Algılayıcı arızalarının üçlü tank sistemine etkisi

Đleriki bölümlerde yapısı ve uygulamaları sunulacak olan arıza dayanımlı denetim sisteminin benzetimini yapabilmek ve ihtiyaç duyulan arıza verilerini elde edebilmek için, PID denetleyicili üçlü tank seviye denetim sisteminin MatLab-Simulink modeli yapılmıştır. Bu model Ek’lerde Şekil A.1-A.4’te verilmektedir.

PID denetleyicinin sistemde meydana gelebilecek arızalara karşı tepkisini inceleyebilmek için benzetim çalışması üzerinde; toplamsal, çarpımsal ve tıkama tipinde algılayıcı arızaları oluşturulmuştur. Sistem modeline, Tablo 4.1’de verilmiş olan yapay algılayıcı arızaları [74] uygulanarak, arızaların sistem üzerindeki etkileri gözlemlenmiş ve bilgi tabanı oluşturmak üzere, her bir arıza durumuna ait sistemin verileri elde edilmiştir.

Tablo 4.1: Algılayıcı arızaları ve özellikleri

Durum No Arıza Tipi

N Arızasız, normal çalışma koşulu

A1 tank-2 seviye algılayıcısı için toplamsal arıza (-0.1) A2 tank-3 seviye algılayıcısı için çarpımsal arıza (x1.1) A3 tank-2 seviye algılayıcısı için çarpımsal arıza (x0.8) A4 tank-1 seviye algılayıcısı için çarpımsal arıza (x0.7) A5 tank-3 seviye algılayıcısı için toplamsal arıza (-0.1) A6 tank-1 seviye algılayıcısı için tıkama tipinde arıza (0.4) A7 tank-2 seviye algılayıcısı için toplamsal arıza (+0.05)

Tablo 4.1’deki yapay algılayıcı arızaları birer birer üçlü tank sistemine uygulanmış; her bir arıza durumunda tank-1, tank-2 ve tank-3’ün gerçek seviyeleri, seviye algılayıcısı vasıtasıyla ölçülen seviyeleri ve PID denetleyicisinin ürettiği denetim işareti sistemin geçmiş verileri (historical-base) olarak sistemden alınmış ve analizleri yapılmıştır.

Tank-2 seviye algılayıcısına 30. saniyede, A1 numaralı toplamsal -0.1’lik bir arıza uygulandığında, tank-2 gerçek seviyesinde herhangi bir değişme olmamasına rağmen, PID denetleyicisi algılayıcı arızasını seviye azalması olarak algılayıp hemen

devreye girerek, tank-2 seviyesini yeniden referans seviyesi olan 0.3’e getirmek ister. PID denetleyicisinin tüm sistemi etkilemesi sonucunda tank-1 ve tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri, tank-2 gerçek seviyesi 0.1 artar. Arızanın uygulanması sonucunda elde edilen tank-1, tank-2, tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri ile arızanın denetim işaretine olan etkisi Şekil 4.4’de gösterilmektedir. A1 numaralı arızanın Matlab- Simulink uygulama modeli Şekil A.5’de gösterilmektedir.

Tank-3 seviye algılayıcısına 30. saniyede, A2 numaralı çarpımsal 1.1’lik bir arıza uygulandığında, tank-2 ölçülen seviyesinde herhangi bir değişme olmadığı için, PID denetleyicisi devreye girmez. Bunun sunucunda sadece tank-3 seviyesi yanlış gösterilmiş olur, tankların seviyelerinde herhangi bir değişiklik meydana gelmez. Arızanın uygulanması sonucunda elde edilen tank-1, tank-2, tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri ile arızanın denetim işaretine olan etkisi Şekil 4.5’te gösterilmektedir. A2 numaralı arızanın Matlab-Simulink uygulama modeli Şekil A.6’da gösterilmektedir.

Tank-2 seviye algılayıcısına 30. saniyede, A3 numaralı çarpımsal 0.8’lik bir arıza uygulandığında, tank-2 gerçek seviyesinde herhangi bir değişme olmamasına rağmen, PID denetleyicisi tank-2 seviyesini 0.24’e düşmüş olarak algılar ve yeniden referans seviyesi olan 0.3’e getirmek ister. PID denetleyicisinin tüm sistemi etkilemesi sonucunda tank-1 ve tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri, tank-2 gerçek seviyesi 0.06 artar. Arızanın uygulanması sonucunda elde edilen tank-1, tank-2, tank- 3 gerçek ve ölçülen seviyeleri ile arızanın denetim işaretine olan etkisi Şekil 4.6’da, arızanın Matlab-Simulink uygulama modeli Şekil A.7’de gösterilmektedir.

Tank-1 seviye algılayıcısına 30. saniyede, A4 numaralı çarpımsal 0.7’lik bir arıza uygulandığında, tank-2 ölçülen seviyesinde herhangi bir değişme olmadığı için, PID denetleyicisi devreye girmez. Bunun sunucunda sadece tank-1 seviyesi yanlış gösterilmiş olur, tankların seviyelerinde herhangi bir değişiklik meydana gelmez. Arızanın uygulanması sonucunda elde edilen tank-1, tank-2, tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri ile arızanın denetim işaretine olan etkisi Şekil 4.7’de gösterilmektedir. A4 numaralı arızanın Matlab-Simulink uygulama modeli Şekil A.8’de gösterilmektedir.

Tank-3 seviye algılayıcısına 30. saniyede, A5 numaralı toplamsal -0.1’lik bir arıza uygulandığında, tank-2 ölçülen seviyesinde herhangi bir değişme olmadığı için, PID denetleyicisi devreye girmez. Bunun sunucunda sadece tank-3 seviyesi yanlış gösterilmiş olur, tankların seviyelerinde herhangi bir değişiklik meydana gelmez. Arızanın uygulanması sonucunda elde edilen tank-1, tank-2, tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri ile arızanın denetim işaretine olan etkisi Şekil 4.8’de gösterilmektedir. A5 numaralı arızanın Matlab-Simulink uygulama modeli Şekil A.9’da gösterilmektedir.

Tank-1 seviye algılayıcısına 30. saniyede, A6 numaralı tıkama tipi 0.4’lük bir arıza uygulandığında, tank-2 ölçülen seviyesinde herhangi bir değişme olmadığı için, PID denetleyicisi devreye girmez. Bunun sunucunda sadece tank-1 seviyesi yanlış gösterilmiş olur, tankların seviyelerinde herhangi bir değişiklik meydana gelmez. Arızanın uygulanması sonucunda elde edilen tank-1, tank-2, tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri ile arızanın denetim işaretine olan etkisi Şekil 4.9’da gösterilmektedir. A6 numaralı arızanın Matlab-Simulink uygulama modeli Şekil A.10’da gösterilmektedir.

Tank-2 seviye algılayıcısına 30. saniyede, A7 numaralı toplamsal +0.05’lik bir arıza uygulandığında, tank-2 gerçek seviyesinde herhangi bir değişme olmamasına rağmen, PID denetleyicisi tank-2 seviyesini 0.35’e yükselmiş olarak algılar ve yeniden referans seviyesi olan 0.3’e getirmek ister. PID denetleyicisinin tüm sistemi etkilemesi sonucunda tank-1 ve tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri, tank-2 gerçek seviyesi 0.05 azalır. Arızanın uygulanması sonucunda elde edilen tank-1, tank-2, tank-3 gerçek ve ölçülen seviyeleri ile arızanın denetim işaretine olan etkisi Şekil 4.10’da, arızanın Matlab-Simulink uygulama modeli Şekil A.11’de gösterilmektedir.

4.3. Algılayıcı Arızalarının Đstatistiksel Analizi

Arızalar, endüstriyel sistemler ve süreçler üzerinde sistemin normal olmayan cevaplar vermesine neden olurlar. Öte yandan, normal sistem uygulamalarında referans girişin değiştirilmesi de aynı değişikliklere neden olur. Normal ve arızalı durumlarda, sistemin ürettiği verilerin çevrim dışı olarak analizi, arıza durumlarını ayırt etmemizde kullanabileceğimiz performans ölçütlerinden biridir.

Sistemden elde edilmiş verilerin işlenmesi ile sinyal üzerinde meydana gelen değişiklikler gözlenebilmekte, bu amaçla sistemin geçmişine yönelik tarihsel veriler kullanılarak özellik çıkartımı yapılmaktadır.