRODUCcedilAtildeO
A loacutegica digital convencional trata variaacuteveis assumindo apenas dois possiacuteveis
estados falso ou verdadeiro Em boa parte dos casos essa representaccedilatildeo eacute suficiente inas haacute
situaccedilotildees em que desejamos valores intennediaacuterios Poderiacuteamos usar alores analoacutegicos mas
neste caso cairiacuteamos em equaccedilotildees matemaacuteticas complexas que nem sempre chegariam ao
resultado esperado
Neste ponto eacute que aparece a loacutegica nebulosa ou loacutegica difusa que expressa
exatamente os valores com que trabalha
Os proacuteximos paraacutegrafos descrevem um breve histoacuterico sobre como surgiu a loacutegica
nebulosa suas aplicaccedilotildees e uma comparaccedilatildeo da loacutegica claacutessica com a loacutegica nebulosa
O conceito de conjunto nebuloso foi introduzido em 1965 por Lotfi A
Zadeh
A ele eacute atribuido o reconhecimento de grande colaborador do Controle Moderno
Em meados da deacutecada de 60 o Prof Zadeh observou que os recursos tecnoloacutegicos
disponiacuteveis eram incapazes de automatizar as ati idades relacionadas a problemas de natureza
industrial bioloacutegica ou quimica que compreendessem simaccedilotildees ambiacuteguas natildeo passiacuteveis de
processamento atraveacutes da loacutegica computacional fundainentada na loacutegica booleana
Procurando solucionar esses problemas o Prof Zadeh publicou em 1965 um
arfigo resumindo os conceitos dos conjuntos nebulosos revolucionando o assunto com a
criaccedilatildeo dc sistemas nebulosos ou sistemas difusos
Em 1974 o Prof Mamdani do Qiiccii Maiy College Universidade de Londres
apoacutes inuacutemeras tentativas frustradas em controlar uma maacutequina a vapor com tipos distintos de
controladores somente conseguiu fazecirc-lo atraveacutes da aplicaccedilatildeo do raciociacutenio nebuloso
Esse sucesso serviu para estimular outras aplicaccedilotildees como em 1980 no controle
nebuloso de operaccedilatildeo de um forno de cimento Vieram em seguida vaacuterias outras aplicaccedilotildees
destacando-se por exemplo os controladores nebulosos de plantas industriais refinarias
30
processos bioloacutegicos e quiacutemicos trocador de calor maacutequina diesel tratamento de aacutegua e
sistema de operaccedilatildeo automaacutetica de trens
O desenvolvimento de teacutecnicas de Inteligecircncia Artificial nos uacuteltimos anos ocupa
cada vez mais posiccedilatildeo de destaque em pesquisas na aacuterea de controle e diagnoacutestico com
aplicaccedilotildees diversas nas aacutereas de engenharia biomeacutedica financeira e etc
Os conjuntos nebulosos constituem uma ponte no caminho de aproximar o
raciociacutenio humano ao da loacutegica executada pela maacutequina
Por outro lado a loacutegica claacutessica desenvolvida por Aristoacuteteles filoacutesofo grego (384-
322 aC) estabelece um conjunto de regras riacutegidas para que conclusotildees possam ser aceitas
logicamente vaacutelidas O emprego da loacutegica de Aristoacuteteles leva a unia linha de raciociacutenio loacutegico
baseado em premissas e conclusotildees
Desde entatildeo a loacutegica convencional assim chamada tem sido binaria isto eacute uma
declaraccedilatildeo eacute falsa ou verdadeira natildeo podendo ser ao mesmo tempo parcialmente verdadeira e
parcialmente falsa
A Loacutegica Nebulosa viola estas suposiccedilotildees O conceito de dualidade estabelecendo
que algo pode e deve coexistir com o seu oposto faz a loacutegica difusa parecer natural ateacute
mesmo inevitaacutevel
A loacutegica de Aristoacuteteles trata com valores verdade das aiacuteinnaccedilotildees classificando-
as como verdadeiras ou falsas
Natildeo obstante muitas das experiecircncias humanas natildeo podem ser classificadas
simplesmente como verdadeiras ou falsas sim ou natildeo branco ou preto Por exemplo eacute aquele
homem alto ou baixo A taxa de risco para aquele empreendimento eacute grande ou pequena Um
sim ou um natildeo como resposta a estas questotildees eacute na maioria das vezes incompleta
Portanto a diferenccedila baacutesica entre a loacutegica claacutessica e a loacutegica nebulosa eacute que a
loacutegica convencional trata conceitos como categorias discretas e a loacutegica nebulosa
simuhaneamente pode atribuir a um mesmo conceito diversos valores linguumliacutesticos com graus
de ceiteza associados
Na verdade entre a certeza de ser e a certeza de natildeo ser existem inuacutemeros graus
de incerteza
Conmdo a Loacutegica Nebulosa com base na teoria dos conjuntos nebulosos tem se
mostrado mais adequada para tratar imperfeiccedilotildees da informaccedilatildeo
coi tfssAo mmi DE EMLRQA MLCLEAR5P-IacutePpoundM
31
De forma mais objetiva e preliminar podemos definir Loacutegica Nebulosa como
sendo uma ferrainenta capaz de capturar informaccedilotildees vagas em geral descritas em uma
linguagem natural e convertecirc-las para um formato numeacuterico de faacutecil manipulaccedilatildeo pelos
computadores
A Loacutegica Nebulosa desenvolvida pelo Prof Lofti A Zadeh combina Loacutegica
Vluhivalorada Teoria Probabiliacutestica e Inteligecircncia Artificial para representar o pensamento
huinano ou seja ligar a linguumliacutestica e a inteligecircncia humana pois muitos conceitos satildeo melhor
definidos por palavras do que pela inatemaacutetica
552 C A R A C T E R Iacute S T I C A S G E R A I S E V A N T A G E N S D A L Oacute G I C A N E B U L O S A
Caracteriacutesticas gerais da Loacutegica Nebulosa
bull Estaacute baseada em palavras e natildeo em nuacutemeros ou seja os valores verdade satildeo
expressos linguumliacutesticamente Exemplo quente frio longe perto etc
bull Possui vaacuterios modificadores de predicado como por exeinplo muito pouco
grande pequeno ineacutedio etc
bull Faz uso das probabilidades linguumliacutesticas inteipretadas como nuacutemeros nebulosos
e manipulados pela sua aritmeacutetica
bull Manuseia todos os valores entre O e 1 tomando o intervalo apenas como um
limite
Vantagens de utilizaccedilatildeo da Loacutegica Nebulosa
bull Requer poucas regras valores e decisotildees
bull O uso das variaacuteveis linguumliacutesticas nos deixa mais proacuteximo do pensamento
humano
bull Simplifica a aquisiccedilatildeo da base do conhecimento
bull Pioporciona um raacutepido protoacutetipo dos sistemas
bull Simplifica a soluccedilatildeo de problemas
32
553 CONJUNTO NEBULOSO
O conceito de conjunto nebuloso aparece como uma tentaliva de superar a rigidez
da teoria claacutessica de conjuntos para trabalhar matematicamente com classes nas quais a
pertinecircncia de um objeto a uma classe pode ser interpretada como uma questatildeo de grau isto eacute
apresenta uma variaccedilatildeo gradual
Se em vez de assumir valores no intervalo discreto 01 a funccedilatildeo de pertinecircncia
assumir valores no intervalo continuo 101 f entatildeo o conjunto A denomina-se conjunto
nebuloso
Poitanto a pertinecircncia a um subconjunto nebuloso A de X pode ser escrito
como
MAX^ |0 1 | (5)
onde grau de pertinecircncia
Uma interpretaccedilatildeo fiacutesica dc grau de pertinecircncia pode ser escrita como grau de
confianccedila com que uma asseveraccedilatildeo vai se cumprir ou grau de certeza de uma afirmativa
Conjunto nebuloso A pode ser escrito em pares ordenados como
A=(x|tA(X))|xeuroX (6)
5531 PRINCIPAIS OPERACcedilOtildeES ENTRE CONJUNTOS NEBULOSOS
bull Uniatildeo (^) A uniatildeo de conjuntos nebulosos definidos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que representa o grau
maacuteximo de relevacircncia entre cada elemento e o noo conjunto nebuloso A funccedilatildeo de
pertinecircncia eacute representada por
|a^(x) = U|(x) v u (x) V jaiexcl(x) xeX (7)
onde X eacute o universo de discurso c v c a operaccedilatildeo maacuteximo
bull Intersecccedilatildeo ( n ) A intersecccedilatildeo de conjuntos nebulosos deiinidos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com uma funccedilatildeo de pertinecircncia que
representa o grau miacutenimo de relevacircncia entre cada elemento e o novo conjunto nebuloso A
funccedilatildeo de pertinecircncia eacute representada por
33
|i n (x) = |ii (X) A |i2(x) A )a(x) xe X (8)
onde X eacute o universo de discurso e A eacute a operaccedilatildeo minimo
bull Potecircncia Um conjunto nebuloso pode ser elevado a potecircncia in elevando a
funccedilatildeo de pertinecircncia a potecircncia ni onde m eacute um nuacutemero real e positivo
|a(x) = Iacute4i|(x)] xeX (9)
bull Produto Algeacutebrico O produto algeacutebrico de conjuntos nebulosos no mesmo
universo de discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X
dado por
Ll(x) = jl(x))i2(x)|ij(x) xeX (10)
bull interpolaccedilatildeo A interpolaccedilatildeo de conjuntos nebulosos no mesmo universo de
discurso eacute um novo conjunto nebuloso com funccedilatildeo de pertinecircncia no universo X dado por
)i (x) = 1 j luI (x) + p(x)++ n(x) xe X (11)
56 SISTEMA ESPECIALISTA IMPLEMENTADO PELA LOacuteGICA NEBULOSA
O sistema especialista desenvolvido na presente tese foi implementado utilizando a
loacutegica nebulosa A Figura 13 apresenta o diagrama de blocos do sistema
FUZIFICACcedilAtildeO
4
DADOS DE
ENTRADA
BASE DE REGRAS
(Banco de Conhecimento)
DISPOSITIVO DE
INFEREcircNCIA DEFUZIFICACcedilAtildeO
DADOS DE
SAIacuteDA
FIGURA 13 Diagrama de blocos do sistema especialista via loacutegica nebulosa
34
A fuzificaccedilatildeo consiste em transformar um dado de entrada ou ariaacutevel dc entrada
em grau de pertinecircncia que satildeo valores no intervalo 10 IJ de acordo com a funccedilatildeo de
pertinecircncia adotada
As funccedilotildees de pertinecircncia podem assumir diversas formas geomeacutetricas como
triangulares trapezoidais gaussianas etc
A Figura 14 apresenta a fuziiacutelcaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada usando uniiacutei
funccedilatildeo de pertinecircncia triangular
Grau de pertinecircncia
Funccedilatildeo de pertinecircncia
Dado de entrada Universo de discurso
FIGURA 14 Fuzzifiacutecaccedilatildeo de uma variaacutevel de entrada
O dispositivo de inferecircncia eacute um algoriacutetimo que consiste no tiatamento
computacional de um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista
A base de regras constitui um conjunto de regras linguiacutesticas com a funccedilatildeo de
obter um objetiv o atrelado a um determinado fato
As descriccedilotildees linguisticas infonnais utilizadas pelo ser humano (especialista) no
dia a dia eacute o ponto de partida para o desenvoK imenlo das regras de inferecircncia Cada regra eacute
uma proposiccedilatildeo condicional nebulosa com uma ou mais claacuteusulas
As regras satildeo representaccedilotildees de sistemas desenvolvidos utilizando consideraccedilotildees
condicionais de forma canoacutenica da relaccedilatildeo entre antecedente e consequente do tipo bullSE v c
isto ENTAtildeO_v c aquilo
35
O resultado do processo de inferencia consdtui na defuziiacuteicaccedilagraveo obtendo um valor
numeacuterico da variaacutevel de saiacuteda
Os meacutetodos de defuzificaccedilatildeo mais utilizados satildeo
Meacutetodo da meacutedia dos maacuteximos o qual gera uma accedilatildeo de controle que representa o
valor meacutedio de todas as accedilotildees de controle individuais cujas funccedilotildees de pertinecircncia assuinem o
valor maacuteximo
Meacutetodo do centro de gravidade a accedilatildeo de controle numeacuterica eacute calculada obtendo-
se o centro de gravidade da distribuiccedilatildeo de possibilidades da accedilatildeo de controle global (FIG 15)
O meacutetodo do centro de gravidade eacute o meacutetodo utilizado na presente tese
J llU ( ( )iacutelu
ll(liacute)clll
FIGURA 15 Meacutetodo do centro de gravidade
A Figura 16 apresenta um exemplo considerando duas ariaacutevcis de entrada duas
regras e a defuziiacuteicaccedilatildeo pelo meacutetodo do centro de gravidade
Regra com duas variaacuteveis de entrada e uma de saiacuteda
Regra 1
peso s
A A 1 peso
A ^ A
Dado de saiacuteda
FIGURA 16 Defuzificaccedilatildeo por centro de gravidade
36
561 ANALISE DOS SINAIS V IA SISTEMA ESPECIALISTA
A assinatura de potecircncia de uma xaacutelvula moto-operada eacute representada pela
magnitude da potecircncia ao longo do tempo e eacute constituiacuteda de eventos caracteriacutesticos
obsei-vados durante os ciclos de abertura e fechamento
A Figura 17 apresenta a assinatura de potecircncia tiacutepica de uma aacutelvula moto-
operada durante o ciclo de movimentaccedilatildeo de fechamento destacando alguns eventos
caracteriacutesticos deste ciclo Satildeo eles
bull Pico cie coinundo o pico de comando eacute ocasionado pelo chaveamento
de contato do motor quando eacute acionado o comando de fechamento da aacutelvula
bull Inicio du movimentaccedilatildeo o degrau inicial da assinatura de potecircncia estaacute
coiTelacionado ao iniacutecio da inovimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo da liaste da vaacutelvula esse degrau
caracteriza o iniacutecio da movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula
bull Pico de acunhamento este pico estaacute relacionado ao instante em que o
obturador atinge a sede da vaacutelvula ocasionando o aumento da potecircncia de maneira a garantir o
fechamento efetivo da vaacutelvula
bull Final da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do motor
atraeacutes da abertura dos contatos da chave de torque caracterizando o teacutermmo da
movimentaccedilatildeo de fechamento da vaacutelvula
A Figura 18 apresenta a assinatura de potecircncia tipica de uma vaacutelvula moto-
operada durante o ciclo de mo imentaccedilatildeo de abertura com destaque para alguns eventos
caracteriacutesticos que ocoirem durante este ciclo Satildeo eles
bull Pico dc comando da mesma maneira que ocorre durante o ciclo de
fechamento este pico eacute ocasionado pelo chaveamento de contato do motor quando eacute acionado
o comando de abertura da vaacutelvula
bull Degrau de iniacutecio da movimentaccedilatildeo estaacute correlacionado ao iniacutecio da
movimentaccedilatildeo das engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
37
bull Pico Je desucunhumento este pico estaacute relacionado ao acreacutescimo da
potecircncia necessaacuteria para vencer o desacunhamento do obturador na sede da aacutelvula
bull Degrau finid da movimentaccedilatildeo significa o instante de desligamento do
motor atraveacutes da abertura dos contatos da chave limite caracterizando o teacutermino da
movimentaccedilatildeo de abertura da vaacutelvula
Pico de comando
Pico de acunhamento
Degrau iniacutecio da movim da haste
^Tnicio da movimentaccedilatildeo
Final da
movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 17 Assinatura de potencia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de fechamento
Pico de comando
Pico de desacunhamento Degrau-
final da
movimentaccedilatildeo
Degrau inicio da movimentaccedilatildeo
O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Tempo (s)
FIGURA 18 Assinatura de potecircncia com eventos caracteriacutesticos do ciclo de abertura
3 8
Na assinatura de potecircncia pode-se identificar formas geomeacutetricas aqui tratadas
como sinais primitivos sendo basicamente picos degraus e rampas os quais estatildeo
relacionados aos eventos caracteriacutesticos do ciclo de abeitura e fechamento da vaacutelvula moto-
operada Portanto a primeira etapa consiste na identificaccedilatildeo de tais sinais
Uma maneira de representar a assinamra de potecircncia eacute dividir em grupos de sinais
que possam ser identificados utilizando algoritmos de reconhecimento padratildeo
O principal objetivo do algoritmo eacute identificar as f o iTnas geomeacutetricas contidas nas
assinamras de potecircncia
Poitanto o formato da assinamra pode ser representada como sendo a somatoacuteria
das foimas geomeacutetricas ou sinais primhivos
A assinatura pode ser escrita como sendo
V
Y=J^aograve (t - T ) + ^bu(t -T ) + J^c^rit - X 3 ) + r | ( 0 fj2j
i=i iacute=i iacute=i
Onde
5 t)T^iexcl - componente pico e respectivo tempo
u(t) - componente degrau e respectivo tempo
r(t) X - componente rampa e respectivo tempo
A A - - nuacutemero de picos degraus e rampas
2i ^ - itistante de tempo do pico degrau e rampa
aiexcl biexcl Ci - amplitudes do pico degrau e rampa
T (t) - ruidos randocircmicos
39
Os principais componentes dos sinais primitivos estatildeo apresentados na Figura 19
a) Pico
amplitude
b) Degrau
amplitude
Instante inicial
Instante iacutemal
Instante da ocorrecircncia
Inslame da
ocorrecircncia
c) Rampa
Instante Instante inicial final
FIGURA 19 Priiicipais componentes dos sinais primitivos (a b c)
Para identificaccedilatildeo dos sinais primitivos e posteriormente a correlaccedilatildeo dos eventos
caracteriacutesticos foi desenvolvido um programa computacional MENUPXAPEacuteNDICE A)
baseado na concepccedilatildeo do algoritmo de Love e Simaan^^ que constituiacute em uma associaccedilatildeo de
filtros (FIG20)
40
amplitute limiar PICO
filtro mediano
assinatura de potecircncia
filtro rampa
filtro meacutedia
horizontal U amplitute
limiar DEGRAU
RAMPA
FIGURA 20 Diagrama de blocos do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
bull DETECCcedilAtildeO DE PICO
O fdtro mediano substitui uiua amostra do sinal que conteacutem um determinado ntimero de pontos pelo valor mediano da amostra A saiacuteda do filtro pode ser escrita como
Y(i)=inedicmo y(j) je N(iJ
Onde ajaacutenela Nfi) eacute definida como
N(i) = Iacute-IacuteIacuteIacute+Iacute2 (14)
A operaccedilatildeo que consiste em computar a diferenccedila do sinal de entrada menos o
sinal de saida do filtro mediano com o estabelecimento de uma amplitude limiar gera a
detecccedilatildeo da oconecircncia de picos no sinal amostrado
bull DETECCcedilAtildeO DE DEG RA U E R4MPA
Degraus e rampas satildeo detectados usando a combinaccedilatildeo do filtro rampa e o filtro de
meacutedia horizontal
O filtro rampa opera na saiacuteda do filtro mediano A rampa eacute determinada pelo
ajuste dos miacutenimos quadrados das amostras nas vizinhanccedilas imediatas N(ij de todo sinal
amostrado A ocorrecircncia de degraus no sinal amostrado satildeo transformados em impulsos e
rampas satildeo transformadas em segmentos contiacutenuos positivos ou contiacutenuos negativos
O filtro de meacutedia horizontal opera na saiacuteda do filtro rampa O propoacutesito eacute extrair
os segmentos condnuos positivos ou segmentos contiacutenuos negativos do seu sinal de entrada
Tais segmentos conespondem agraves rampas no sinal original amostrado
A Figura 21 ilustra atraveacutes de um sinal de teste as etapas de operaccedilatildeo do moacutedulo
de extraccedilatildeo dos sinais primitivos picos degraus e rampas
cowssAo miom œ EMEROcircIA Iacute^CLFARSP-IacutePpoundM
V - - -
41
S I N A L D K T H S T E S A I D A I T I I R ( i M l D i A N o
D E i l X T O R D l - P I C O S A I D A I I I I R O R A M P A
i
1 j
1 bull bull 1
bull J
J 1
bull 1
S A I D A F I L T R O R A M P S A I D A I T L I R o M I D I A H O R I Z O N 1 A L
D F T L f T O R D H R A M P A
D l l l C l O R D L D l C i R A l R l ( 0 s I I I I i ( o )0 sl |
FIGURA 21 Etapas do algoritmo de extraccedilatildeo dos sinais primitivos
42
Uma vez idemificados os sinais primitivos picos degraus e rainpas a proacutexima
etapa consiste em correlacionaacute-los aos eventos caracterisuumlcos existentes durante a
movimentaccedilatildeo de abertura e fechamento atraveacutes de regras sc e cniacuteagraveo) Tais eventos
caracteriacutesticos seratildeo os paracircmetros de anaacutelise do sistema especialista iinplementado atraveacutes da
loacutegica nebulosa
A Figura 22 apresenta graticamente os dados de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de
eventos os paracircmetros de anaacutelise no ciclo de abertura (1 a 6) e no ciclo de fechamento (1 a 8)
CICLO DE ABERTURA
1-TM (tempo de movinientaccedilagravei))
2-PM(potecircnciacutea meacutedia)
yPcC (pico de comando)
4-PcD (pico de desacunliamemo)
5-PSC (potecircncia s carga)
6-DP (des io padratildeo)
4 26
CICLO DE F E C H A M E N T O
1-PcA (pico dc acunhamento)
2-TAc (tempo de actinhaniento)
i-DPA (delta pot de acunhamento)
4 -PM (po teacutenc ia m eacute d i a )
5-TV1 (tempo de moMi i i cn taccedilagrave iraquo )
6-PcC (pico de comando)
7-PSC (potecircncia caraga)
X-DP (desvio padratildeo)
6
7
4S
tempo (seuuml)
FIGURA 22 Assinaturas de potecircncia com os eventos caracteriacutesticos
tci i ipo (SCIacuteI)
A Figura 23 apresenta os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo dc cventtgts
que compotildeem as variaacuteveis a serein analisadas pelo sistema especialista atraveacutes da
implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa Satildeo eles
43
bull Ciclo de abertura
TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PM (potecircncia meacutedia) PcC (pico de comando)
PcD (pico de desacunhamento) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
bull Ciclo de fechamento
PcA (pico de acunhamento) TAc (tempo de acunhamento) DPA (deha potecircncia
de acunhamento) PM (potecircncia meacutedia) TM (tempo de movimentaccedilatildeo) PcC (pico de
comando) PSC (potecircncia sem carga) DP (desvio padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO
DE
EVENTOS
ABERTURA
FECHAMENTO
1-saida 71 =TM=tempo de movimentaccedilatildeo 2-saida 61=PM=potecircncia meacutedia 3-saida 22=PcC=pico de comando 4-saida 42=PcD=pico de desacunhamento 5-saida 81=PSC=potecircncia sem carga 6-saida 62=DP= desvio padragraveo
1-saiacuteda 32=PiA=pico de acunhamento 2-saiacuteda 41=TAc=Tempo de acunhamento 3-saiacuteda 51=DPA=Delta potecircncia de acunhamento 4-saiacuteda 61=PM=potecircncia meacutedia 5-saiacuteda 71=TM=tempo de movimentaccedilatildeo 6-saiacuteda 22=PC=pico de comando 7-saiacuteda 81=PSC=potecircncia sem carga 8-saiacuteda 62=DP=desvio padratildeo
FIGURA 23 Paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 24 apresenta o diagrama de blocos com as etapas da anaacutelise da assinatura
de potecircncia via sistema especialista com implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa
4 4
ASSINATURA DH
lOTONCI
MOacuteDULO EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS
(MENUP)
C R CD
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O
FN NORMALIZACcedilAtildeO
CRITEacuteRIOS N O R M A I I A Ccedil Agrave O NORMALIZACcedilAtildeO
SISTEMA FSPECIALITSA
(FUZZYFIS)
I DIAGNOSTICO
(DIAG)
I
(NORM^DIAG)
RELATOacuteRIO
FIGURA 24 Diagrama de hlocos da anaacutelise via sistema especialista-loacutegica nebulosa
Em primeiro lugar o moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (programa MENUP) lecirc o
arquivo que constitui a assinatura de potecircncia processa o levantamento dos sinais primitivos
correlaciona aos eventos caracteristicos e gera o arquivo de saida com os paracircmetros a serem
analisados no sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
Esses paracircmetros satildeo normalizados via programa computacional N0RM_DIAG
(APEacuteNDICE B) scndd duas as condiccedilotildees
bull condiccedilatildeo de referecircncia (CR) onde se tem a assinatura padratildeo de potecircncia da
vaacutelvula
bull condiccedilatildeo de diagnoacutestico (CD) para todas as assinaturas obtidas posteriormente agrave
simaccedilatildeo de referecircncia
45
Condiccedilatildeo de referencia
Na condiccedilatildeo de referencia os vaiores dos paracircmetros dos e entos caracteristicos
dos ciclos de abertura e fechainento satildeo nonnalizados para o valor S que significa a
condiccedilatildeo normal (referencia) de operaccedilatildeo da vaacutehoila
Esta condiccedilatildeo eacute estabelecida devida as simaccedilotildees distribuidas para o processamento
do sistema especialista via loacutegica nebulosa onde foram adotadas as funccedilotildees de pertinecircncia do
tipo triangular e trapezoidal para as regiotildees extremas com o universo de discurso estabelecido
entre O e 10 Portanto o valor 5 ocupa a regiatildeo central que caracteriza a situaccedilatildeo normal Jaacute as
situaccedilotildees de falhas podem ocorrer devido aos desvios para ambos os lados comparando os
valores obtidos da condiccedilatildeo de diagnoacutestico com os valores de referecircncia
A Figura 25 apresenta como exemplo a variaacutevel PCA com as funccedilotildees de
pertinecircncia e o universo de discurso adotado no desenvolvimento do sistema
I Figure No 2 FILE EDIT LOOLS WINDOW HELP
08
tn
Iuml 06 E (O
E
S 04 ro Q
02
NG NMNPOKPPPM
2 3 4 5 6 7 PCA
PG
- J 1 1 L
bull ntilde ] x ]
10
FIGURA 25 Funccedilotildees de pertinecircncia do sistema
46
Portante na condiccedilatildeo de referencia os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) satildeo obtidos
da seguinte maneira
Situaccedilatildeo de abermra FNi=5saiacutedai
-referecircncia na abertura
Simaccedilatildeo de fechamento FNj=5saiacutedajreleregravenciano lechamemo
Condiccedilatildeo de diasnoacutestico
A nonnalizaccedilatildeo dos paracircmetros na condiccedilatildeo de diagnoacutestico ou seja todas as
medidas subsequentes agraves medidas de referecircncia de uma mesma vaacutelvula eacute obtida
multiplicando-se os valores dos paracircmetros dos eventos caracteriacutesticos pelos respectivos
fatores de normalizaccedilatildeo (FIG 26)
Extraccedilatildeo de
Eventos
Abeitura
Fechamento
saiacutedai-diaenoacutesiico X FN =entradaisisi cspcc
saiacutedadagnoacutesuumlco X FN =entradaissi espec
FIGURA 26 Etapas de nonnalizaccedilatildeo-condiccedilatildeo de diagnoacutestico
Terminada a etapa de normalizaccedilatildeo inicia-se o processamento do sistema
especialista
A Figura 27 apresenta um quadro geral de todos os paracircmetros ou variaacuteveis
(entradasaiacuteda) de anaacutelise do sistema especialista para os ciclos de abertura e fechamento
V A R I Aacute V E I S
or E M R A I 3 A
D
I s 1 o s 1 T I
V
o D E
I N
K E
R
H
C
1 A
ABKRTlRA
S A Iacute D A
- ^ F E C H A M E N T O
l-CL=chave limite 2-OtS=ot)struccedilatildeo sede 3-OiH=obstriiccedilatildeo liaste 4-FEi=tallia eleacutetrica 5-P^D=pico desacunhamento 6-PSC=iiotecircncia sem carga
I -CT=ehave de lorciiie 2-0|S=obstruccedilagraveo sede 3-OBH=obstrLiccedilagraveo haste 4-FE|=falha eleacutetrica 5-PSC=potecircncia sem carga 6-TVl=tenipo niovimentagagraveo
FIGURA 27 Diagrama de blocos com as variaacuteveis de anaacutelise do sistema especialista
47
As variaacuteveis de saiacuteda constituem o objeto de inspeccedilatildeo do diagnoacutestico
Satildeo elas
o Ciclo de abertura
CL= desajuste da chave limite
ObS=obstruccedilatildeo na regiatildeo da sede
ObH=obstmccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PcD=pico de desacunhamento
PSC=potecircncia sem carga
bull Ciclo de fechamento
CT=desajuste da chave de torque
ObS=obstmccedilatildeo na regiatildeo da sede
OBH=obstruccedilatildeo da haste durante a movimentaccedilatildeo
FEi=falha eleacutetrica
PSC=potecircncia sem carga
TM=tempo de movimentaccedilatildeo
As variaacuteveis denominadas PSC (potecircncia sem carga) PcD (pico de
desacunhamento) e TM (tempo de movimentaccedilatildeo) fazem parte do diagnoacutestico tina mesmo
natildeo tendo a relaccedilatildeo de falha com causa conhecida O objetivo consiste em emiquecer o
diagnoacutestico pois havendo desvios destas variaacuteveis com relaccedilatildeo ao valor de referecircncia eacute
considerada uma situaccedilatildeo de falha poreacutem sem o tipo de degradaccedilatildeo que ocasionou tal falha
O dispositivo de inferencia eacute o programa que faz o processamento computacional
das variaacuteveis baseado em um conjunto de regras que representam o conhecimento de um
especialista proporcionando o diagnoacutestico de saiacuteda Foi um total de 85 regras sendo 44 para a
condiccedilatildeo de abertura e 41 para a condiccedilatildeo de fechamento O sistema especialista foi
implementado via loacutegica nebulosa atraveacutes do programa FUZZYFIS (APEcircNDICE C)
48
A etapa final constitui o diagnoacutestico O relatoacuterio eacute obtido ia programa DIAG que
eacute uma subrotina do programa NORM_DIAG onde eacute realizado o processamento das variaacute eis
de saiacuteda do sistema especialista baseado nas situaccedilotildees apresentadas na (TAB2)
Os valores das variaacuteveis de saiacuteda do sistema especialista estaratildeo sempre entre 0 -
10 devido a distribuiccedilatildeo adotada no desenvolvimento das funccedilotildees de pertinecircncia e o universo
de discurso estabelecido (vide FIG25)
TABELA 2 Situaccedilotildees do diagnoacutestico
SITUACcedilAtildeO NORMAL 45=ltvaiiaacuteveis de saiacuteda=lt55
SITUACcedilAtildeO ALERTA 40=ltvariaacuteveis de saiacutedalt45 55ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt60
SITUACcedilAtildeO AIHNCcedilAO 60ltvariaacuteveis de saiacuteda=lt70 30=ltvariaacuteveis de saiacutedalt40
SITUACcedilAtildeO EMERGENCL 70ltvariaacuteveis de saiacuteda lt30
49
5611 TELAS DOS PROGRAMAS DE ANAacuteLISE VIA SISTEMA ESPECIALISTA
A Figura 28 apreacutesenla a lela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos que consiste na
primeira etapa da anaacutelise via sistema especialista
Em primeiro lugar carrega-se o arquivo com os dados da assinatura de
potencia veriiacuteicando-se o graacutefico da assinatura original do sinal seleciona-se o
levantamento dos eventos caracteriacutesticos escolhendo-se o ciclo abertura ou fechamento
Em seguida o programa fornece os valores dos paracircmetros que constimein os
eventos caracteriacutesticos da assinatura de potencia a serem analisados
bull Figure No 1
File Edit lools Window File Edit lools Window Help
bull y Help
Diagnostico deValv Moto-Op
Ler atq de assinatura
k 7^ ^ amp O pontos orig
Flotar assinatura
Atq de paracircmetros
Lev Eventos (fecham)
Lev Eventos (abert)
Output filtros-
Output litros bull rampas
Ver Eventos
Anaacutelise-Wevelel
Anaacutelise - Loacutegica Fuzzy
Sair
^UTIBLOCres HIsIB Arquivo E
Ajuda
J i i ^ D Arquivo E
Ajuda UT1BL0CresTXT-B
Arquivo E
Ajuda
euentos flrquiuo de saiacuteda UumlTIBLOCres Ciclo de fechamento 1-Pcft 4291990 2-Tfic 0 1750 3-DPfl 30559001 ij-PM 131 8408 5-TM 1 5 3 4 5 0 6-PcC 6798520 7-PSC 925863 8-DP 3 3678
FIGURA 28 Tela do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos (ciclo fechamento)
Posteriormente eacute executada a etapa de normalizaccedilatildeo Caso a assinatura seja da
condiccedilatildeo de referecircncia (CR) o programa calcula os fatores de normalizaccedilatildeo (FN) Caso
contraacuterio o programa normaliza os paracircmetros de saiacuteda do moacutedulo de extraccedilatildeo de eventos
A Figura 29 apresenta as telas da etapa de normalizaccedilatildeo
50
-1^ Arquivos a serem carregados
Escolha Condiccedilatildeo
Condiccedilatildeo Referecircncia (CR) Condiccedilatildeo Diagnoacutestico (CD)
- ^ Der in iccedilatildeo do arquivo a ser cl
E abeilura ou fechamento
Abertura Fechamento
FIGURA 29 Sequumlecircncia de telas da etapa de normalizaccedilatildeo
O proacuteximo passo consiste em entrar com os valores das variaacuteveis (que constitui
o arquivo de saida da etapa de normalizaccedilatildeo) no sistema especialista Este processo daacute-se
autorizando a anaacutelise via fuzzy escolhendo o ciclo de movimentaccedilatildeo abertura ou
fechamento confonne apresentado na Figura 30
Favor responder a questatildeo
f Anaacutelise via fuzzy informe se eacute
Abertura Fechamento
FIGURA 30 Tela de acionamento do comando fuzzy
A tela seguinte (FIG 31) apresenta como exemplo o sistema fuzzy
evidenciando as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saiacuteda o meacutetodo de inferencia e o
meacutetodo de defuziiacuteicaccedilatildeo
COWSSAO HMmM Deuro EWERGiA WUCLBRSP-IPEM
FUZABEN
(MAMUcircANI)
RS Na Fuabert FIS TYPE
AND METHOD
OI METHOD
IMPLICATION
AGGTEGATION
D EFUAZTF iexclCATIOacuteN
1 MIN z
1 MAX z
[ MM z
1 MAX z
3
CURENT VAIABLE
NAME
TYPE
RANGE
HELP
SYSTEM FUZABED G INPUTS 6 OUTPUTS AND 44 RULES
FIGURA 31 Sistema Fuzzy de interecircncia
A tela seguime (FIG 32) apresenta as variaacuteveis de entrada as variaacuteveis de saida
e as tunccedilogravees de pertinecircncia para o ciclo de abertura cuja legenda estaacute na Tabela 3
PTOLPOINLS I iacuteif
Hembeiship Function Editor Fuzabert FJE EDIT VIEW
FIS VARIABLES
E X ] ^ TIILEFNBERSHIP TUNCTION PLOTS
NM NP OK PP PM
PM OBS X X Z M
PCC OBH Z M
PSC PCD X X gtOOX
uumlfi esc input varlalDte ^w
CUIIENLVAIIK)LE
NAME
TYPE
RANGE
OISPTOY RANGE
TM
INPUT
[010]
[0101
CUTRERT MENIBERSHIP FUNCTION (CLICK ON TltIacuteF TO SDECTJ
NAME
TYPlaquo
PAIAIM
HELP DOSE
READY
FIGURA 32 Tela com as variaacuteveis de entrada saiacuteda e funccedilotildees de pertinecircncia
TABELA 3 Legenda da Figura 32
Variaacuteveis de entrada Variaacuteveis de saiacuteda Funccedilotildees de pertinecircncia
TM tempo de mo imentaccedilatildeo CL chac limite NG negati(i grande
PM ]iotecircncia meacutedia OBS obstrnvagraveo sede NM negativo meacutedio
PCC pico de comando OBH obstruccedilatildeo haste NP negati(i pequeno
PCD pico de desactinhaniento FEL talha eleacutetrica OK nonnal
PSC potecircncia sem catga PCD pico de desacunhamento PP positivo pequeno
DP des io padtagraveotilde PSC potecircncia sem carga PM positixiacutei meacutedio
PG positivo grande
A proacutexima tela (FIG 33) apreacutesenla um conjunlo de regras
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2 if (TM iNM)theriiCL isNM|(11 3 lf(TMisNPlthen(CLisNPl (1) 4 lf(TMisQK)then(CLisOt) (1) 5 IffTfvlis PP) then (a is PP) (1) 6 IffTMis PMfthen (CL is PII) (1] 7 lf(Ttiis PG)then(aisPGJ(1) 8 If (Tf-t IS OK) and (Pl is OK) then (OBS is OK) (1) 9 If (Tf is PP) and (Pfvt is PP) then (OBS is PP) (1 ) 10 If (Tlraquol is PM] and (Pf is PP) then (OBS is PU] (1) 11 If (Ttraquol is PG) and (PM is PP) then (OBS is PM) (1) 12 If (PM is OK) and (DP is OK) then (OBH is 0K| (1) 13 If (PM is NP) and (DP is OK) then (OBH is OKI (1) 14 If (PM is NM) and (DP is OK) then (OBH is OK) (1)
FIGURA 33 Tela com apresentaccedilatildeo de um conjunto de regras
A proacutexima tela ( FIG 34) apresenta as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os
respectivos valores
53
Fue Edit View Opograveom
TM-5 PM-5 PCC-5 PCO-5 PSC-5 bull^ bull5 CL-5 o e s = 5 OeHlt5 FEL-5 PCD - 5 PSC - 5
liv^- I [5 5555 5] Ploi poims
Ready
tett rqhi down up
FIGURA 34 Tela com as variaacuteveis de entrada e saiacuteda com os respectivos valores
A etapa final consiste na emissatildeo do relatoacuterio de saida do diagnoacutestico da
vaacutelvula irioto-operada com a anaacutelise da assinatura de potecircncia via sistetna especialista
como mostrado na Tabela 4
TABELA 4 Relatoacuterio de saiacuteda - diagnoacutestico via sistema especialista
ARQUIVO UTIBLCOPRN - MONITORACcedilAtildeODIAGNOSTICO
PARAacuteMETROS DE SAIDA SITUACcedilAO
CL=chave limite nomial
ObS=obstnaccedilatildeo sede normal
ObH=obstnaccedilatildeo haste nornial
FEpfalha eleacutetrica noniial
PeD=pico desacunhamento nonnal
PSC=potecircncia sem carga normal
54
57 TRANSFORMADA DE WAVELET
A transformada de wavelet tem sido aplicada em muitas aacutereas de pesquisa^^
com bastante sucesso entre elas anaacutelise de impressotildees digitais anaacutelise de vibraccedilotildees banco de
filtros de sinais e principalmente processamento de imagem onde se tem o maior nuacutemero de
aplicaccedilotildees como exemplo imagens biomeacutedicas
A Transformada de wavelet consiste em um meacutetodo de anaacutelise de sinais^ que
utiliza funccedilotildees elementares localizadas no tempo e escala
A transformada continua de wavelet (TCW) relaciona o sinal estudado s(t) com a
funccedilatildeo elementar chamada xsiavelet que eacute uma ftinccedilatildeo real oscilatoacuteria com conteuacutedo finito de
frequecircncia e de curta duraccedilatildeo A variaccedilatildeo de frequecircncia na transformada de wavelet eacute obtida
atraveacutes da sua compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo A funccedilatildeo i(x) caracteriza a
wavelei matildee e eacute dada por
(x-h onde ab e R ai^O 0 5 )
Uma seacuterie de funccedilotildees derivadas da wavelet matildee satildeo geradas a partir da variaccedilatildeo
dos paracircmetros a e onde a representa a escala e h define a translaccedilatildeo no tempo
A transformada contiacutenua de wavelet de uma funccedilatildeo euro L (R) ou seja funccedilotildees
r -que satisfazem a condiccedilatildeo de energia finita ( ( ) ~dt lt o o ) eacute dada pela seguinte expressatildeo
(f) = ]f(x)^bdquoJx)dx (16)
A transformada continua de wavelet pode ser representada graficamente em um
plano tempo-escala como apresentado na Figura 35
UJ bullm uuml
Tempo
FIGURA 35 Plano tempo-escala (wavelet)
55
As Figuras 36 e 37 mostram os efeitos de dilataccedilatildeo e translaccedilatildeo da TCW
escala baixa
Wavocircioi
escala alia
FIGURA 36 Efeito da variaccedilatildeo do valor da escala (paracircmetro a)
Sinal
Wavelet 1^ FIGURA 37 Deslocamento contiacutenuo da wavelet no teinpo (paracircmetro h)
A transformada continua de vvavelet eacute uma representaccedilatildeo redundante ou seja o
deslocamento da wavelet no dominio do tempo eacute continuo ao longo de todo u dominio
tetnporal do sinal Com isto o caacutelculo computacional para a transformada continua de wavelet
eacute bastante dispendioso
Uma possibilidade que tetn sido explorada eacute a utilizaccedilatildeo da transformada de
wavelet continua numa versatildeo amostrada onde satildeo utilizados apenas determinados valores
para os paracircmetros V e h ditninuindo ou eliminando a redundacircncia
Escolhendo-se adequadamente os paracircmetros a e h pode-se defmir uma
familia de wavelets transladadas e escaladas no tempo tal que ainda seja possiacutevel recuperar
o sinal completamente de forma mais siiuples eficiente e compacta com menor custo
computacional
Com este objetivo a transformada continua de wavelet c amostrada escolhendo-se
valores de escalas e posiccedilotildees (paracircmetros a e h ) baseados em potecircncia de dois conforme
equaccedilotildees (17) e (18)
56
iacute=2^e b=k2 ondeA e R (17)
Mf ^(x)=2--(2-Jx-k) (18)
onde T (xgt satildeo versotildees dilatadas e transladadas da wavelet matildee ^(x)
Poitanto eacute possivei representar as funccedilotildees em lermos de wavelets como
onde
rf-=j(v)|bdquo(Ygtv (20)
A versatildeo amostrada da transformada contiacutenua de wavelet como definida nas
equaccedilotildees (19) e (20) eacute denominada transformada discreta de wavelet (TDW) oti cliserete
wavelet transform (DWT) A Figura 38 apresenta uma ilustraccedilatildeo do processo de
dilataccedilatildeocompressatildeo e o deslocamento da transfomiada discreta de vvavelet
FIGURA 38 Dilataccedilatildeocompressatildeo e deslocamento da transformada discreta de wavelet
57
A transfonnada de wavelet decompotildee o sinal amostrado em faixas de frequecircncias
que podem variar atraveacutes da compressatildeo expansatildeo do sinal no tempo
As Figuras 39 e 40 ilustram a decomposiccedilatildeo de um sinal atraveacutes do bloco baacutesico
de decomposiccedilatildeo do algoritmo de Mallat Neste processo o sinal original 5 passa atraveacutes de
filtros complementares H e L passa alta e passa baixa respectivamente Destes tlltros
emergem dois sinais com o mesmo nuacutemero de amostras que S Apoacutes a operaccedilatildeo
dowiisainpling^ que consiste em desprezar cada segunda amostra da sequecircncia tem
origem os sinais cA e cD que satildeo os coeficientes de aproximaccedilatildeo e coeficientes de detalhe da
transformada discreta de wavelet (TDW) O filtro passa baixa L tem o efeito de suavizar o
sinal gerando o que eacute denominado de aproximaccedilatildeo do sinal O filtro passa alta reteacutem a parte
de alta frequecircncia que eacute denominada de detaliie do sinal
f l )
FIGURA 39 Bloco baacutesico de decomposiccedilatildeo do sinal
-A
c A
cD
FIGURA 40 Decomposiccedilatildeo do sinal em aacutervore
58
571 FUNCcedilOtildeES DE WAVELET
Existem diversas llinccedilOgravees de wavelets ou famiacutelias de wavelets
A escolha da wavelet depende do objetivo do processamento do sinal Natildeo existem
regras poreacutem o mais indicado eacute encontrar a funccedilatildeo mais adequada para comparar agraves
componentes locais de interesse do sinal ainostrado
Inuacutemeros autores tecircm desenvolvidos funccedilotildees de wavelets com propiaacuteedades
especiais que as fazem adequadas para aplicaccedilatildeo em diferentes campos As funccedilotildees principais
satildeo Haar Daubechies Morlet Mexican Hat Meyer Bioithogonal Coifleis Symlets
A Figura 41 apresenta algumas funccedilotildees aqui mencionadas
Haar Morlet Meraquoicari Hat Meyer
iacute
Daubectiies
db2 Clti3 db5 db6
db7 Cb8 db9 dbio
FIGURA 41 Apresentaccedilatildeo de algumas funccedilotildees wavelets
59
572 NALISE DOS SINAIS VIA TRANSFORMADA DISCRETA DE WAVELET
A anaacutelise dos sinais das assinaUiras de potecircncia com aplicaccedilatildeo da transformada de
wuvelct tem como objetivo principal a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas mecacircnicas em
situaccedilotildees incipientes com objetivo de detectar anomalias em curto periodo de tempo ou seja
transientes analisando os sinais em situaccedilotildees natildeo estacionaacuterias
A teacutecnica de anaacutelise de sinais apresentada anteriormente foi implementada para a
anaacutelise de um determinado grupo de sinais que conteacutem falhas mecacircnicas devido a desgastes de
engrenagens e falhas de obstmccedilatildeo da haste da vaacutelvula devido a envergamento
Para proceder a implementaccedilatildeo desta teacutecnica foram utilizadas as facilidades de
anaacutelise e programaccedilatildeo oferecidas pelo MATLAB atraveacutes do software Wavelet Toolbox onde
vaacuterias famiacutelias de wavelets estatildeo disponiacuteveis permitindo a exploraccedilatildeo dos resultados das
anaacutelises de forma muito eficiente
A escolha da melhor wavelet a ser usada para anaacutelise de um determinado sinal eacute
um toacutepico de muita discussatildeo pois natildeo haacute nenhuma regra geral para escolha da mesma O
que ocone eacute mais uma questatildeo de bom senso e experiecircncia que se vai adquirindo agrave medida
que mais e mais experimentos utilizando as vaacuterias possibilidades vatildeo sendo realizados
Alguns aspectos baacutesicos podem ser observados para uina aproximaccedilatildeo da melhor
escolha como a similaridade do sinal com determinada wavelet aleacutem das irregularidades
presentes no sinal amostrado
Apoacutes vaacuterios experimentos foi escolhida para anaacutelise a wavelet Daubecliies bulldb4
com niacutevel de decomposiccedilatildeo 6 pois a partir desse niacutevel o processamento do sinal natildeo
apresentava melhora significativa quanto a evidecircncia da fafha
A famiacutelia de wavelet Daubechies tem-se mostrado uma boa opccedilatildeo para anaacutelise
segundo publicaccedilotildees para identificaccedilatildeo de falhas em sinais de ibraccedilatildeo e aplicaccedilotildees cm
processamento de imagens
As Figuras 42 e 43 apresentam as telas da sequecircncia da anaacutelise em caraacutelei
ilustrativo sendo os resultados e discussotildees apresentados no capiacutetulo 6
60
A Figura 42 apresenta o sinal original de falha de obstruccedilatildeo na haste e os sinais
de aproximaccedilatildeo e detalhe para aplicaccedilatildeo da vvavelet Daubechies bullbulldb4 e niacutevel de
decomposiccedilatildeo 6
Fie Optam VNDOWS
Y CONTA X ] Y 1 rio X -
Y -
1 ll X- Y- ON 1 rio
X -
Y - HISTOFJ- ZOCMAXBI
SIGNAL D
^mdash3
ANALYZE
LEVEL
STATKTICT COFRPTESS
HISLOGIAMS DE-NOISE
DISOIAY MODE
ISEPAIATEMODE _ ^
MOTE DTIPJEY OPTIOFB [
FIGURA 42 Sinai original e sinais de aproximaccedilatildeo e detalhe db4 niacutevel 6
A Figura 43 apresenta a decomposiccedilatildeo em aacutervore juntamente com o sinal
original e o sinal de aproximaccedilatildeo niacutevel 6
FIGURA 43 Decomposiccedilatildeo em arvore c sinais original e aproximaccedilatildeo niacutevel 6
COWISSAO NACIOfW- DE BiERIacuteiA NUCifARSP-IPEfiacute
61
A transformada discreta de wavelet foi utilizada neste trabalho coin objetivo
principal de obter informaccedilotildees mais detalhadas contidas nos dados medidos atraveacutes das
teacutecnicas de processamento de sinais
Destaque para aplicaccedilatildeo predominantemente de investigaccedilatildeo de sinais
transientes e detecccedilatildeo de falhas provenientes de desgastes mecacircnicos identificando-as e
caracterizando tais defeitos em simaccedilotildees incipientes
Os resultados da aplicaccedilatildeo desta teacutecnica estatildeo apresentados no capiacutemlo a seguir
62
6 RESULTADOS
61 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
As Tabelas 5 e 6 apresentam um resumo dos resultados dos casos analisados com aplicaccedilatildeo do sistema especialista atraveacutes da implementaccedilatildeo da loacutegica nebulosa para os ciclos de abertura e techamento
Nas tabelas estatildeo apresentados os arquivos de dados analisados a relaccedilatildeo das variaacuteveis de saida do sistema especialista com os respectivos resultados obtidos e o diagnoacutestico contendo a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula e a degradaccedilatildeo correspondente
Os resultados das variaacuteveis destacados na cor cinza signiiacutelcam que os mesmos se encontram fora da regiatildeo dos valores estabelecidos para a condiccedilatildeo normal de operaccedilatildeo da vaacutelvula
A distribuiccedilatildeo das situaccedilotildees operacionais do diagnoacutestico estabelecidas no presente trabalho encontram-se ilustradas na Figura 44
45 NORMAL 55 _ _ _ _ 40 ALERTA 45 55 ALERTA 60 ^ ^ ^ ^
30 I H i uuml J i 40 60 bull bull bull bull 70 30 EMERGEcircNCIA feMERGEcircNCIA 70
I FIGURA 44 Ilustraccedilatildeo das condiccedilotildees do diagnoacutestico Nas Tabelas 5 e 6 as colunas DIAGNOacuteSTICOS estatildeo divididas em
I DEGRADACcedilAtildeO e SITUACcedilAtildeO A colutia SITUACcedilAtildeO fornece as condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula conforme
descrito anteriormente e a coluna DEGRADACcedilAtildeO fornece a mais provaacutevel causa ocoirida para a respectiva SITUACcedilAtildeO do diagnoacutestico
As Figuras de 45 a 55 apresentam as assinaturas de potecircncia com as respectivas identificaccedilotildees dos arquivos de dados
As TABELAS de 7 a 17 apresentam as seguintes inlbnnaccedilotildees
bull os ciclos dc movimcntuccedilagraveo
bull a identificaccedilatildeo dos afquivos de dados
bull as infofmaccedilogravees do nuklulo de extraccedilatildeo de eventcjs contendo o nomc da variaacutevel o valor obtido c o fator dc normalizaccedilatildeo
bull as infortnaccedilogravees do sistema especialista contendo os nomes das variaacuteveis de entrada e saiacuteda e os respectivos valores normalizados obtidos
bull os residtados do diagiwstico contendo a falha observada e a situaccedilatildeo operacional da vaacutelvula monitorada
63
TABELA 5 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de abeitura
CICLO DE ABERTURA DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O
A N A L I S A D O
VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO A R Q U I V O
A N A L I S A D O CL ObS ObH FE| PcD PSC DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
U T I B L C O 500 500 500 500 501 500 padfacirco
L T I M L S C O L74 500 500 500 472 507 desajuste - chave limite emergecircncia
L T I M L S S I C O 404 500 500 500 472 507 desajuste - chae limite alerta
I T1MI SS2CO 307 500 500 500 472 507 desajuste - cliave liinite atenccedilatildeo
IT2BLCO 500 500 500 500 501 501 padiatildeo
t T 2 M L S C O 174 500 500 500 538 474 desajuste - chave litnite emergecircncia
L T 2 M L S S I C O 413 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite alerta
UT2 l LSS2CO 359 500 500 500 538 474 desajuste - chave limite atenccedilatildeo
L T2FELTC0 500 500 500 731 601 519 falha eleacutettica emergecircncia
LT2BBARC0 488 500 816 567 522 495 falha mecacircnica emergecircncia
TABELA 6 Resultados obtidos com anaacutelise dos sinais do ciclo de fechamento
CICLO DE FECHAMENTO DA VAacuteLVULA
A R Q U I V O VARIAacuteVEIS DE SAIacuteDA DIAGNOacuteSTICO
A N A L I S A D O CT ObS ObH FE PSC TM DEGRADACcedilAtildeO SITUACcedilAtildeO
l 11 BLOC 503 500 500 500 500 500 padratildeo
L i l M T S O C 826 500 500 500 512 510 desajuste - chave torque emefgecircncia
I T I M I S S I O C 568 532 500 500 512 510 desajuste - chave loixiuc alerta
I T1MTSS20C 640 532 500 500 512 510 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
L I T O B S O C 745 826 500 500 477 499 falha mecacircnica emergecircncia
I T 2 B L O C 504 500 500 500 500 500 padratildeo
L r 2 M r s o t 826 500 500 500 502 511 desajuste - chave torque emergecircncia
IT2VITSSIOC 590 500 500 500 502 511 desajuste - chav e tofque alerta
LT2MTSS20C 668 502 500 500 502 511 desajuste - chave torque atenccedilatildeo
64
800
700
600
500
lt ^ 400
ltUJ
o Q- 300
200
PADRAtildeO UTIBLCO
100
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
K f K f
1
6 8 10 12 14 16 TEMPO (seg)
18
FIGURA 45 Arquivo UTIBLCO - assinatura padratildeo
TABELA 7Arquivo UTIBLCO - RESULTADOS CICLO DE ABERTUR^
ARQUIVO UTIBLCO (padratildeoi
EXTRACcedilAtildeO Dt EVtNlOS SlSl EMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
ENTRADA SAIDA FAl HA sirr v( ( )
PARAgraveMblRuuml DE
SAIacuteDA XAlOR
FATOR DF
NORMALlA(-() FN
VARI-UTl VMOR VRIAVFi VAIOR FAl HA sirr v( ( )
1-TM 1538000 03251 1-TM 50000 1-CL 500 p a d r agrave o
2-PM 1338782 U033 2-PM 49937 2-ObS 500 padragraveo
3-PeC 699000 00072 3-PC 50328 3-ObH 500 padragraveo
4-PD 2517970 00199 4-PD 50108 4-FE 500 p a d r agrave o
5-PSC 921759 00542 5-PSC 49959 5-PD 501 p a d r agrave o
6-DP 39773 12571 6-DP 49999 6-PSC 500 p a d r atilde o
65
8G0
700
600
ccedil 5 0 0
lt
^ 400 ltUJ i-o
CL 300
200
100
O
UTIMLSCO mdashI r
O 3 4 TEMPO (seg)
FIGURA 46 Arquivo UTl MLSCO-desajuste chave limite
TABELA 8 Arquivo UTl MLSCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLTIA ARQUIVO UTIMLSCO (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVEN LOS SISTEMA ESPECIALIS IA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DL
SAIacuteDA ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIacuteDA 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC PARAcircMETRO
DL SAIacuteDA
ALOR
F-XTOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARIAVFl VALOR ARIAVLI VAIOR 1 ALUA
1
Sl IDACcedilAgraveC
1-TM 43200 03251 1-TM 14044 1-CL 174 CL Em erg
2-PM 1321668 00373 2-PM 49298 2-OhS 500 mdash OK 3-PC 7068359 00072 3-PC 50892 3-0H 500 mdash OK 4-PD 2357734 00199 4-PD 46919 4-FE 500 mdash OK 5-PSC 933610 00542 5-PSC 50602 5-PD 472 mdash OK 6-DP 18071 12571 6-DP 22717 6-PSC 50 -mdash OK
66
UT2BLC0 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt g 1000
ltLU
O 800
600
400
200
O O 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 47 Arquivo UT2BLC0 - assinamra padratildeo
TABELA 9 Arquivo UT2BLCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2BLC0 (padratildeo)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO PARiMETRO
DE SAIacuteDA
VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA 1 AIILA siruACcedilAgraveo
PARiMETRO DE
SAIacuteDA VA10R
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VARLWFL VALOR VARIAacuteVFI VALOR 1 AIILA siruACcedilAgraveo
1-TM 150450 03323 1-TM 49995 1-CL 500 PADRAgraveO
2-PM 2596610 00193 2-PM 50114 2-OhS 500 PADIAgraveO
3-PC 18005460 00028 3-PC 50415 3-ObH 500 PADRAgraveO
4-PcD 3766172 00133 4-PD 50090 4-FE 500 PADRAgraveO
5-PSC 1955709 00256 5-PSC 50092 5-PcD 501 PADRAgraveO
6-DP 22627 22097 6-DP 50000 6-PSC 501 PADRAtildeO
67
UT2MLSC0 2000
1800
1600
1400
g 1200 lt
y 1000
g 800
600
400
200
O O 8 10 12 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 48 Arquivo UT2MLSC0-desajuste chave limite
TABELA 10 Arquivo UT2MLSC0 - RESULTADOS
CICLO DE ABERTURA ARQUIVO UT2MLSC0 (desajuste chave limite)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
ENTR-ADA SAIDA 1 Al HA sirtACcedilM)
PARAgraveMCTRO Dt
s a iacute d a VAlOR
FATOR DF
NORVIAFIZACcedilAtildeO IN
VR1VTT VLOR VARIWl 1 VALOR 1 Al HA sirtACcedilM)
1-TM 84900 03323 1-TM 28212 1-CL 174 CL Emerg 2-PM 2373496 00193 2-PM 45808 2-0S 500 OK V1C 18107813 00028 3-PC 50702 3-ObH 500 OK
4074531 00133 4-PD 54191 4-FE 500 OK 5-PSC 1844276 00256 5-PSC 47213 5-PD 538 OK 6-DP 67133 22097 6-DP 14834 6-PSC 474 1 -mdash OK
68
UT2FELETC0 2500
2000
g 1500
lt o
O 1000
500
6 8 10 12 14 16 liacute TEMPO (seg)
FIGURA 49 Arquivo UT2FELTC0 - falha eleacutetrica
TABELA 11 Arquivo UT2FELTC0 - RESULTADOS CICLO DE ABERTURA
ARQUIVO UT2FELTC0 (falha eleacutetrica) EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
ENTRADA SAIDA IALHV S l l l ( vo
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA XALOR
IacuteATOR DE
NORMAL lACcedillt) H
VARIWFL V4L0R V A R I a i V i
1 VALOR IALHV S l l l ( vo
1-TM 150450 03323 1-TM 4994 1-CL 500 mdash- OK 2-PM 2826784 00193 2-PM 54557 2-ObS 500 OK 3-PC 22175460 00028 3-PC 62091 3-OblI 500 OK 4-PD 4376478 00133 4-PD 58207 4-FE 731 EIctr Emerg
5-PSC 2026991 00256 5-PSC 51891 5-PD 601 PSC alerta
6-DP 22593 22097 6-DP 49924 6-PSC 519 mdash- OK
69
UT2BBARC0 2000
1800
1600
1400
1200
1000 lt o
LU
O 800
600
400
200
O
r 1 mdash mdash mdash mdash mdash r
1 1 L L
L _ _ _ _ _ L _ _ mdash mdash mdash L _ _ _ _ _
r I 1 I r
1
o 6 8 10 TEMPO (seg)
14 16 18
FIGURA 50 Arquivo UT2BBARC0 - obstmccedilatildeo na haste
TABELA 12 Arquivo UT2BBARCO - RESULTADOS
CICLO DE ABERTLJRA ARQUIVO UT2BBARC0 (obstruccedilatildeo na hasta
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DLGNOSTCO
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
ENTRVDA SAIDA 1 A L U A sn 1 A( V()
LgtARAacuteMLIL R ( )
o r S A Iacute D A
V A L O R
F T O R
D L
N O R M A L 17 ACcedilAtildeO
F N
V^KIVLL VALOR ARIAVL 1 VAI OR 1 A L U A sn 1 A( V()
1-TM 147300 03323 1-TM 48948 1-CL 488 OK 2-PM 2964992 00193 2-PM 57211 2-0bdquoS 500 OK 3-PcC 18953438 00028 3-PC 53069 3-ObH 816 Mee Emerg
4-PD 3932422 00133 4-PD 52301 4-FE| 56 Eleacutelric alerta
5-PSC 1936247 00256 5-PSC 49568 5-PD 522 mdash OK 6-DP 219185 22097 6-DP 48433 6-PSC 495 mdash - OK
70
UTl BLOC 800
700
600
ccedil 5 0 0
^ 400
r O
CL 300
200
100
O
1
_ _ _ _ _ L _ _ _ - _ 1 _ _ _ j
1
r i 1 R
O 8 10 TEMPO (seg)
12 16 18
FIGURA 51 Arquivo UTl BLOC - assinatura padratildeo
TABELA 13 Arquivo UTl BLOC - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O UTl B L O C (puclratildeoj
E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
E N T R A D A S A Iacute D A 1 ALUA siiiJA(Atilde()
PAKAMLl RO DE
SAIacuteDA a l o r
FATOR DE
NORMALIZACcedilAtildeO FN
VR1 VLL VALuumlR VARIAacuteVEL VALIacuteIR 1 ALUA siiiJA(Atilde()
1-PA 4291990 00117 1-PA 50216 1-CT 503 padratildeo
2 - T A 01750 285714 2 - T A 50000 2-ObS 500 padratildeo
3 - D P A 3055900 00164 3 - D P A 5 0 1 P 3-OiTl 500 padratildeo
4-PM 1318408 00379 4-PM 49968 4 -FE 500 padratildeo
vTM 153450 03258 5-TM 49994 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 6798520 00074 6-PC 50309 6-TM 500 padratildeo
7-PSC 925863 00540 7-PSC 49997
8-DP 33688 14846 8-DP 50000
COWSSAO mm^L Deuro EHERC^ KUCI^FVSP-IPEfl
71
UTl MTSOC 700
600
500
lt o bullz
T o CL
bull400
300
200
100
n
1 1 |-1
1 - 1
r 1
6 3 10 TEMPO (seg)
14 15
FIGURA 52 Arquivo UTl MTSOC - desajuste chave torque
TABELA 14 Arquivo UTIMTSOC - RESULTADOS CICtO DF FECHAMENTO
ARQU1V0LT1 MTSOC EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIXGNOSTICO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
ENTRADA SAIDA lAI i IA SIILA(AtildeO
PARAcircMIiTRUuml DL
SAIacuteDA ALOR
FATOR DF
NORMAL IZA(Atilde0 FN
VAKIAacuteVn A L O R V A R I A V I T V A I O R lAI i IA SIILA(AtildeO
1 -PA 6255660 00117 1-PA 73191 1-CT 826 Emerg
2-TA 01350 285714 2-TA 38570 2-ObS 500 OK 3-DPA 4914455 00164 3-DPA 80597 3-0iH 500 OK 4-PM 1318010 00379 4-PM 49952 4-FE 500 OK 5-TM 155950 U3258 5-TM 50808 5-PSC 512 OK 6-PC 6998520 00074 6-PC 51789 6-TM 510 OK 7-PSC 943445 00540 7-PSC 50951 8-DP 33627 14846 8-DP 49923
72
UTIOBSOC 800
6 8 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 53 Arquivo UTIOBSOC - obsu-uccedilatildeo na sede
TABELA 15 Arquivo UTIOBSOC - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO
ARQU1V0UTI OBSOC (obstruccedilatildeo mecacircnica na sede)
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAgraveMETRO Dt
SAIacuteDA VALOR
FATOR DF
NORMALIZACcedilAtildeO FN
ENTRADA SAIDA
1 ALUA Sll l A(VO PARAgraveMETRO
Dt SAIacuteDA
VALOR FATOR
DF NORMALIZACcedilAtildeO
FN VARlAgraveVLl VALOR VARIAacuteVEL VAI OR
1 ALUA Sll l A(VO
1-PA 4978711 00129 1-PA 64255 1-CT 745 C T Emere
2-TA 11550 285714 2-TA 32999 2 - 0 S 826 Mec Emerg
3-DPA 2998672 00191 3-DPA 57275 3-ObH 500 OK
4-PM 1300543 003 9 4-PM 4929 4-FEi 500 OK
5-LM 153150 03258 5- IM 49896 5-PSC 477 OK
6-PC 7096094 00074 6-PC 52511 6-TM 499 OK
7-PSC 884282 00540 7-PSC 47751
S-DP 189054 14842 8-DP 28059
73
UT2BL0C 2000
1800
1600
1400
5 1200
lt ^ 1000
bullLU
O 800
600
400
200
O o 6 8 10 12 TEMPO (seg)
14
FIGURA 54 Arquivo UT2BL0C - assinatura padragraveo
TABELA 16 Arquivo UT2BL0C - RESULTADOS
CICLO DE FECHAMENTO ARQITVO UT2BL0C (padratildeo
EXTRACcedilAtildeO DE EVENTOS SISTEMA ESPECIALISTA DIAGNOSTICO
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
ENTRADA SAIDA l-ALHA siri (Agraveo
PARAcircMErRO DE
saiacuteda VAEOR
FATOR DF
NORMALlACAgraveO FN
Vi VAlOR VARIA VI 1 VAlOR l-ALHA siri (Agraveo
1-PA 5407061 00093 1-PA 50286 1-CT 504 padratildeo 2-TA 01950 256410 2-TA 50000 2-ObS 500 padratildeo 3-DPA 2942647 00170 3-DPA 50025 3-0tH 500 padratildeo 4-PM 2479245 00202 4-PM 50080 4-FE 500 padratildeo 5-TM 153450 03258 5-TM 50000 5-PSC 500 padratildeo
6-PC 18521172 00027 6-PC 50007 6-TM 500 padragraveo
7-PSC 1850626 00270 7-PSC 49967 8-DP 25699 19456 8-DP 50000
74
UT2MTS0C 2000
1800
1600
1400
g 1200
lt ^ 1000
ltUJ
O 800
600
400
200
O
L L
L _ mdash mdash mdash mdash L _ _ _ _ _ J
rrr- I
O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 TEMPO (seg)
FIGURA 55 Arquivo UT2MTSOC- desajuste chave torque
TABELA 17 Arquivo UT2MTS0C - RESULTADOS C I C L O D E F E C H A M E N T O
A R Q U I V O U T 2 M T S 0 C (desajuste chave de torqucj E X T R A Ccedil Atilde O D E E V E N T O S S I S T E M A E S P E C I A L I S T A D I A G N O S T I C O
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
E N T R A D A S A Iacute D A I-VLIIA SMUACAtildeO
PARAcircMETRO DE
SAIacuteDA
ALOR
l-AIUumlR DE
NORMALIZACcedilXO EN
VARL4VEL VALOR VARLAacuteVLL VAKIR I-VLIIA SMUACAtildeO
1-PA 1322339 00093 1-PA 12297 1-CT L826 c r Emerg 2 - T A 01500 256410 2 - T A 38461 2-OiS 500 mdash O K 3 - D P A 1059558 00170 3 - D P A 18012 3-0bdquoH 500 O K 4-PM 26088353 00202 4-PM 52688 4 -FE 500 mdash O K 5 - T M 156150 03258 5 - T M 50873 5-PSC 502 O K 6-PC 18873304 00027 6-PC 50579 6 - T M 511 O K 7-PSC 1858442 00270 7-PSC 50177 8-DP 31627 19456 8-DP 61533
75
62 RESULTADOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA DE VAVELET
Foram duas as simaccedilotildees analisadas de falhas mecacircnicas envolvendo a aplicaccedilatildeo da
transformada de wavelet discreta No primeiro caso a falha eacute caracterizada por uma obstruccedilatildeo
excessiva devido ao envergainento da haste da vaacutelvula No segundo a falha eacute originada por
desgaste mecacircnico da engrenagem da caixa de reduccedilatildeo
Como o principal objetivo da aplicaccedilatildeo da transformada discreta de wavelet
consiste na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente e o dado real das duas situaccedilotildees de
falhas encontram-se em estado avanccedilado foi necessaacuterio fazer uma regressatildeo dos dados
simulando uma condiccedilatildeo inicial de falha ou seja estado incipiente Desta maneira foi possivei
avaliar a sensibilidade de detecccedilatildeo de falha do sistema
CASO I A falha apresentada no primeiro caso consiste em uma simaccedilatildeo de
obsti-uccedilatildeo mecacircnica durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula Nesse caso satildeo
apresentados 4 sinais sendo
bull a primeira assinatura a situaccedilatildeo noimal sem falha denominada de padratildeo
ou referecircncia
bull a quarta assinatura apresenta falha real de obstruccedilatildeo mecacircnica no
movimento de abeitura
bull as assinaturas 2 c 3 foram simuladas fazendo-se uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo da situaccedilatildeo normal ou situaccedilatildeo padratildeo
O objetivo da regressatildeo estaacute na observaccedilatildeo e detecccedilatildeo da falha ainda no estado
incipiente diagnosticando uma situaccedilatildeo inicial de falha
As assinaturas de potecircncia no domiacutenio do tempo nos quatro estaacutegios estatildeo
apresentadas na Figura 56 intitulada evoluccedilatildeo de falhas-obstruccedilatildeo na mo imentaccedilatildeo
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA (obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo)
76
2000
IBOO
1B00
1400
1200
1000
300
600
4III
200
O
-padratildeo
-simulaccedilatildeo falha incipiente
-simulaccedilagraveo falha evoluiacuteda
- V
z o o m
o 2 A 6 8 10 12 14 IB 13
TEMPO(seg)
FIGURA 56 Evoluccedilatildeo de falhas obstruccedilatildeo na movimentaccedilatildeo Para anaacutelise desses sinais foi utilizada a wavelet tipo Daubechies4 nivel de
decomposiccedilatildeo 6 A Figura 57 apresenta as aproximaccedilotildees para os 6 niacuteveis de decomposiccedilatildeo do sinal com a laacutelha real
SIGNAI AND APPROXIMATION(S)
bull1500 e 1000
500 O
bull I
300 250 200 150
- mdash 1 r -
-
400
flg 200
O L 600
a 400 4 200
O
bull1000
3 3 500
1500 F bull1000 -
2 500 O
bull1500 -1000 -
1 500 h O
200 400 600 800 N di pontos
1000 1200
FIGURA 57 Sinal original e as decomposiccedilotildees
77
A Figura 58 apresenta a sobreposiccedilatildeo dos quatro casos analisados ou seja siUiaccedilatildeo padratildeo (sem falha) simulaccedilatildeo falha incipiente simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda e a situaccedilatildeo de falha real Os resultados estatildeo apresentados para lodo o ciclo de abeitura da vaacutelvula Para essa anaacutelise foi utilizada vvavelet tipo db4 nivel 6 e estatildeo apresentadas as aproximaccedilotildees de nivel 6 para cada sinal analisado
350 r
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(obs t ruccedilatildeo na m o m m e n t a ccedil i o )
300
250
1 200
g 150
bullO
t 100 2
50
bull50
mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
1
1 1 mdash padratildeo
s i m u l a ccedil atilde o fa iha incipiente
s i m u l a ccedil atilde o falha evoluiacuteda
falha real
200 400 BOO
N de pontos
1000 1200
FIGURA 58 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha - ciclo total
A Figura 59 apresenta a anaacutelise da evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de interesse ou
seja durante o intervalo de tempo de movimentaccedilatildeo da haste da vaacutelvula propriamente dito
Este graacutefico evidencia a sensibilidade de detecccedilatildeo da falha aiacutenda no estaacutegio
incipiente
350
340 --
330 -
^ 320 - -
bullpound
bullS 310 h -
300 -l
I 290 -b
2B0 -
270 -
260
250
E V O L U Ccedil Atilde O D E F A L H A
(tradeilatildeo^e mylnientaccedilatildeq)
padratildeo
mdash s i m u l a ccedil atilde o fa lha inc ip ien te
s i m u l a ccedil atilde o fa lha evolu iacuteda
fa lha real
FIGURA 59 Anaacutelise de evoluccedilatildeo de falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo da haste
78
CASO 2 A falha apresentada neste caso consiste em uma situaccedilatildeo de desgaste de
engrenagem da caixa de reduccedilatildeo do atuador A assinamra de potecircncia analisada foi obtida
durante a movimentaccedilatildeo de abeitura da vaacutelvula
Nesse caso satildeo apresentados 5 assinamras sendo
bull a primeira assinatura consiste na simaccedilatildeo normal (sem falha) denominada
de padratildeo ou referecircncia
bull a quinta assinatura apresenta falha real devido a desgaste na engrenagem
bull as assinamras 2 3 e 4 foram simuladas fazendo uma regressatildeo do sinal de
falha chegando proacuteximo a situaccedilatildeo normal simulando a simaccedilatildeo de falha
incipiente
A Figura 60 apresenta a sobreposiccedilatildeo das assinaturas de potecircncia no domiacutenio do
tempo para as cinco simaccedilotildees
Obs A assinatura de potecircncia da condiccedilatildeo padratildeo natildeo aparece no graacutetico a seguir
devido a sobreposiccedilatildeo das assinaturas
EVOLUCcedilAtildeO DE FALHA
18D0
1600
1400
1200
^ 1000 lt
1
mdash padratildeo te
bull 1
te
iacuteoom li
iacuteoom 1
iacuteoom mdash
i ii L L I l 1 l 1 1 1 1 1 Ul
800
600
400
200
B 10 TEMPO (seg)
12 14 16 18
FIGURA 60 Assinaturas de potecircncia - evoluccedilatildeo de falha de desgaste de engrenagem
79
A anaacutelise do sinal na condiccedilatildeo de falha real de desgaste de engrenagem com aplicaccedilatildeo da transfonnada discreta de wavelet utilizando wavelet Oaubechies tipo db4 nivel 6 estaacute apresentada a seguir na Figura 61
Signal and ApproximationCs) Signal and Detail(s)
1500
tooo S
500
O
200
3g 100
O
300
200
^ 100
0 -
400
a 200
o
1500
1000
500
O
50
0
-50
o -100
I OI m 2 -100
100
o
100
o
-100
1000 2000 3000 IODO 2000 3000
Huacutemero de pontos
FIGURA 61 Anaacutelise do smal coin falha real
A Figura 62 apresenta os resultados da aplicaccedilatildeo da transfonnada de vvavelet
discreta do tipo Daubechies db4 com mvel de decomposiccedilatildeo 6
Na figura estatildeo apresentados os resultados de detalhe devido a atenccedilatildeo especial agraves
componentes de alta frequecircncia ao longo de todo o tempo de movimentaccedilatildeo da vaacutelvula
Satildeo cinco graacuteficos que apresentam a evoluccedilatildeo da falha sendo
1-Resultado da aplicaccedilatildeo da TDW para a situaccedilatildeo padratildeo ou seja para a assinatura
de potecircncia de uma vaacutelvula sem defeito
2-Resultado para a situaccedilatildeo de falha simulada denominada incipiente
3-Resultado para situaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 1
4- Resultado para simaccedilatildeo simulada de falha denominada evoluiacuteda 2
5- Resultado para situaccedilatildeo de falha real
80
Evoluccedilatildeo da falha
200
O
-200
2QQ O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
_J 1 1 L_
padratildeo
- I 1_
simulaccedilatildeo falha incipiente
laquo 2og0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
u -200
200 bullo
1 0
1 -200
s 200
0
-200
-y-
_ j 1 1 L_
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
I 200deg trade degPdeg trade 2000 2500 3000 3500 4000
- falha real
O 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Huacutemero de pontos
FIGURA 62 Evoluccedilatildeo da falha - ciclo total de movimentaccedilatildeo
A Figura 63 apresenta os mesmos resultados poreacutem na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
da haste da vaacutelvula evidenciando a identificaccedilatildeo da falha durante toda evoluccedilatildeo
Evoluccedilatildeo da falha
bullo pound C bull I
20
-20 500 1000 1500 2000 2500
1000 1500 2000 2500 3000 -20
20
-20
bull= 100 u
-100
50
500 1000 1500 2000 2500
1000
oh^
-50
H-1
o 500
padratildeo
3000
simulaccedilatildeo falha incipiente
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 1
3000
simulaccedilatildeo falha evoluiacuteda 2
1500 2000 2500 3000
falha real
2500 3000 1000 1500 2000
Nuacutemero de pontos
FIGURA 63 Evoluccedilatildeo da falha na regiatildeo de movimentaccedilatildeo
COWSSIacutevO NACIONAL K ENti^A KliCLEARSP-IPpoundH
81
7 ANALISE DOS RESULTADOS
Os resultados estatildeo divididos de acordo com o meacutetodo aplicado para anaacutelise e
diagnoacutestico utilizando a base de dados sendo as rotinas implementadas e testadas
isoladamente
71 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DO SISTEMA ESPECIALISTA
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista com aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa apresentou
excelentes resultados consistentes com as condiccedilotildees preacute estabelecidas sejam elas situaccedilotildees
padrotildees ou de falhas
O objetivo principal da aplicaccedilatildeo do sistema especialista consiste na identitlcaccedilatildeo
e caracterizaccedilatildeo de falhas de ajustes das chaves limite e torque sendo este objeUvo alcanccedilado
cotn sucesso conforme resultados apresentados nas Tabelas 5 e 6 demonstrando a
funcionalidade do sistema de forma categoacuterica com o diagnoacutestico de falha apresentado
Os resultados obtidos com os dados simulados serviram para demonstrar a
sensibilidade do sistema para situaccedilotildees de falhas incipientes dando corno resultados as
simaccedilotildees de alerta e atenccedilatildeo
Ainda com aplicaccedilagraveo do sistema especialista implementado pela loacutegica nebulosa
foram realizadas anaacutelises para outros tipos de falhas como as falhas provenientes de problemas
rnecacircnicos e eleacutetricos sendo os casos dos arquivos de dados UTIOBSOC UT2BBARCO e
UT2FELTCO
Estes dados tratam de falhas mecacircnicas provenientes de obsinaccedilatildeo durante a
movimentaccedilatildeo da aacutelaila e falha eleacutetrica provenientes de probletnas de isolaccedilatildeo eleacutetrica na
paitida do motor
Os resultados foram razoaacuteveis pois o sistema identificou as falhas corretainente
para as simaccedilotildees que chamamos de falha evoluiacuteda ou seja situaccedilotildees de falha em estado
avanccedilado poreacutem para as simaccedilotildees de falhas iniciais ou incipientes o sistema natildeo respondeu
corretamente
82
72 RESULTADOS OBTIDOS COM APLICACcedilAtildeO DA TRANSFORMADA
DISCRETA DE WAVELET
O objetivo da aplicaccedilagraveo da transformada discreta de wavelet consiste em obter
informaccedilotildees mais detalhadas dos sinais de potecircncia durante a movimentaccedilagraveo da v aacute l v T i l a
A atenccedilatildeo principal estaacute na identifiacutecaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falhas provenientes
de problemas mecacircnicos
No caso foram duas as situaccedilotildees com dados disponiacuteveis coin causa e efeito
conhecido obstruccedilatildeo da haste devido a envergamento durante a movimentaccedilatildeo da vaacutelvula e
desgastes de engrenagens da caixa de reduccedilatildeo do atuador
Os casos analisados com aplicaccedilatildeo desse meacutetodo apresentaram excelentes
resultados com significativa eficiecircncia e sensibilidade evidenciando toda evoluccedilatildeo da laacutelha
desde o iniacutecio ateacute a situaccedilatildeo criacutetica
Isto pode ser observado nos graacuteficos com os resultados obtidos (FIG 58 59 62
63) nas quais estaacute bem caracterizado todo o crescimento das falhas
No caso da falha proveniente da obstaiccedilatildeo da movimentaccedilatildeo da haste ficou mais
evidente a anaacutelise atraveacutes dos coeficientes de aproximaccedilatildeo (FIG58 59) devido a atenccedilatildeo
maior agraves componentes de baixa frequumlecircncia
No caso da falha proveniente de desgastes de engrenagem a evidecircncia na
caracterizaccedilatildeo do problema se deu atraveacutes da anaacutelise dos coeficientes de detalhe (FIG62 63)
devido a observaccedilatildeo das componentes de alta frequecircncia originadas pela movimentaccedilatildeo das
engrenagens da caixa de reduccedilatildeo
8 3
8 CONCLUSAtildeO
O sistema de monitoraccedilatildeo e diagnoacutesdco desenvolvido atingiu os objetivos
propostos para o trabalho direcionados a uma metodologia de monitoraccedilatildeo e obtenccedilatildeo de
diagnoacutestico qualitativo das condiccedilotildees operacionais eleacutetricas e mecacircnicas de vaacutelvulas moto-
operadas
O enfoque principal da tese consiste na aplicaccedilatildeo de meacutetodos avanccedilados de
processamento e anaacutelise de sinais buscando identificar e caracterizar com antecedecircncia a
ocorrecircncia de possiacuteveis falhas Este objetivo foi amplamente contemplado no sistema
desenvolvido
A utilizaccedilatildeo do sistema especialista coiu aplicaccedilatildeo da loacutegica nebulosa contribuiu
significativamente proporcionando o diagnoacutestico qualitativo de forma sistemaacutetica e simples
para situaccedilotildees complexas devido ao processamento e anaacutelise de vaacuterios paracircmetros
inoniacutetorados
A sensibilidade do sistema para a detecccedilatildeo de falhas para as simaccedilotildees de
desajustes das chaves limite e torque foi plenamente atingida sendo esta a principal aplicaccedilatildeo
do sistema especialista no diagnoacutestico Aleacutem disso o sistema especialista mostrou a
possibilidade da identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de falha eleacutetrica e mecacircnica mesmo que para
situaccedilotildees de falhas mais criacuteticas
A aplicaccedilatildeo da transformada de wavelet contribuiu de forma significativa pela sua
eficiecircncia na sensibilidade da detecccedilatildeo de fenocircmenos de curta duraccedilatildeo contribuindo com
relevacircncia na identificaccedilatildeo da falha no estado incipiente localizando tais eventos no tempo e
na frequecircncia simultaneamente com relativa precisatildeo
Sobre o ponto de vista praacutetico alguns pontos satildeo importantes ressaltar como
repercussatildeo da disponibilidade do sistema desenvolvido para uma planta nuclear de potecircncia
bull Subsiacutedio importante para o operador da planta estabelecendo uma
monitoraccedilatildeo das condiccedilotildees operacionais da vaacutelvula
bull Natildeo inierieacuterecircncia na operaccedilatildeo normal da planta
bull Reduccedilatildeo de exposiccedilatildeo agrave dose de radiaccedilatildeo do pessoal teacutecnico
bull Contribuiccedilatildeo na programaccedilatildeo da manutenccedilatildeo durante a parada da usina
8 4
Como beneficios do desenvolvimento do trabalho satildeo destacados os seguintes
aspectos
bull Teacutecnico capacitaccedilatildeo para soluccedilotildees de problemas em nossa plantas
nucleares
bull Cientiacutefico intercambio com instituiccedilotildees internacionais de excelecircncia na
aacuterea de monitoraccedilatildeo e diagnoacutestico
bull Econocircmico possibilidade de prestaccedilatildeo de serviccedilos com alta qualidade
baixos custos evitando contrataccedilatildeo de empresas estrangeiras
81 RECOMENDACcedilOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
bull Desenvolvimento de bancadas de testes com vaacutelvulas moto-operadas em
uso nas plantas brasileiras para levantamento de ensaios com falhas com controle sobre as
causas e feitos
bull Emiquecimento do banco de conhecimento e por consequumlecircncia da base
de regras estabelecidas no sistema especialista
bull Automaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise utilizando a transformada de wavelet
discreta atraveacutes da utilizaccedilatildeo dos coeficientes de aproximaccedilatildeo e detalhe gerados no processo
bull Implementaccedilatildeo efetiva do sistema nas usinas nucleares brasileiras
85
APEacuteNDICE A PROGRAMA MENUP
k l = 0 e l e
h o m e w h i l e k l lt l l
e l e
k l = m e n u ( D i a g n o s t i e o d e V a l v M o t o - O p e r a d a s L e r a r q d e a s s i n a t u r a 1 F l o t a r a s s i n a t u r a 2 A r q d e p a r acirc m e t r o s 3 L e v E v e n t o s ( f e e h a m ) 4
L e v E v e n t o s ( a b e r t ) 5 O u t p u t f i l t r o s - s t e p s 6 O u t p u t f i l t r o s - r a m p a s 7 V e r E v e n t o s 8 A n aacute l i s e - V e v e l e t 9
A n aacute l i s e - L oacute g i c a F u z z y 10 S a i r )
i f k l = = l f l e r
a O = p o n t o s 1 ) b O = p o n t o s 2 )
e n d
i f k l = = 2 p l o t ( a C b O )
t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) z o o m o n
e n d
i f k l = = 3 s = 1 n o t e p a d f p a r a m m
e v a l ( s )
e n d ^ bull
i f k l = = 4 f p a r a m i d e v
f l a g l = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f m s t lt 4
86
f l a g l = f l a g l + 1 end [ m r p n r t ] = s i z e ( r a m p a ) i f m r p lt l
f l a g l = f l a g l + 1 0 e n d [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g l = f l a g l + 1 0 0 e n d i f f l a g l = = 0
g u a r d e v l s a l v a e v l
e l s e c l c d i s p ( E r r o no p a d r atilde o da a s s i n a t u r a ) d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g l ) p a u s e
e n d e n d
i f k l = = 5 f p a r a m i d e v 2 f l a g 2 = 0 [ m s t n s t ] = s i z e ( d e g r a u s ) i f ms tlt4
f l a g 2 = f l a g 2 + l e n d rampa=O [ m p c n p c ] = s i z e ( p i c o 2 ) i f mpcltl
f l a g 2 = f l a g 2 + 1 0 0 e n d i f f l a g 2 = = 0
g u a r d e v 2 s a l v a e v 2
e l s e c l c d i s p ( E r r o no pad i aL u a - l uuml ^ n m - u i d )
d i s p ( e r r o = ) d i s p ( f l a g 2 ) p a u s e
e n d e n d
87
i f k l = = 6 f o u t l
e n d
^ t ^ i - gt
i f k l = = 7 f o u t 2
e n d ^ - t j P l - bull i
i f k l = = 8 s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a O b O ) t i t l e ( p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( t e v p e v ) t i t l e ( a s s i n a t u r a p e v e n t o s )
e n d ^ i 1 t iacute -
i f k l = = 9
sai do menu e n d
^ t i iacute
i f k l = = 1 0 f u z z y
e n d e n d ^ t ^ - i - A
f l e r nome = i n p u t ( n o m e do a r q u i v o s ) e x t = p r n l o a d ( n o m e ) p o n t o s = e v a l ( s t r t o k ( n o m e e x t ) ) f u n c a o f f i l p i c
p p i c = 2 5 p p i c = 2 5
f u n c a o f r e d p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2 0 p l 3 = O p l 4 = O p l 5 = 2
f u n c a o fmed p 2 3 = 2 0 p 2 4 = 2 0
f u n c a o f s l o p p 3 3 = 1
88
p 3 4 = 1
f u n c a o f h s l o p
p 4 3 = 0 0 1 5 1 5
p 4 4 = 1 5
f u n c a o f p s
p 5 3 = 8 0 0
f u n c a o f r e d
p r l l = O
p r l 2 = O
p r l 3 = 2
f u n c a o f m e d
p r 2 1 = 1
p r 2 2 = 1
f u n c a o f s l o p
p r 3 1 = 3
p r 3 2 = 3
f u n c a o f h s l o p
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
p r 4 1 = 0 1 5
p r 4 2 = 1 5
f u n c a o f d e g
p r 5 1 = 1
p r 5 2 = 0
p r 5 3 = 0
p r 5 4 = 1
i d e n t i f i c a p i c o s A x X X x X gt bull
[ b r a r ] = r e d u z m a t ( b O a O )
[ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i I p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h
p p i c )
i d e n t i f i c a s t e p s x x
c l c
d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s - )
[ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 )
b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 )
b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 )
b 4 = b 2 - b 3
d e g r a u s = f p s ( a b b 4 p 5 3 )
d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
i d e n t i f i c a r a m p a
d i s p ( p r o c u r a n d o r a m p a )
b r = f c 4 ( b O 0 7 5 )
89
[ a r b r ] = f r e d ( a b r p r l l p r l 2 p r l 3 ) b r l = f m e d ( b r p r 2 1 p r 2 2 ) b r 2 = f s l o p ( b r l a r p r 3 1 p r 3 2 ) b r 3 = f h s l o p ( b r 2 a r p r 4 1 p r 4 2 ) r a m p a = f d e g ( a r b r 3 b r p r 5 1 p r 5 2 p r 5 3 p r 5 4 ) d i s p ( r ampa e n c o n t r a d a )
j j r x -A
f u n c t i o n [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( p o t t ) n p = m a x ( s i z e ( p o t l ) s i z e ( p o t 2 ) )
i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 1
e l s e i f ( p o t ( 1 ) lt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) gt p o t ( n p ) ) c a s o =2
e l s e i f ( p o t ( l ) gt p o t ( 2 ) ) amp ( p o t ( n p - l ) lt p o t ( n p ) ) c a s o = 3
e l s e c a s o =4
end i f c a s o = = l
p o t = [ p o t (2) p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t ( l ) t t ( n p ) + 2 ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 2
e l s e i f c a s o = = 2 p o t = [ p o t ( 2 ) p o t ] t = [ t ( l ) - ( t ( 2 ) - t ( l ) ) t ] np = n p + 1
e l s e i f c a s o = = 3 p o t = [ p o t p o t ( n p - l ) ] t = [ t t ( n p ) + ( t ( n p ) - t ( n p - l ) ) ] np = n p + 1
e l s e e n d
^ n p i c o = 1 n v a l e = 1 f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - l ) lt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) gt p o t ( i + 1 ) ) p i c o ( n p i c o ) = p o t ( i ) t p i c o ( n p i c o ) = t ( i ) n p i c o = n p i c o + l
e n d end f o r i = 2 n p - l
i f ( p o t ( i - 1 ) gt p o t ( i ) ) amp ( p o t ( i ) lt p o t ( i + 1 ) ) v a l e ( n v a l e ) = p o t ( i ) t v a l e ( n v a l e ) = t ( i ) n v a l e = n v a l e + l
90
e n d end n p i c o = n p i c o - 1 n v a l e = n v a l e - 1 i f t p i c o ( 1 ) lt t v a l e ( 1 )
f o r i = l n p i c o i f i == 1
h i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i - 1 ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i end
end e l s e
f o r i = l n p i c o i f i == n p i c o
h ( i ) = p i c o ( i ) - v a l e ( i ) e l s e
h ( i ) = m i n ( [ ( p i c o ( i ) - v a l e ( i ) ) ( p i c o ( i ) - v a l e ( i + 1 end
e n d end
^ X X X X X
f u n c t i o n [ p f v f t p f t v f h f ] = f f i l p i c ( p V t p t v h z ) s a i = uuml w h i l e s a i = = 0 n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) )
i f ( r e i n ( n 1 0 ) = = 0 ) c l c n=n
end i f t v ( l ) lt t p ( l )
d i = 0 e l s e
d i = l end
hmin = m i n ( h ) i f hmin lt= z
p p = 0 i f n = = 1
s a i = l P= [ ] t p = [ 1 t v = [ ] v= [ ] h= [ ]
e l s e f o r i = l n
C0^-SAO i ClOIacute4AL Deuro EWROacuteIA ^LEARSP-iPEM
91
i f ( h ( i ) lt = h m i n ) amp ( i lt = n ) amp ( p p = = 0 ) pp = l i f ( i = = n ) amp ( n gt l )
c a s o = l p = p ( l n - l )
T P = t p ( l n - l ) I F t v ( l ) lt t p ( l )
v = v ( l n - l ) t v = t v ( l n - l )
e l s e i f v ( n - l ) gt v ( n )
i f n gt 2 v = [ v ( l n - 2 ) v ( n ) ]
t v = [ t v l n - 2 ) t v ( n ) e l s e
v = v ( n ) t v = t v ( n )
e n d e l s e v = v ( l n - l )
t v = t v ( l n - l ) e n d
e n d e n d i f ( i = = l )
c a s o = 2 p = p ( 2 n ) T P = t p ( 2 n ) i f t v ( l ) lt t p ( l ) i f v l ) lt v ( 2 )
i f n gt 2 v = [ v ( l ) v ( 3 n ) ]
t v = [ t v ( l ) t v ( 3 n ) ] e l s e
v = v ( 1 ) t v = t v ( l )
e n d e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n)
end e l s e
v = v ( 2 n) t v = t v ( 2 n )
e n d e n d
i f ( i gt l ) amp ( n gt l ) S C ( i ~ = n )
92
c a s o = 3 p = [ p l i - l ) p ( i + l n ) ]
t p = [ t p ( l i - l ) t p ( i + l n ) ] i f V ( i - d i ) lt = v ( i - d i + 1 )
i i = i - d i + l e l s e i i = i - d i
e n d i i i = m i n ( [ i i + 1 n ] ) i f i i = = i i i
v = V ( 1 i i - 1 ) t v = t v l i i - 1 )
e l s e v = [ v ( l i i - l ) v i i i n ) ] t v = [ t v ( l i i - 1 ) t v ( i i i n ) ]
e n d e n d
n = n - l b r e a k
end e n d
end n = m a x ( s i z e ( p l ) s i z e ( p 2 ) ) h = [ ] i f t p ( l ) lt t v ( l )
f o r i = l n i f i == 1 h ( i ) = p ( i ) - v ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - v ( i - l ) ) ( p ( i ) - v ( i ) ) ] )
end e n d
e l s e f o r i = l n
i f i == n h ( i ) = p i ) - V ( i )
e l s e h ( i ) = m i n ( [ ( p ( i ) - V ( i ) ) ( p ( i ) - v ( i + 1 ) ) ] )
e n d e n d
end e l s e s a i = 1
end end c l c n=n
93
p f = p t p f = t p v f = v t v f = t v h f = h ^ + bull
f u n c t i o n [ a r e d b r e d ] = f r e d ( a b t l t 2 l i ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) j = 0 f o r i = l n
i f ( r e m ( i ] i ) = = 0) [ ( a ( i ) lt t l ) | ( a ( i ) gt t 2 )
a r e d ( j ) = a i ) b r e d ( j ) = b ( i )
end end
lt5- -bull bullbull- bull
f u n c t i o n z = f m e d ( a n l n 2 ) n = m a x ( s i z e ( a 1 ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x [ 1 i - n l ] ) 12=inin( [n i + n 2 ] ) a l ( i ) = m e d i a n ( a l l 1 2 ) )
end z = a l
^ f u n c t i o n z = f s l o p e ( a t n l n 2 ) n=niax ( s i z e a l ) s i z e ( a 2 ) ) f o r i = l n
l l = m a x ( [ 1 i - n l ] ) 1 2 = m i n ( [ n i + n 2 ] ) S = p o l Y f i t ( t ( l l 1 2 ) a ( l l 1 2 ) 1 ) a l ( i ) = s ( 1 )
end z = a l
^ ^ A- A- =k t A A A
f u n c t i o n z = f l i s l o p ( a t zln zv ) n = m a x ( s i z e ( a l ) s i z e ( a 2 ) ) a p = a 0 a n = a 0 tO = t ( 1 ) iO = l i f i m = l ]c=0 f o r i = l n
i f ( a ( i ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
94
e l s e i f ( t ( i f i m ) - t ( i O ) ) gt = z h
f o r j = i O i f i m - 1 a p ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) )
e n d e l s e
f o r j = i O i f i m - l a p ( j ) = 0
e n d e n d i f i m = i i O = i f i m
e n d e n d i O = l i f i m = 2 f o r i = l n
i f ( ( - a ( i ) ) gt z v ) amp ( i lt n ) i f i m = i
e l s e
i f ( t ( i f i m ) - t ( 1 0 ) ) gt = z h f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = m e a n ( a ( i 0 i f i m - 1 ) ) e n d
e l s e f o r j = i 0 i f i m - l
a n ( j ) = 0
e n d e n d
i f i m = i 1 0 = i f i m
e n d e n d z = a p + a n
f u n c t i o n z = f p s ( t Y y f h v ) n = m a x ( s i z e ( t 1 ) s i z e ( t 2 ) ) k = l
s t e p ( k 1 ) = 1 s t e p ( k 2 ) = t ( l ) s t e p ( k 3 ) = 0 s t e p ( k 2 ) = 0 f o r i = 2 n - l
i f ( y f ( i ) ) gt = h v i f ( y f ( i ) gt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) gt = y f ( i + 1 ) )
k = k + l
s t e p ( k 1 ) = i
95
S t e p ( k 2 ) = t ( i ) e n d
e n d i f ( y f ( i ) ) lt = - h v
i f ( y f ( i ) lt = y f ( i - 1 ) ) amp ( y f ( i ) lt = y f ( i + 1 ) ) k = k + l S t e p ( k 1 ) = i s t e p ( k 2 ) = t ( i )
e n d e n d
e n d k = k + l S t e p ( k 1 ) = n S t e p ( k 2 ) = t ( n ) s t e p ( k 3 ) = 0 f o r i = 2 k - l
1 1 = s t e p d 1 ) 1 2 = s t e p ( i + l 1 )
s t e p ( i 3 ) = m e d i a n ( y ( l l 1 2 ) ) e n d z = s t e p
f u n c t i o n z = f d e g ( t y d y h i l h i 2 h f l h f 2 ) n = m a x ( s i z e ( y l ) s i z e ( y 2 ) ) j = 0 f o r i = l n - l
i f ( y d ( i ) = = 0 ) amp ( y d ( i + l ) ~ = 0 ) j = l d e g ( j 1 ) = t ( i ) d e g ( j 2 ) = i d e g ( j 3 ) = m e d i a n ( y ( i - h i l i + h i 2 ) )
e n d i f ( y d ( i ) ~ = 0 ) amp ( y d ( i + l ) = = 0 )
d e g ( j 4 ) = t ( i ) d e g ( j 5 ) = i d e g ij 6)=median(y(i-hf1i+hf2))
e n d e n d z = d e g
^ Auml i i r + i i i
[ b r a r j = r e d u z m a t ( b O a O ) [ p i c o v a l e t p i c o t v a l e h ] = f p i c o ( b r a r )
[ p i c o 2 v a l e 2 t p i c o 2 t v a l e 2 h 2 ] = f f i l p i c ( p i c o v a l e t p i c o t v a l e h p p i c ) c l c d i s p ( p r o c u r a n d o s t e p s ) [ a b ] = f r e d ( a 0 b 0 p l 3 p l 4 p l 5 )
96
b l = f m e d ( b p 2 3 p 2 4 ) b 2 = f s l o p ( b l a p 3 3 p 3 4 ) b 3 = f h s l o p ( b 2 a p 4 3 p 4 4 ) b 4 = b 2 - b 3 d e g r a u s ^ f p s ( a b b 4 p 5 3 ) d i s p ( s t e p s e n c o n t r a d o s )
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a b l a b 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a b 3 a b 4 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e (r_ = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a b l ) t i t l e ( b l - o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 3 ) t i t l e ( o 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a b 4 ) t i t l e Cc^ = b 2 - b 3 ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o d e v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a = - s
d i s p ( e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b b l b 2 b 3 b 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
e n d
97
^ x
s u b p l o t ( 3 1 1 ) p l o t ( a b ) s u b p l o t ( 3 1 2 ) p l o t ( a r b r l a r b r 2 ) s u b p l o t ( 3 1 3 ) p l o t ( a r b r 3 ) p a u s e s u b p l o t ( 2 1 1 ) p l o t ( a b ) t i t l e ( b = p o n t o s o r i g ) s u b p l o t ( 2 1 2 ) p l o t ( a r b r l ) t i t l e ( o i = o u t p u t m e d i a n f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 2 ) t i t l e ( b 2 = o u t p u t s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e p l o t ( a r b r 3 ) t i t l e ( b 3 = o u t p u t h o r s l o p f i l t e r ) x l a b e l ( t ( s ) ) p a u s e c l c s a l v a = i n p u t ( d e s e j a s a l v a r a r q u i v o de v e t o r e s ( s n ) s ) c l c i f s a l v a -= s
d i s p ( bull e s p e r e ) f i l e n a m e = o u t l m a t l = [ a b a r b r l b r 2 b r 3 b r 4 ] w k l w r i t e ( f i l e n a m e m a t l ) c l c d i s p ( o u t l w k l s a l v o )
e l s e d i s p ( a r q n a o f o i s a l v o )
end c u x ^ ^ ^
98
APEacuteNDICE B PROGRAMA NORM_DIAG
f u n c t i o n n o r m _ d i a g ( n n )
q u e s t a o l = q u e s t d l g ( E s c o l h a C o n d i ccedil atilde o
A r q u i v o s a s e r e m c a r r e g a d o s
C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R ) C o n d i ccedil atilde o
D i a g n oacute s t i c o ( C D ) C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) )
s w i t c h q u e s t a o l
c a s e C o n d i ccedil atilde o R e f e r ecirc n c i a ( C R )
d e f i n i n d o s e o a r q u i v o eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
q u e s t a o S = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a o u f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o S
c a s e A b e r t u r a
c a m = c d
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c o l h a o
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
w a r n d l g ( 0 n o m e d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o )
r e t u r n
e l s e
c d ( p a t h _ i n )
p w d
c a m l = c d
n o m e _ a r q = a r q _ i n
m m l = d l m r e a d ( n o m e _ a r q bull 0 1 )
9) m m l ( 3 ) m m l ( 7 ) m m l ( 1 4 ) m m l ( l O ) ] m m l n = [ m m l ( 1 3 ) m m l
F N A l = 5 m m l n ( 1 )
F N A 2 = 5 m m l n ( 2 )
F N A 3 = 5 m m l n ( 3 )
F N A 4 = 5 m m l n ( 4 )
F N A 5 = 5 m m l n ( 5 )
F N A 6 = 5 m m l n 6 )
F N A --= [ F N A l F N A 2
c d ( c a m
s a v e F N A t x t F N A
e n d
c a s e F e c h a m e n t o
cami = c d
99
[ a r q _ i n p a t h _ i n ] = u i g e t f i l e ( O u t l ^ a r q u i v o aacute e f e c h a m e n t c e a g u a r a e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n )
e s c o l h a o
0 1 )
M M L 2 ( 7 ) M M L 2 ( 8 M I N L 2 ( 1 2
M R T I L 2 ( 3
w a r n d l g ( 0 nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q = a r q _ i n mml2 = d l m r e a d ( n o m e ^ a r q miml2n = [ m m l 2 ( 5 ) m m l 2 ( 6 ) mml2 ( 1 3 ) iTml2 ( 9 ) ]
FNFl FNF2 FNF3 FNF4 FNF5
FNF6 FNF7 FNF8 FNF --c d (cam)
s a v e F N F t x t FNF - a s c i i e n d
5 m m l 2 n ( l )
5 m m l 2 n ( 2 )
5 m m l 2 n ( 3 )
5 m m l 2 n ( 4 )
5 m m l 2 n ( 5 )
5 m m l 2 n ( 6 )
5 m m l 2 n ( 7 )
5 m m l 2 n ( 8 )
[ F N F l F N F 2 FNF3 FNF4 FNF5 FNF6 FNF7 F N F 8 ]
e n d c a s e C o n d i ccedil atilde o D i a g n oacute s t i c o ( C D ) q u e s t a o 2 = q u e s t d l g ( Eacute a b e r t u r a ou f e c h a m e n t o
A r q u i v o a s e r c a r r e g a d o A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 2 c a s e A b e r t u r a
l o a d F N A t x t FNAl = F N A ( 1 ) FNA2 = F N A ( 2 ) FNA3 = F N A 3 ) FNA4 = F N A ( 4 ) FNA5 = F N A ( 5 ) FNA6 = F N A ( 6 ) cam = c d [ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t 2 e s c c l
a r q u i v o d e a b e r t u r a e a g u a r d e 5 0 5 0 ) i f - i s c h a r ( a r q _ i n l )
w a r n d l g ( G nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o ) r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l )
100
pwd c a m l - c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mmll = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l m m l l n = [ m m l l ( 1 3 ) m m l l ( 9 )
m m l l ( 1 0 ) ] o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a m e d i d a s
^ O 1) m m l l ( 3 ) m m l l ( 7 ) m m l l ( 1 4 )
m m l l n ( l ) FNAl m m l l n ( 2 ) FNA2 m m l l n ( 3 ) FNA3 m m l l n ( 4 ) FNA4 m m l l n ( 5 ) FNA5 m m l l n ( 6 ) FNA6
o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s = [ o u t l a _ m e d i d a s o u t 2 a _ m e d i d a s o u t 3 a _ m e d i d a s o u t 4 a _ m e d i d a s o u t 5 a _ m e d i d a s o u t 6 a _ m e d i d a s ]
c d (cam) s a v e o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s t x t o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s - a s c i i
c a s e
e n d
Fee h a m e n t o l o a d F N F t x t FNFl = F N F ( l ) FNF 2 = F N F ( 2 ) FNF 3 = F N F ( 3 ) FNF4 = F N F ( 4 ) FNF 5 = F N F ( 5 ) FNF 6 = FNF(6 ) FNF7 = F N F ( 7 ) FNF 8 = FNF(8 ) c a m = C d
[ a r q _ i n l p a t h _ i n l ] = u i g e t f i l e ( O u t l a r q u i v o d e f e c h a m e n t o e a g u a r d e 5 0 5 0 )
i f - i s c h a r ( a r q _ i n l ) w a r n d l g ( O nome d o a r q u i v o n atilde o f o i f o r n e c i d o r e t u r n
e l s e c d ( p a t h _ i n l ) pwd c a m l = c d n o m e _ a r q l = a r q _ i n l mml21 = d l m r e a d ( n o m e _ a r q l
e s c o l h a o
mml21 mml21n = [ m m l 2 1 ( 5 ) mml21 ) mml21 ( 1 3 ) mmil21 (9 ) ]
6 )
0 1 ) m m l 2 1 ( 7 m m l 2 1 ( 8 ) m m l 2 1 ( 1 2
o u t l f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( l ) F N F 1
o u t 2 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 2 ) F N F 2
o u t 3 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 3 ) F N F 3
o u t 4 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 4 ) F N F 4
o u t 5 f _ _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 5 ) F N F 5
o u t 6 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 6 ) F N F 6
COMISSAtildeO m^m oe mimi^m
101
o u t 7 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 7 ) F N F 7
o u t 8 f _ m e d i d a s = m m l 2 1 n ( 8 ) F N F 8
o u t l f e c h a _ m e d i d a s = iacute o u t l f _ m e d i d a s o u i 2 f _ i n e d i d a s
o u t 3 f _ m e d i d a s o u t 4 f _ m e d i d a s o u t 5 f _ m e d i d a s o u t 6 f _ m e d i d a s
o u t 7 f _ m e d i d a s o u t S f _ m e d i d a s ] -
c d ( c a m )
s a v e o u t l f e c h a _ m e d i d a s t x t o u t l f e c h a _ m e d i d a s - a s c i i
e n d
e n d
q u e s t a o 3 = q u e s t d l g ( A n aacute l i s e v i a f u z z y i n f o r m e s e eacute
F a v o r r e s p o n d e r a q u e s t atilde o
A b e r t u r a F e c h a m e n t o F e c h a m e n t o )
s w i t c h q u e s t a o 3
c a s e A b e r t u r a
a a = r e a d f i s ( F u z a b e r t )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t 2 a b e r t _ m e d i d a s ] a a )
f u z z y
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g 2 ( e n t r a d a d i a g )
[ n s 2 s a c 2 v e t d i a g 2 ] = l o c _ v e t 2 ( d i a g p )
v e t _ d i a g 2 = s t r c a t ( v e t d i a g 2 = s a c 2 )
c a s e F e c h a m e n t c
a a = r e a d f i s ( F u z f e c h )
o u t = e v a l f i s ( [ o u t l f e c h a _ m e d i d a s ] a a )
s a i d a e v a l f i s = o u t
e n t r a d a d i a g = [ s a i d a e v a l f i s ]
[ d i a g d i a g p ] = l e _ a r q u i v o _ d i a g l ( e n t r a d a d i a g )
[ n s l s a c i v e t d i a g l ] = l o c _ v e t l ( d i a g p )
v e t _ d i a g l = s t r c a t ( v e t d i a g l = s a c l )
e n d
e n d
102
APEacuteNDICE C - PROGRAMA FUZZYFIS
Fuzabenfis [System] Name=Fuzabert Type=mamdani Version=20 Numlnputs=6 NumOutputs=6 NumRules=44 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod=centroid
[Input 1] Name=TM Range=[0 10] NufnMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtfimt[3008 4016 4488] MF3=NPtftmt^[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtfimt[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [Input2] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtnmr[4016 4488 5] MF4=OKtiimiacute[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtnmi[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmt[5984 7008 10 10] [lnput3] Name=PCC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmt[0 O 3008 4016]
103
MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtnmf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf [5984 7008 10 10] [Input4] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtnmf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [lnput5] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MF]=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Input6] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKlrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output 1 ] Name=CL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPti-imf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[449 5 551]
104
MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10]
[Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=OKtrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output4] Name=FEL Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf [3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Output5] Name=PCD Range=[0 10] NumMFs=7 MFi=NGtrapmf[0 0 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf [4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008]
105
MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Outputoacute] Name=PSC Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 O 3008 4016] MF2=NMtrimf[3008 4016 4488] MF3=NPtrimf[4016 4488 5] MF4=0Ktrimf[4488 5 5512] MF5=PPtrimf[5 5512 5984] MF6=PMtrimf[5512 5984 7008] MF7=PGtrapmf[5984 7008 10 10] [Rules] 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 (1 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 (1] 3 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 ( 1 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ( i 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 (i 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 (1 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 (i 4 4 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 ( i 5 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 (1 6 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 7 5 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 ( i 0 4 0 0 04 0 0 4 0 00 (1 ] 0 3 0 0 0 4 0 0 4 0 0 o( i 0 2 0 0 0 4 0 0 4 0 0 0 (i 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 (1 0 4 4 0 00 o o 0 4 0 0 (i 0 5 5 0 0 0 0 0 0 4 0 0 ( 1 0 6 6 0 0 0 0 0 0 6 0 0 (i 0 0 0 0 1 o 0 0 0 0 0 1 (i 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 ( 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 3 (1 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 ( 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 (1 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 6 (1 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 7 (1 5 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 6 7 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (1 7 7 0 0 00 o 7 0 0 0 o (i 6 6 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 (1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 o(i 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 (1 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 3 0 (1 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 4 0 (i 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 5 0 ( 1
m
0 0 0 6 0 0 0 0 0 7 0 O 0 7 6 0 0 0 O 7 7 0 0 0 0 7 0 0 0 5 0 7 0 0 0 6 0 7 0 0 0 7 0 5 0 0 0 6 0 5 0 0 0 7 0 6 0 0 0 7
0 0 0 0 6 0 ( 1 ) 0 0 0 0 7 0(1) 0 0 0 6 00 (1 ) 0 0 0 7 0 0 ( 1 ) 0 0 5 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0(1) 0 0 6 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 ) 0 0 7 0 0 0 ( 1 )
Fuzfech fis [System] Name=Fuzfech Type=mamdani Version=20 Numlnputs=8 NumOutputs=6 NumRules=41 AndMethod=min OrMethod=max ImpMethod=min AggMethod=max DefuzzMethod-centroid
[ Input 1] Name=PCA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Input2] Name=TAC Range=[0 10] NumMFs=7 MF-NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10]
107
[lnput3] Name=DPA Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Input4] Name=PM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGti-apmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtnmf[45 5 55] MF5=PPtnmf [5 55 6] MF6=PMtnmf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput5] Name=TM Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Inpuloacute] Name=PCC Range=[Uuml 10] NumMFs=7 iVIFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4-OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf[5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput7] Namc=PSC Range=[0 10]
108
NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [lnput8] Name=DP Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output 1] Name=CT Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtnmf[3 4 45] MF3=NPtrimf[4 45 5] MF4=OKtrimr[45 5 55] MF5=PPtrimf [5 55 6] MF6=PMtrimf[55 6 7] MF7=PGtrapmf[6 7 10 10] [Output2] Name=OBS Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf[3 4 45] MF3=NPtrimf [4 45 5] MF4=OKtrimf [45 5 55] MF5=PPtnmf[5 55 6] MF6=PMtrimf [55 6 7] MF7=PGtrapmf [6 7 10 10] [Output3] Name=OBH Range=[0 10] NumMFs=7 MFl=NGtrapmf[0 0 3 4] MF2=NMtrimf [3 4 45]
109
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