Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Control and optimization of an SBR for nitrogen removal: from model calibration to plant operation

En aquesta tesis s'ha desenvolupat un sistema de control capaç d'optimitzar el funcionament dels Reactors Discontinus Seqüencials dins el camp de l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals. El sistema de control permet ajustar en línia la durada de les etapes de reacció a partir de mesures directes o indirectes de sondes. En una primera etapa de la tesis s'ha estudiat la calibració de models matemàtics que permeten realitzar fàcilment provatures de diferents estratègies de control. A partir de l'anàlisis de dades històriques s'han plantejat diferents opcions per controlar l'SBR i les més convenients s'han provat mitjançant simulació. Després d'assegurar l'èxit de l'estratègia de control mitjançant simulacions s'ha implementat en una planta semi-industrial. Finalment es planteja l'estructura d'uns sistema supervisor encarregat de controlar el funcionament de l'SBR no només a nivell de fases sinó també a nivell cicle.

Integration of knowledge-based, qualitative and numeric tools for real time dynamic systems supervision

The proposal presented in this thesis is to provide designers of knowledge based supervisory systems of dynamic systems with a framework to facilitate their tasks avoiding interface problems among tools, data flow and management. The approach is thought to be useful to both control and process engineers in assisting their tasks. The use of AI technologies to diagnose and perform control loops and, of course, assist process supervisory tasks such as fault detection and diagnose, are in the scope of this work. Special effort has been put in integration of tools for assisting expert supervisory systems design. With this aim the experience of Computer Aided Control Systems Design (CACSD) frameworks have been analysed and used to design a Computer Aided Supervisory Systems (CASSD) framework. In this sense, some basic facilities are required to be available in this proposed framework: ·

A supervisão pedagógica e o trabalho colaborativo na promoção do desenvolvimento profissional dos professores do grupo de Física e Química

Numa escola que se encontra em transformação no sentido de se adaptar aos contextos sociais, culturais e políticos que a rodeiam, cabe aos professores serem agentes ativos na definição do caminho a percorrer, visando o aumento da qualidade educativa a proporcionar aos nossos jovens. O questionamento inerente à reflexão sobre o percurso profissional levou à identificação da situação problema e à formulação daquela que é a questão de partida deste trabalho: Como é que a Supervisão Pedagógica (e o trabalho colaborativo a ela associado) poderá contribuir para a melhoria da reflexão conjunta entre os professores do Grupo Disciplinar de Física e Química, promovendo o seu desenvolvimento Profissional? Para dar resposta a esta questão, elaborámos o enquadramento teórico, orientado pelas palavras-chave e com recurso a autores de referência, no qual pretendemos salientar as principais investigações que conferem suporte às temáticas subjacentes a este trabalho: a reflexão interpares na promoção do desenvolvimento profissional dos professores, a Supervisão pedagógica e a importância da formação docente e do trabalho colaborativo na qualidade educativa. Como o objetivo geral do trabalho de projeto é conceber um Projeto de Intervenção de Supervisão Pedagógica no Grupo Disciplinar de Física e Química, visando a melhoria do trabalho colaborativo, a promoção das atitudes reflexivas e investigativas dos docentes e o seu desenvolvimento profissional, a terceira parte foi estruturada com base nos princípios subjacentes à metodologia de projeto. Recolhemos opiniões através de Inquéritos por Questionário, realizados a todos os professores do grupo, e através de Entrevistas, realizadas apenas às professoras Coordenadora e Subcoordenadora do Departamento de Matemática e das Ciências Experimentais, da Escola Secundária Rosa. O Projeto de Intervenção de Supervisão Pedagógica deverá ser implementado e desenvolvido no Grupo Disciplinar de Física e Química da escola referida e com ele pretendemos aprofundar as práticas supervisivas e colaborativas entre os docentes, através da realização de Ciclos completos de Supervisão Pedagógica, de acordo com as fases preconizadas por Goldhammer.

What kind of European Banking Union? Bruegel Policy Contribution [2012/12?]June 25, 2012

This paper discusses the creation of a European Banking Union. First, we discuss questions of design. We highlight seven fundamental choices that decision makers will need to make: Which EU countries should participate in the banking union? To which categories of banks should it apply? Which institution should be tasked with supervision? Which one should deal with resolution? How centralised should the deposit insurance system be? What kind of fiscal backing would be required? What governance framework and political institutions would be needed? In terms of geographical scope, we see the coverage of the banking union of the euro area as necessary and of additional countries as desirable, even though this would entail important additional economic difficulties. The system should ideally cover all banks within the countries included, in order to prevent major competitive and distributional distortions. Supervisory authority should be granted either to both the ECB and a new agency, or to a new agency alone. National supervisors, acting under the authority of the European supervisor, would be tasked with the supervision of smaller banks in accordance with the subsidiarity principle. A European resolution authority should be established, with the possibility of drawing on ESM resources. A fully centralized deposit insurance system would eventually be desirable, but a system of partial reinsurance may also be envisaged at least in a first phase. A banking union would require at least implicit European fiscal backing, with significant political authority and legitimacy. Thus, banking union cannot be considered entirely separately from fiscal union and political union. The most difficult challenge of creating a European banking union lies with the short-term steps towards its eventual implementation. Many banks in the euro area, and especially in the crisis countries, are currently under stress and the move towards banking union almost certainly has significant distributional implications. Yet it is precisely because banks are under such stress that early and concrete action is needed. An overarching principle for such action is to minimize the cost to the tax payers. The first step should be to create a European supervisor that will anchor the development of the future banking union. In parallel, a capability to quickly assess the true capital position of the system’s most important banks should be created, for which we suggest establishing a temporary European Banking Sector Task Force working together with the European supervisor and other authorities. Ideally, problems identified by this process should be resolved by national authorities; in case fiscal capacities would prove insufficient, the European level would take over in the country concerned with some national financial participation, or in an even less likely adverse scenario, in all participating countries at once. This approach would require the passing of emergency legislation in the concerned countries that would give the Task Force the required access to information and, if necessary, further intervention rights. Thus, the principle of fiscal responsibility of respective member states for legacy costs would be preserved to the maximum extent possible, and at the same time, market participants and the public would be reassured that adequate tools are in place to address any eventuality.

Banking Union in three steps. CEPS Commentary, 12 June 2012

As the banking crisis in the eurozone becomes even more acute, CEPS Chief Executive Karel Lannoo exhorts the EU to not lose further precious time in creating a fully functional bank union, which would entail three main steps: creating a single supervisory authority, a common deposit protection and a harmonised bank resolution and liquidation system.

Banking Union: A Federal Model for the European Union with Prompt Corrective Action. CEPS Policy Brief No. 282, 18 September 2012

The European Commission has published its proposals for the transfer of supervisory responsibilities to the European Central Bank (ECB),1 under Article 127(6) of the TFEU, providing a comprehensive and courageous ‘first step’ towards a European banking Union, the other steps being European deposit insurance and resolution procedures. However, on a number of issues the Commission’s chosen path raises questions that should be brought out in the open and fully recognized before final deliberation by the Council.

A European Deposit Insurance and Resolution Fund - An Update. CEPS Policy Brief No. 283, 11 September 2012

Cross-border banking is currently not stable in Europe. Cross-border banks need a European safety net. Moreover, a truly integrated European level banking system may help to break the diabolical loop between the solvency of the domestic banking system and the fiscal standing of the national sovereign. This policy paper first sketches the building blocks of a banking union. Importantly, a new European Deposit Insurance and Resolution Authority (EDIRA) should start simultaneously with the ECB assuming supervisory powers. A combination of European supervision and local resolution cannot work because it is not ‘incentive compatible’. Next, this paper proposes a transition period to gradually phase in the European deposit insurance coverage. Finally, we calculate that a European Deposit Insurance Fund would amount to about €30-50 billion for the 75 euro area banks that were subject to the EBA stress tests. This Fund could be created over a period of time through risk-based deposit insurance premiums levied on these banks. Once up and running, the Fund would then turn into a European Deposit Insurance and Resolution Fund to also deal with the resolution of one or more of these European banks.

Monetary policy and banking supervision: coordination instead of separation. CEPS Policy Brief No. 286, 12 December 2012

Introduction. Following the June 2012 European Council decision to place the ‘Single Supervisory Mechanism’ (SSM) within the European Central Bank, the general presumption in the policy discussions has been that there should be ‘Chinese walls’ between the supervisory and monetary policy arms of the ECB. The current legislative proposal, in fact, is explicit on this account. On the contrary, however, this paper finds that there is no need to impose a strict separation between these two functions. The authors argue, in fact, that a strict separation of supervision and monetary policy is not even desirable during a financial crisis when the systemic stability of the financial system represents the biggest threat to a monetary policy that aims at price stability. In their view, the key problem hampering the ECB today is that it lacks detailed information on the state of health of the banking system, which is often highly confidential. Chinese walls would not solve this problem. Moreover, in light of the fact that the new, proposed Supervisory Board will be composed to a large extent of representatives of the same institutions that also dominate the Governing Council, the paper finds that it does not make sense to have Chinese walls between two boards with largely overlapping memberships. In addition, it recommends that some members of the Supervisory Boards should be “independents” in order to reduce the tendency of supervisors to unduly delay the recognition of losses.

Knowledge-elicitation and data-mining: fusing human and industrial plant information

Knowledge-elicitation is a common technique used to produce rules about the operation of a plant from the knowledge that is available from human expertise. Similarly, data-mining is becoming a popular technique to extract rules from the data available from the operation of a plant. In the work reported here knowledge was required to enable the supervisory control of an aluminium hot strip mill by the determination of mill set-points. A method was developed to fuse knowledge-elicitation and data-mining to incorporate the best aspects of each technique, whilst avoiding known problems. Utilisation of the knowledge was through an expert system, which determined schedules of set-points and provided information to human operators. The results show that the method proposed in this paper was effective in producing rules for the on-line control of a complex industrial process. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Geração de sistemas supervisórios a partir de modelos orientados a objetos

Este trabalho aborda o tema da geração de sistemas supervisórios a partir de modelos orientados a objetos. A motivação para realização do trabalho surgiu com o estudo de sistemas supervisórios e de ferramentas de suporte à modelagem de sistemas usando orientação a objetos. Notou-se que nos primeiros, apesar de possuírem como principal objetivo a visualização de estados e grandezas físicas relacionadas a componentes de plantas industriais (nível de um tanque, temperatura de um gás, por exemplo), os modelos computacionais utilizados baseiam-se em estruturas de dados não hierárquicas, nas quais variáveis de contexto global e não encapsuladas, as chamadas “tags”, são associadas às grandezas físicas a serem visualizadas. Modelos orientados a objeto, por outro lado, constituem uma excelente proposta para a criação de modelos computacionais nos quais a estrutura e semântica dos elementos de modelagem é bastante próxima a de sistemas físicos reais, facilitando a construção e compreensão dos modelos. Assim sendo, a proposta desenvolvida neste trabalho busca agregar as vantagens do uso de orientação a objetos, com conceitos existentes em sistemas supervisórios, a fim de obter-se ferramentas que melhor auxiliem o desenvolvimento de aplicações complexas. Classes e suas instâncias são usadas para modelagem de componentes da planta industrial a ser analisada. Seus atributos e estados são associados às grandezas físicas a serem visualizadas. Diferentes formas de visualização são associadas às classes, aumentando assim o reuso e facilitando o desenvolvimento de sistemas supervisórios de aplicações complexas. A proposta conceitual desenvolvida foi implementada experimentalmente como uma extensão à ferramenta SIMOO-RT, tendo sido denominada de “Supervisory Designer”. A ferramenta desenvolvida estende o modelo de objetos e classes de SIMOO-RT, permitindo a adição de informações específicas para supervisão – tais como as definições de limites para os atributos. A ferramenta foi validada através do desenvolvimento de estudos de casos de aplicações industriais reais, tendo demonstrado diversas vantagens quando comparada com o uso de ferramentas para construção de sistemas supervisórios disponíveis comercialmente).

As agências executivas no contexto da reforma do aparelho do estado: a experiência do Instituto Nacional de Metrologia, normalização e qualidade industrial - INMETRO

As autarquias e fundações públicas federais, qualificadas como Agências Executivas, serão dotadas de certa autonomia administrativa por meio da assinatura de um contrato de gestão. É por intermédio deste instrumento que o Governo Federal pretende substituir a cultura de controles puramente burocráticos por uma cultura que focalize os resultados efetivamente atingidos. Nesse sentido, o contrato de gestão seria de fundamental importância para permitir um melhor acompanhamento por parte do ministério supervisor, relativamente a avaliação de desempenho do órgão ou entidade e, especialmente, para o sucesso quanto à implementação do modelo gerencial na Administração Pública brasileira.

Banco Central e a administração de crises bancárias

Crises bancárias podem implicar uma alta redistribuição de recursos em uma sociedade. O interesse público em manter os bancos em funcionamento demanda o desenho de regimes eficazes de resolução, pois a falência desordenada desses intermediários pode ser uma fonte de risco sistêmico. O Banco Central, autoridade responsável por zelar pela higidez do sistema financeiro, pode se valer de diversos instrumentos para reestruturar ou liquidar um banco em dificuldade financeira. De modo a prevenir a propagação do risco sistêmico, as regras jurídicas conferem ao Banco Central uma ampla margem de discricionariedade no julgamento de quais bancos merecem receber assistência financeira e na escolha dos métodos de resolução bancária. O caráter globalizado das finanças exige uma maior coordenação entre autoridades domésticas na resolução de bancos que operam em múltiplas jurisdições. Algumas iniciativas de órgãos internacionais no período pós-crise de 2007-2008 têm buscado instituir, em nível global, um marco normativo para gerenciamento de crises bancárias, através da harmonização de regimes domésticos de resolução. O histórico de crises do sistema financeiro brasileiro levou ao desenvolvimento de uma rede de proteção bancária em momentos anteriores à crise financeira global de 2007-2008. Assim, o sistema financeiro brasileiro apresentou bom funcionamento mesmo nas fases mais agudas. Não tendo experimentado uma crise sistêmica no período recente, o Brasil não está passando por reformas profundas na estrutura institucional do seu sistema financeiro, a exemplo de países como Estados Unidos e Reino Unido. No entanto, desafios impostos pela crescente globalização das finanças e peculiaridades locais motivam reformas e mudanças discretas nos padrões de governança da rede de proteção brasileira. Através da reconstituição da atuação do Banco Central em três momentos de crise no Brasil, o presente trabalho busca analisar criticamente a rede de proteção bancária brasileira e os mecanismos jurídicos de accountability da autoridade financeira no exercício da supervisão e administração de crises bancárias.

A importância da fiscalização do serviço público como instrumento de gestão e política pública: uma breve análise do Sistema de Transporte Coletivo Urbano de Passageiros da Cidade de São Paulo

O trabalho tem por objetivo analisar a importância da fiscalização do serviço público como instrumento de gestão e política pública. Para tanto, propõe-se estudar o Sistema de Transporte Coletivo Urbano da Cidade de São Paulo, a partir do modelo instituído através da Lei nº 13.241/01, assim como toda a estrutura jurídica e elementos característicos presentes nessa forma de delegação. Sem a preocupação de esgotar o tema, com base na doutrina, o trabalho pretende abordar os principais conceitos que envolvem a prestação de serviços públicos, o dever legal de fiscalização e a estrutura legal da prestação dos serviços de transporte coletivo. E, a partir disso, verificar se o sistema de transporte municipal possui instrumentos jurídicos adequados á fiscalização dos serviços delegados. Além disso, busca-se avaliar se isso é suficiente para a prestação de um “serviço adequado”, ou seja, se os instrumentos de fiscalização utilizados, por si só, são efetivamente capazes de garantir as condições de regularidade, continuidade, eficiência, segurança, atualidade, generalidade, cortesia na prestação e modicidade das tarifas, conforme preceitua a lei. Em síntese, entende-se que o ordenamento jurídico dispõe de diversos mecanismos que permitem a fiscalização dos serviços públicos. Ademais, que encontra-se juridicamente adequado o modelo de fiscalização adotado pelo Município de São Paulo, para o sistema de transporte público. Todavia, apesar de ser correto, o modelo ainda necessita de melhorias, tanto no que diz respeito às obrigações estabelecidas nos contratos de concessão e permissão em vigor (e respectivos regulamentos, como é o caso do RESAM – Regulamento de Sanções e Multas), quanto na sua operação e, principalmente, na sua fiscalização. Por fim, o trabalho aponta que, tanto a regulação, quanto a fiscalização ou até mesmo a gestão, quando realizadas de forma inadequada, fomentam a prestação de um serviço público com má qualidade, ou seja, inferior à esperada pela população.