Ingenieria

Congreso Anual 2009 de la Asociación de México de Control Automático. Zacatecas, México.

Diagnóstico de fallas en intercambiadores de calor: enfoque MultiModelos
Betty Y. López Zapata*, Manuel Adam Medina, R.F. Escobar, C.M. Astorga-Zaragoza
Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico.
Int. Internado Palmira S/N, Palmira C.P.62490, Cuernavaca, Mor., Méxicobettylopez07e@cenidet.edu.mx
Teléfono: (777)-52-39-715
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Resumen—En este artículo se aborda el desarrollo de un
método de diagnóstico de fallas con filtro de Kalman para la
estimación de los estados y probabilidad de Bayes para la
selección de la función de activación, Este método aborda
sistemas no lineales continuamente diferenciables mediante el
enfoque multi-modelos. El caso de estudio presentado esun
intercambiador de calor
Palabras clave: Multi-modelos, filtro de Kalman, diagnóstico
de fallas.

I.

INTRODUCCIÓN

El crecimiento de la complejidad de los sistemas modernos
en la ingeniería y el incremento en la demanda de calidad,
costo, eficiencia, seguridad y fiabilidad, ha dado como
resultado un gran interés en el desarrollo de los métodos de
detección y localización defallas. En la práctica, los
procesos industriales como minería, químicos, tratamiento
de agua, son caracterizados por ser procesos complejos, los
cuales trabajan en diferentes regímenes de operación. Esto
dificulta la obtención de modelos no lineales (NL) que
describan exactamente a la planta en todo el régimen de
funcionamiento. Además que el desarrollo de modelos no
lineales requiere de unesfuerzo considerable de desarrollo
matemático, costo computacional y conocimiento de la
planta. Aun y sí, se obtiene el modelo no lineal global, este
no es apropiado para el control ya que no reúne los prerequisitos necesarios para una técnica de control no lineal
[1]. De otra forma, los modelos lineales son simples de
obtener y proveen técnicas para la identificación del sistema,
control ymonitoreo. Una alternativa atractiva para sustituir
el modelado no lineal es usar una estrategia multi-modelo
lineal.
En la literatura se han propuesto técnicas para la detección y
diagnostico de fallas [2, 3]. Estas técnicas pueden ser
clasificadas como redundancia material y redundancia
analítica. La redundancia analítica o enfoque basado en
modelo es un método popular para FDI (FaultDetection
Isolation) porque tiene la ventaja de ser económico y ocupa
menos espacio con respecto a la redundancia material [4]. El
enfoque que utiliza filtro u observador es una técnica de
redundancia funcional basada en la estimación de estados.
La idea del enfoque es reconstruir las salidas del sistema por
medio de las entradas y salidas medidas usando

observadores o filtros de Kalman yusando los residuos para
la detección de fallas [5].
Este artículo está organizado de la siguiente manera, en la
sección 2 se presenta el enfoque multi-modelo con filtro de
Kalman, en la sección 3 presentamos el caso de estudio que
es un intercambiador de calor, en la sección 4 se presentan
los resultados en simulación del enfoque multi-modelo y
finalmente en la sección 5 se presentan lasconclusiones.
II. ENFOQUE DE MODELOS MÚLTIPLES LINEALES PARA
SISTEMAS NO LINEALES

En el contexto de algoritmos de modelos múltiples de tipo
fijo, el enfoque multi-modelo lineal se utiliza para las tareas
de estimación o identificación, el control y el diagnóstico de
fallas. [6]. Para lograr el enfoque MML, se debe
descomponer un sistema no lineal, en varios regímenes de
funcionamientosimple. Se utiliza un modelo lineal en cada
punto de operación. El interés se centra en sistemas no
lineales continuamente diferenciables para su aplicación en
el diagnóstico. Cada uno de los puntos de operación
mencionados se selecciona para la definición de un
comportamiento dinámico lineal en todo el régimen de
funcionamiento del sistema no lineal. Las ecuaciones de un
sistema NL por la...