Learning Centre

Fault simulator and detection for a process control valve

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Pyötsiä, Jouni, D.Sc.
dc.contributor.author Manninen, Timo
dc.date.accessioned 2013-07-15T09:00:08Z
dc.date.available 2013-07-15T09:00:08Z
dc.date.issued 2012
dc.identifier.isbn 978-952-60-4854-3 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-4853-6 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/10461
dc.description.abstract In this study a novel fault simulator for a quarter-turn pneumatic control valve is presented. Another contribution of this study is a novel fault detection and diagnosis method for a control valve. It has been possible to analytically model control valve dynamics, despite their inherent nonlinearities for the fault simulator. These nonlinearities of the system have been identified and estimated through selected parameters. The models that were derived have been verified with measurements and the modeling error is found to be acceptable for the fault simulations. Some typical control valve faults have been simulated and the impacts on the internal variables of the flow control loop and control performance analysed. The fault simulator presented here can be used for fault detection and diagnosis, as well as robust control research. On the basis of simulations and test bench test runs it is possible to detect and diagnose typical control valve faults before they have a severe impact on flow control loop performance. This can be done with the online method introduced in this study, which requires low computing power. This means that the method is implementable in an intelligent valve controller and diagnosis can be performed without disturbing the process. The method that is introduced is based on the observation that the internal variable closest to the fault compensates and reacts first to the fault when feedback control is utilised. That leads to an operation point shift for all the internal variables before the fault in the chain of the internal variables in the system. When these operation point changes are being detected, the faults can be detected and diagnosed. This principle can be utilised in all feedback-controlled mechatronic systems. The fault detection and diagnosis method introduced here was verified with the fault simulator and test bench runs and found to be applicable to the detection and diagnosis of all the faults that were tested. en
dc.description.abstract Tässä työssä esitellään vikasimulaattori ja vikojen diagnosointimenetelmä pneumaattiselle prosessin säätöventtiilille. Vikasimulaattoria varten säätöventtiili on mallinnettu ja sen epälineaarisuudet on identifioitu estimoitujen parametrien avulla. Lisäksi mallit on verifioitu laboratoriomittausten avulla ja mallinnusvirheen on todettu olevan riittävän pieni vikasimulaatioiden suorittamiseen. Joitakin säätöventtiilivikoja on simuloitu simulaattorissa ja niiden vaikutusta on analysoitu virtauksen säätöpiiriin sisäisiin muuttujiin ja säätöpiirin suorituskykyyn. Esiteltyä vikasimulaattoria voidaan käyttää, niin vikadiagnoosimenetelmien, kuin robustin säädönkin tutkimukseen. Vikasimulaattorissa tehtyjen simulointien perusteella on mahdollista diagnosoida kaikki simuloidut viat ennenkuin ne vaikuttavat merkittävästi virtauksen säätöpiirin suorituskykyyn. Tämä diagnoosi voidaan tehdä tässä työssä esitellyllä menetelmällä, joka tarvitsee vain vähän laskentatehoa ja jossa diagnosointi tapahtuu prosessia häiritsemättä (on-line). Näinollen menetelmä voidaan toteuttaa älykkääseen venttiilinohjaimeen. Esitelty vikadiagnoosimenetelmä perustuu havaintoon, jossa vikaa lähin systeemin sisäinen muuttuja reagoi ja kompensoi vikaa takaisinkytketyssä säätöjärjestelmässä. Tämä johtaa myös siihen, että kaikkien vikaa edeltävien sisäisten muuttujien toimintapiste muuttuu vian seurauksena. Kun nämä toimintapistemuutoset voidaan havaita, voidaan myös systeemiin kohdistuvat viat diagnosoida. Esiteltyä menetelmää voidaan soveltaa kaikissa takaisinkytkettyä säätöä käyttävissä mekatronisissa järjestelmissä. Tämä esitelty menetelmä on verifioitu vikasimulaattorissa ja laboratoriossa koesarjoilla ja se pystyi diagnosoimaan kaikki testatut vikatapaukset. fi
dc.format.extent 75
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 146/2012
dc.subject.other Mechanical engineering en
dc.title Fault simulator and detection for a process control valve en
dc.title Vikasimulaattori ja vikojen havaitseminen prosessin säätöventtiilistä fi
dc.type G4 Monografiaväitöskirja fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Engineering en
dc.contributor.department Koneenrakennustekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Engineering Design and Production en
dc.subject.keyword fault simulator en
dc.subject.keyword fault detection en
dc.subject.keyword fault isolation en
dc.subject.keyword fault diagnosis en
dc.subject.keyword process control valve en
dc.subject.keyword vikasimulaattori fi
dc.subject.keyword vian havaitseminen fi
dc.subject.keyword diagnostiikka fi
dc.subject.keyword prosessin säätöventtiili fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-4854-3
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (monograph) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (monografia) fi
dc.contributor.supervisor Pietola, Matti, Prof.
dc.opn Mattila, Jouni, Prof., Tampere University of Technology, Finland
dc.opn Koskinen, Kari, Prof., Tampere University of Technology, Finland
dc.rev Mattila, Jouni, Prof., Tampere University of Technology, Finland
dc.rev Bideaux, Eric, Prof., INSA-Lyon, France
dc.date.defence 2012-11-30
local.aalto.digifolder Aalto_66337
local.aalto.digiauth ask


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

Statistics