15 - estrategias de controle de processos

CONTROLE DE PROCESSOS

Estratégias de Controle


Vantagem: Correção rápida com a mudança do valor de referência.Desvantagem: Resposta lenta à distúrbios.


Controle Básico Realimentado (Feedback)

REFERENCE

OUTPUT

DISTURBE


Ex: Controle de aquecimento de água.Quando a vazão de vapor é constante o controle serásatisfatório.




Entretanto, se vazão de vapor variar mesmo que a abertura da válvula permaneça fixa a temperatura vai variar.


0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20072

73

74

75

76IAE = 147.9971 ISE = 285.4111

tem

pera

ture

Vazão do vapor Temperatura

realTemperatura

desejada




Utilizado quando a variável de Processo (PV) não pode ser mantida no valor desejado, por melhor que seja o controlador, devido a ocorrência de perturbações externas.

A variável controlada PV sofre alteração quando alguma perturbação ocorre em um variável secundária.

Ambas as variáveis (PV e variável secundária) devem ser controlada no que se chama de malha de controle primária e malha de controle secundária.

Controle Cascata



Controle Cascata

Ex: Δ pressure

PI or PID Proportional


Regrasa) Identificar a variável que provoca a maioria dos distúrbios, ou seja, aquela que mais atrapalha a variável principal.b) A malha secundária (vazão)deve possuir uma constante de tempo pequena, é desejável que seja 3 vezes menor que a constante de tempo da malha principal (temperatura).c) É mais prático iniciar a sintonia pela malha secundária (vazão) , colocando a primária (temperatura)em manual.

Primário ou Mestre

Secundário ou Escravo


Controle Cascata



Controle Cascata

Controle em Cascata montado no processo



Controle em Cascata

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20072

73

74

75

76

tem

pera

ture

0 50 100 150 20072

73

74

75

76

Controle normal

Controle Cascata



Controle Cascata



Controle Cascata

alim

produto

AC1

TC3

T2

F2

F1

T1

A2

SP1 - operador

SP2 = MV1

CV2

CV1

SP3 = MV2

CV3

Não existe limite no múmero de

cascatas!Cada um tem seu critério.

MV3

Cascata em 3 níveis!


Calcule para quanto foi a vazão de vapor. Considerando que a malha de controle estava estabilizada e que a temperatura aumentou 10% por minuto durante 2 minutos.

Dados da malha de temperaturaRange = 0 a 150oCSP = 100oCPo = 66%Td = 0,2 minG = 1,5Ação ReversaFCV linear

Dados da malha de vazãoRange = 0 a 50 T/hSP = 25 T/hPo = 50%Ti = 1 minG = 0,5Ação ReversaFCV linear

Sc = Po +/- (G.E + G.E.RPM.t + G.Td.Vd)



Controle de Relação ou Razão

Existe uma relação ou razão entre 2 variáveis. O controle satisfaz uma relação existente entre duas variáveis.




Ex: Composição em gases para anestesia.




Gases para combustão em fornalhas de caldeiras.



Dados da Malha de Combustível

Range= 0 a 1 m3/hSP = 0,1 m3/hTi = 2 minG = 0,5Po = 10%Ação ReversaFCV Linear

Calcule o valor final da vazão de combustível após 1 minuto. Considerando que a malha de controle estava estabilizada e que então a vazão de ar aumentou para 7 Nm3/h.

Dados da Malha de Ar

Range= 0 a 10 Nm3/hSP = Nm3/hTi = 1 minG = 3Ação ReversaFCV Linear

Fator divisor = 2




Controle Seletivo


Caso um dos sensores seja defeituoso, o controlador desconsiderá sua informação.


Controle OverrideEstrutura supervísória de logica: “IF”.O nível tem a prioridade enquanto a pressão não é alta



Controle Override ou Seletivo

Caso a variável controlada tenha que ser limitada em um máximo ou em um mínimo. Ou caso o número de variáveis controladas exceda o número de variáveis manipuladas.



Dados da Malha de Pressão

Range= 0 a 10 Kgf/cm2

SP = 4 Kgf/cm2

Po = 50%G = 1Ti = 0,5 minAção Direta

Calcule o SP do FIC após 1 minuto. Sabendo que após 1 minuto a demanda aumentou de 10 T/h para 15 T/h e a pressão diminuiu de 5 Kgf/cm2 para 3 Kgf/cm2.

Dados da Demanda

Range= 0 a 20 T/h



CONTROLE DE PROCESSOS Estratégias de Controle

Controle de Combustão com Limites CruzadosSão utilizados dois relês seletores, sendo um seletorde sinal baixo e outro seletor de sinal alto. Estes seletores não permitem que o excesso de ar caia baixo do valor ajustado,tanto no caso de aumento como no caso de diminuição de carga de caldeira.


Controle Split-Range ou Range Dividido

O range dividido envolve geralmente duas válvulas.Ex: Controle de temperatura.



Ex: Controle de pressão em um reator.



No exemplo, trata-se de uma forma de aquecer o produto em um processo onde a vazão sofre muitas variações. Vazões baixas basta uma válvula, vazões altas é necessário a atuação das duas.



De 0 a 50% de MV apenas uma válvula (VV1) atua, maior que 50% de MV VV1 deve estar totalmente aberta e VV2 começa a atuar.

Exemplo - Aquecimento do produto:


A malha estava estabilizada. a)Houve um aumento de temperatura de 10%/min durante 2 minutos. Após 2 minutos, qual a válvula deverá estar atuando? b)Houve uma diminuição de temperatura de 10%/min durante 1 minuto. Após 1 minuto, qual a válvula deverá estar atuando?

Dados da malha de temperaturaRange = 0 a 200oC Range = 3 a 15psiSP = 120oCPo = 60%Td = 0,5 minG = 2Ação ReversaFCV linear




Controle Antecipativo ou Feedforward


Controlador Feedfoward mede o disturbio e toma ação antecipadas na planta evitando a propagação do erro. É uma forma de controle ABERTA!

O controle antecipativo mede uma ou mais variáveis de entrada, prediz seu efeito no processo a atua diretamente sobre a variável manipulada.


Controle Antecipativo ou Feedforward

É necessário saber exatamente a equação do processo que relaciona a vazão de entrada do fluído com a temperatura, por meio da equação f(x).


O controle antecipativo puro irá funcionar apenas se forem consideradas características estáticas e dinâmicas do processo (temperatura do fluído, vazão do fluído, atrasos, etc). Ou seja, na prática não irá funcionar.


Controle Feedforward com feedback


Feedfoward

Feedback


Em aplicações de controle de processos industriais o que se faz é a utilização do controle antecipativo com um controle com realimentação. Neste caso a temperatura do fluído passa a ser medida entregue ao controle.


Controle Feedforward com feedback


A malha encontrava-se estabilizada com vazão de 100 GPM. Sabendo-se que a vazão aumentou para 120 GPM, calcular a abertura da válvula antes e após a anova estabilização da vazão, sabendo-se que a temperatura diminuiu 30oC/min durante 2 minutos. O ganho das entradas é de 0,5. Dados do TRCRange = 0 a 300oCRange = 4 a 20mASP = 125oCPo = 45%Td = 1,5 minBP = 200%Ação ReversaFCV linear Dados do FTRange = 0 a 200 GPMRange = 4 a 20mA



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