aula pid analogico_interfaces_processo

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Controlador PID Analógico

Interfaces com o Processo

Romeu Reginatto2014

Interfaces Controlador-Processo

Controlador Processo

Interfaces Controlador-Processo

Controlador Processo

Transmissão de sinaisPV e MV

Interfaces Controlador-Processo

Controlador Processo

Transmissão de sinaisPV e MV

Sensores / Atuadores

Amplificação de sinaisConversão de sinaisTratamento de sinais

Interfaces Controlador-Processo

Controlador Processo

Transmissão de sinaisPV e MV

Sensores / Atuadores

Amplificação de sinaisConversão de sinaisTratamento de sinais

Conversão de sinaisOperação sobre sinais

Conteúdo

• Transmissão analógica• Transmissores• Sensores/Atuadores• Funções auxilidares / Conversores

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Transmissão Analógica

• Pneumática– 3 a 15 psi (libra por polegada quadrada)– 20 a 100 kPa (Pascal)– 0.2 a 1.0 Kgf/cm2

• Eletrônica– 4 a 20mA (DC). Padrão mais comum.– 1 a 5V (DC)– 0 a 20mA (DC). Ainda usado na Alemanha e alguns

outros países.

Zero “Vivo”• 4 a 20mA (DC) x 0 a 20mA (DC)

• 0/4mA = valor mínimo medido pelo sensor/transmissor• 20mA = valor máximo medido pelo sensor/transmissor

• Valores intermediários – relação linear ou fornecida pelo fabricante

4mA pode indicar o valor “zero” – mínimo do sensor/transmissor

0mA pode ser confundido entre o valor “zero” do sensor e um defeito na transmissão

Transmissão em Corrente x Tensão

FatorCorrente Tensão

Resistência dos condutores

Não afeta a transmissão

Altera o sinal transmitido

Influência de ruídos Menos sensível Mais sensível

Número de instrumentos

Não afeta o sinal Afeta o sinal

Laço de Transmissão em Corrente

1 transmissor e 1 receptor

1 transmissor e vários receptores

Instrumentos passivos e ativos

• Equipamentos compatíveis com o padrão 4-20mA podem ser passivos ou ativos:

• Passivos: não possuem fonte de alimentação interna para o laço de corrente.

• Ativos: possuem fonte de alimentação interna para fornecer tensão ao laço de corrente.

Estruturação de laços de corrente

• Laço de corrente em geral operado com tensão de 24V.

• A soma de todas quedas de tensão ao longo dos instrumentos e cabeamento do laço deve ser inferior a máxima tensão de alimentação do laço.

Fonte incluída em 1 ou mais dos

instrumentos do laço de corrente.

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Elementos de uma malha de controle

• Controlador. Realiza a função de controle na malha (ex. PID).

• Sensor ou transdutor (instrumento primário). Transforma a variável que se deseja controlar em uma variável elétrica para uso da malha de controle.

• Transmissor. Em geral associado aos sensores/transdutores, convertendo o seu sinal em outro que é padronizado e pode ser transmitido à distância.

Elementos de uma malha de controle

• Conversores. Realizam funções auxiliares dentro da malha de controle, permitindo adequação de níveis, tipos e realização de determinadas operações sobre os sinais.

• Receptores. Nome genérico dado ao dispositivo que recebe um sinal padrão enviado por um transmissor.

• Cabeamento. Conexões elétricas da malha de controle.

Elementos de uma malha de controle

• Indicadores. Equipamentos cuja função é mostrar o valor de uma determina variável do processo.

• Registradores. Equipamentos destinados a realizar o registro de uma variável do processo em geral em papel.

Transmissores Eletrônicos

Transmissores Eletrônicos

• Transmissores implementados com eletrônica analógica e/ou digital e que possuem interfaces analógicas com os sinais externos.

– Funções– Estrutura física– Características elétricas– Transmissores inteligentes

Funções

• Adequação do nível/potência do sinal de sensores / transdutores.

• Realização de operações de linearização, filtragem, tratamento do sinal.

• Conversão para um sinal padrão que pode ser transmitido a distância,em geral 4-20mA.

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Estrutura Física

• Montado próximo ao sensor/transdutor.• Invólucro adequado ao ambiente industrial

(blindagens, isolamentos, robustez, etc).• Estrutura adequada à aplicação

(acoplamento, formas de montagem, etc)• Indicação ou não da variável transmitida

(LED; cristal líquido; bar graph; galvanômetro, etc).

Características Elétricas

• Tipo 4 fios (ativo)– Alimentação independente do sinal.– Alimentação em 110/220V (2 fios).– 2 fios para o sinal 4-20mA (tensão 24V).

• Tipo 2 fios (passivo)– Alimentação obtida do próprio sinal.– Em geral de baixo consumo ou ambientes perigosos.

• Isolação galvânica para o sinal padrão.

• Entrada compatível com o sensor/transdutor.

Transmissores inteligentes

• Baseados em sistemas microprocessados• Possuem funções mais elaboradas de

tratamento do sinal• Possibilitam transmissão analógica e

digital• Capacidade de comunicação digital e

interligação em rede

Transmissores

Sensores / Transdutores

Características Fundamentais

• Faixa de medida / operação ( Range). Valores mínimo e máximo da variável medida que são mensuráveis pelo sensor em questão. Expressa nas unidades da variável medida.

• Alcance ( Span). É a diferença entre o valor máximo e mínimo da faixa de medida. Expresso na unidade da variável medida.

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Características Fundamentais

• Precisão. Tolerância de medição ou transmissão do instrumento. Erro máximo cometido em condições normais de uso. Expressa em:– Valor absoluto (unidades da variável medida)– Percentual do alcance (span)

– Percentual do valor máximo

Características Fundamentais

• Sensibilidade. Variação mínima da variável medida necessária para modificar o valor apresentado. Em geral expressa em percentual do span.

• Repetibilidade. Capacidade de reproduzir a indicação quando repetida a mesma medição nas mesmas condições. Expressa em percentual do span.

Funções Auxiliares / Conversores

Classificação

• Conversores de grandezas destinados a interfacear sinais de natureza distinta em uma mesma malha de controle.

• Relés que realizam determinadas operações matemáticas de interesse em malhas de controle simples.

Conversores de grandezas

• Conversor de corrente para pressão (I/P)– 4 a 20 mA para 0.2 a 1 kgf/cm2– Sinal de atuação em válvulas de controle

• Conversor de pressão para corrente (P/I)– 3 a 15 psi para 4 a 20 mA– Transmissão de sinal pneumático para monitoração à

distância– Uso de transmissores pneumáticos antigos em

malhas de controle já integrando controladores eletrônicos

Conversores de grandezas

• Conversor de tensão para pressão (E/P)– Similar ao conversor I/P, porém com entrada

em tensão

• Conversor de tensão para corrente (E/I)– Entrada em tensão de sensores, em geral.

– Saída em corrente padronizada (4-20mA)

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Conversores de grandezas

• Conversor de corrente para corrente (I/I)– Interface entre diferentes padrões de

transmissão em corrente, especialmente processos envolvendo equipamentos e padrões mais antigos.

– Entradas típicas: 4 a 20 mA; 10 a 50 mA; 0 a 5 A (transformador de corrente).

– Saída típica em 4 a 20 mA.

Relés de multiplicação e divisão

• Pneumáticos e eletrônicos

A

B

C

(A x B) / C

Aplicação em linearização de sensores, atuadoresou fenômenos não lineares do processo.

Relés de adição e subtração

• Pneumáticos e eletrônicos

A

B

C

A + B - C

Aplicação em combinação de sensores,associação entre malhas de controle, etc.

Extratores de Raíz Quadrada

• Pneumáticos e eletrônicos

A A

Aplicação em linearização de sensores / atuadores em malhas simples de controle.

Relés de seleção de sinal

• Pneumáticos e eletrônicos

A

C

Max(A,B)Min(A,B)A limitado a C

Operações especiais sobre ou entre malhas de controle.Exemplo: atuação sobre um aquecedor ou resfriador,

conforme o valor do sinal de controle.

Exemplo

Extrator de raíz quadrada

Conversor de escala

Relé seletor de máximo

Relé seletor de mínimoFonte. Bega, 2003.

Transmissor de vazão

Controlador de vazão