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SENAI-RJ Automao
FIRJAN
CIRJ
SESI
SENAI
IEL
CONTROLEAUTOMTICO DE
PROCESSOTeoria
verso preliminar
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CONTROLEAUTOMTICO DE
PROCESSOTeoria
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Federao das Indstrias do Estado do Rio de Janeiro FIRJANEduardo Eugenio Gouva VieiraPresidente
Diretoria Operacional CorporativaAugusto Csar Franco de AlencarDiretor
Diretor Regional do SENAI-RJFernando Sampaio Alves GuimaresDiretor
Diretoria de Educao
Andra Marinho de Souza FrancoDiretora
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5/19/2018 Controle automtico de processos.pdf
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SENAI-RJ
Rio de Janeiro
2006
FIRJAN
CIRJ
SESI
SENAI
IEL
CONTROLEAUTOMTICO DE
PROCESSOTeoria
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6SENAI-RJ
FICHA TCNICA
Gerncia de Educao Profissional - SENAI-RJ Luis Roberto Arruda
Gerncia de Produto Carlos de Mello Rodrigues Coelho
Produo Editorial Vera Regina Costa AbreuElaborao de Contedo Alexandre Gonalves do Nascimento
Luciano Santos de Oliveira
Reviso Tcnica/Atualizao zio Zerbone
Reviso Pedaggica Neise Freitas da Silva
Reviso Gramatical Maria ngela Calvo
Reviso Editorial Rita Godoy
Colaborao Bruno Souza GomesAndr Luis Campos Vieira
Projeto Grfico Artae Design & Criao
Editorao Conexo Gravat
Edio revista das apostilas Introduo instrumentao: sistemas de transmisso. Rio de
Janeiro: SENAI-DR/RJ - STE, 1990; Controle automtico de processo. Rio de Janeiro: SENAI-
DR/RJ - STE, 1990.
SENAI-RJ
GEP - Gerncia de Educao Profissional
Rua Mariz e Barros, 678 - Tijuca
20270-903 - Rio de Janeiro - RJ
Tel.: (21) 2587-1121
Fax: (21) 2254-2884
GEP@rj.senai.br
http://www.rj.senai.br
Controle automtico de processo: teoria
2006
SENAI-RJ Rio de JaneiroDiretoria de Educao
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SENAI-RJ 7
Prezado aluno,Quando voc resolveu fazer um curso em nossa instituio, talvez no soubesse que, desse
momento em diante, estaria fazendo parte do maior sistema de educao profissional do pas:
o SENAI. H mais de sessenta anos, estamos construindo uma histria de educao voltada
para o desenvolvimento tecnolgico da indstria brasileira e da formao profissional de jovense adultos.
Devido s mudanas ocorridas no modelo produtivo, o trabalhador no pode continuar
com uma viso restrita dos postos de trabalho. Hoje, o mercado exigir de voc, alm do domnio
do contedo tcnico de sua profisso, competncias que lhe permitam decidir com autonomia,
proatividade, capacidade de anlise, soluo de problemas, avaliao de resultados e propostas
de mudanas no processo do trabalho. Voc dever estar preparado para o exerccio de papis
flexveis e polivalentes, assim como para a cooperao e a interao, o trabalho em equipe e o
comprometimento com os resultados. Soma-se, ainda, que a produo constante de novos
conhecimentos e tecnologias exigir de voc a atualizao contnua de seus conhecimentos
profissionais, evidenciando a necessidade de uma formao consistente que lhe proporcione
maior adaptabilidade e instrumentos essenciais auto-aprendizagem.
Essa nova dinmica do mercado de trabalho vem requerendo que os sistemas de educao
se organizem de forma flexvel e gil, motivos esses que levaram o SENAI a criar uma estrutura
educacional, com o propsito de atender s novas necessidades da indstria, estabelecendo
uma formao flexvel e modularizada.
Essa formao flexvel tornar possvel a voc, aluno do sistema, voltar e dar continuidade
sua educao, criando seu prprio percurso. Alm de toda a infra-estrutura necessria ao seu
desenvolvimento, voc poder contar com o apoio tcnico-pedaggico da equipe de educao
dessa escola do SENAI para orient-lo em seu trajeto.
Mais do que formar um profissional, estamos buscando formar cidados.
Seja bem-vindo!
Andra Marinho de Souza Franco
Diretora de Educao
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Sumrio
1
2
APRESENTAO ...............................................................11
UMA PALAVRA INICIAL....................................................13
SISTEMAS DE TRANSMISSO...........................................17
Histrico sobre sistemas de transmisso ........................ 19
Classificao dos transmissores ..................................... 21
Quanto aplicao ............................................................... 21
Quanto ao funcionamento ..................................................... 21
Sinais padronizados ..................................................... 27
Funcionamento dos transmissores ................................. 29
Praticando................................................................... 33
CONTROLE AUTOMTICO DE PROCESSO .........................35
Consideraes iniciais cobre o controle automtico .......... 37
Processo .................................................................... 39
Variveis de um processo ...................................................... 39
Tipos de controle ......................................................... 41
Controle manual ................................................................... 41
Controle automtico ............................................................. 42
Tipos de processo ........................................................ 43
Processo contnuo ................................................................ 43
Processo em batelada........................................................... 44
Principais problemas para o controle de processos ........... 44
Capacitncia ......................................................................... 45
Resistncia ........................................................................... 45
Tempo morto ........................................................................ 46
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Processo monocapacitivo ...................................................... 47
Processo bicapacitivo ............................................................ 48
Processo multicapacitivo ........................................................ 49Elementos bsicos de uma malha de controle ................. 50
Sistema de medio ..............................................................51
Controlador .......................................................................... 52
Modos de controle ....................................................... 54
Controle de duas posies .................................................... 55
Controle proporcional ........................................................... 57
Controle proporcional + integral (PI) ...................................... 64
Controle proporcional + derivativo (PD) .................................. 68Controle proporcional + integral + derivativo (PID) ................. 72
Sistemas de controle.................................................... 75
Controle feed forward (controle antecipativo) .......................... 75
Controle split range(faixa dividida) ........................................ 77
Controle em cascata ............................................................. 78
Controle de razo (ratio control) ............................................79
Controle override (controle seletivo) ....................................... 81
Controle de limites cruzados ................................................. 82
Resposta grfica de um sistema de controle ........................... 83
Ajustes dos controladores automticos (otimizao ou sintonia) .. 86
Tecnologias afins ao controle de processo ....................... 91
CLP ......................................................................................92
SDCD e redes de comunicao ...............................................96
Profibus ................................................................................101
Praticando................................................................... 103
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .....................................105
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SENAI-RJ 11
Apresentao
SENAI-RJ 11
Controle Automtico de Processo Apresentao
A dinmica social dos tempos de globalizao exige dos profissionais atualizao constante.Mesmo as reas tecnolgicas de ponta ficam obsoletas em ciclos cada vez mais curtos, trazendo
desafios renovados a cada dia, e tendo como conseqncia para a educao a necessidade de
encontrar novas e rpidas respostas.
Nesse cenrio, impe-se a educao continuada, exigindo que os profissionais busquem
atualizao constante durante toda a sua vida e os docentes e alunos do SENAI/RJ incluem-se
nessas novas demandas sociais.
preciso, pois, promover, tanto para os docentes como para os alunos da educao
profissional, as condies que propiciem o desenvolvimento de novas formas de ensinar e
aprender, favorecendo o trabalho de equipe, a pesquisa, a iniciativa e a criatividade, entre outros
aspectos, ampliando suas possibilidades de atuar com autonomia, de forma competente .
Considerando estas questes, o objetivo deste material propiciar aos tcnicos, que j
atuam ou pretendem trabalhar na rea de instrumentao, conhecimentos e atualizao sobre
o controle automtico de processo, que ferramenta fundamental operao adequada dos
processos industriais tanto do ponto de vista da produo, envolvendo quantidade e qualidade,
quanto do ponto de vista da segurana.
Por isso, tratamos de dois temas tericos essenciais no estudo do controle automtico de
processo.Considerando que todo processo produtivo tem um sistema de monitorao, apresentamos
no primeiro captulo conhecimentos sobre telemetria, que a tcnica de transportarmos
medies obtidas no processo para um instrumento receptor, localizado a curta distncia.
J no segundo, abordamos o controle automtico de processo de forma conceitual,
abrangendo essencialmente os modos e os principais sistemas de controle.
Ressaltamos que, para obter xito neste estudo, necessrio ter domnio sobre vrios
conhecimentos, especialmente aqueles relativos medio de presso, de nvel, de vazo e
temperatura, assim como classificao dos principais tipos de instrumento.
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12SENAI-RJ
Temos a certeza de que, com a orientao do docente e o apoio deste material, que apresenta
os assuntos em linguagem simples e ilustrados com figuras e tabelas, voc vai ampliar ainda
mais sua formao profissional quanto instrumentao industrial e seus sistemas de controle.
Mas seu sucesso depende de dedicao e muito estudo.
Siga em frente e bom estudo!
Controle Automtico de Processo Apresentao
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SENAI-RJ 13
Uma palavra inicial
SENAI-RJ 13
Controle Automtico de Processo Uma Palavra Inicial
Meio ambiente...
Sade e segurana no trabalho...
O que que ns temos a ver com isso?
Antes de iniciarmos o estudo deste material, h dois pontos que merecem destaque: a
relao entre o processo produtivo e o meio ambiente; e a questo da sade e segurana no
trabalho.
As indstrias e os negcios so a base da economia moderna. Produzem os bens e serviosnecessrios, e do acesso a emprego e renda; mas, para atender a essas necessidades, precisam
usar recursos e matrias-primas. Os impactos no meio ambiente muito freqentemente
decorrem do tipo de indstria existente no local, do que ela produz e, principalmente, de como
produz.
preciso entender que todas as atividades humanas transformam o ambiente. Estamos
sempre retirando materiais da natureza, transformando-os e depois jogando o que sobra de
volta ao ambiente natural. Ao retirar do meio ambiente os materiais necessrios para produzir
bens, altera-se o equilbrio dos ecossistemas e arrisca-se ao esgotamento de diversos recursos
naturais que no so renovveis ou, quando o so, tm sua renovao prejudicada pela velocidadeda extrao, superior capacidade da natureza para se recompor. necessrio fazer planos de
curto e longo prazo, para diminuir os impactos que o processo produtivo causa na natureza.
Alm disso, as indstrias precisam se preocupar com a recomposio da paisagem e ter em
mente a sade dos seus trabalhadores e da populao que vive ao seu redor.
Com o crescimento da industrializao e a sua concentrao em determinadas reas, o
problema da poluio aumentou e se intensificou. A questo da poluio do ar e da gua
bastante complexa, pois as emisses poluentes se espalham de um ponto fixo para uma grande
regio, dependendo dos ventos, do curso da gua e das demais condies ambientais, tornando
difcil localizar, com preciso, a origem do problema. No entanto, importante repetir que,
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Controle Automtico de Processo Uma Palavra Inicial
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quando as indstrias depositam no solo os resduos, quando lanam efluentes sem tratamento
em rios, lagoas e demais corpos hdricos, causam danos ao meio ambiente.
O uso indiscriminado dos recursos naturais e a contnua acumulao de lixo mostram a
falha bsica de nosso sistema produtivo: ele opera em linha reta. Extraem-se as matrias-primas
atravs de processos de produo desperdiadores e que produzem subprodutos txicos.
Fabricam-se produtos de utilidade limitada que, finalmente, viram lixo, o qual se acumula nos
aterros. Produzir, consumir e dispensar bens desta forma, obviamente, no sustentvel.
Enquanto os resduos naturais (que no podem, propriamente, ser chamados de lixo)
so absorvidos e reaproveitados pela natureza, a maioria dos resduos deixados pelas indstrias
no tem aproveitamento para qualquer espcie de organismo vivo e, para alguns, pode at ser
fatal. O meio ambiente pode absorver resduos, redistribu-los e transform-los. Mas, da mesma
forma que a Terra possui uma capacidade limitada de produzir recursos renovveis, suacapacidade de receber resduos tambm restrita, e a de receber resduos txicos praticamente
no existe.
Ganha fora, atualmente, a idia de que as empresas devem ter procedimentos ticos que
considerem a preservao do ambiente como uma parte de sua misso. Isto quer dizer que se
devem adotar prticas voltadas para tal preocupao, introduzindo processos que reduzam o
uso de matrias-primas e energia, diminuam os resduos e impeam a poluio.
Cada indstria tem suas prprias caractersticas. Mas j sabemos que a conservao de
recursos importante. Deve haver crescente preocupao com a qualidade, durabilidade,
possibilidade de conserto e vida til dos produtos.As empresas precisam no s continuar reduzindo a poluio, como tambm buscar novas
formas de economizar energia, melhorar os efluentes, reduzir a poluio, o lixo, o uso de matrias-
primas. Reciclar e conservar energia so atitudes essenciais no mundo contemporneo.
difcil ter uma viso nica que seja til para todas as empresas. Cada uma enfrenta desafios
diferentes e pode se beneficiar de sua prpria viso de futuro. Ao olhar para o futuro, ns (o
pblico, as empresas, as cidades e as naes) podemos decidir quais alternativas so mais
desejveis e trabalhar com elas.
Infelizmente, tanto os indivduos quanto as instituies s mudaro as suas prticas quando
acreditarem que seu novo comportamento lhes trar benefcios sejam estes financeiros, para
sua reputao ou para sua segurana.
A mudana nos hbitos no uma coisa que possa ser imposta. Deve ser uma escolha de
pessoas bem-informadas a favor de bens e servios sustentveis. A tarefa criar condies que
melhorem a capacidade de as pessoas escolherem, usarem e disporem de bens e servios de
forma sustentvel.
Alm dos impactos causados na natureza, diversos so os malefcios sade humana
provocados pela poluio do ar, dos rios e mares, assim como so inerentes aos processos
produtivos alguns riscos sade e segurana do trabalhador. Atualmente, acidente do trabalho
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Controle Automtico de Processo Uma Palavra Inicial
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uma questo que preocupa os empregadores, empregados e governantes, e as conseqncias
acabam afetando a todos.
De um lado, necessrio que os trabalhadores adotem um comportamento seguro no
trabalho, usando os equipamentos de proteo individual e coletiva; de outro, cabe aos
empregadores prover a empresa com esses equipamentos, orientar quanto ao seu uso, fiscalizar
as condies da cadeia produtiva e a adequao dos equipamentos de proteo.
A reduo do nmero de acidentes s ser possvel medida que cada um trabalhador,
patro e governo assuma, em todas as situaes, atitudes preventivas, capazes de resguardar
a segurana de todos.
Deve-se considerar, tambm, que cada indstria possui um sistema produtivo prprio, e,
portanto, necessrio analis-lo em sua especificidade, para determinar seu impacto sobre o
meio ambiente, sobre a sade e os riscos que o sistema oferece segurana dos trabalhadores,propondo alternativas que possam levar melhoria de condies de vida para todos.
Da conscientizao, partimos para a ao: cresce, cada vez mais, o nmero de pases,
empresas e indivduos que, j estando conscientizados acerca dessas questes, vm
desenvolvendo aes que contribuem para proteger o meio ambiente e cuidar da nossa sade.
Mas, isso ainda no suficiente... faz-se preciso ampliar tais aes, e a educao um valioso
recurso que pode e deve ser usado em tal direo. Assim, iniciamos este material conversando
com voc sobre o meio ambiente, a sade e a segurana no trabalho, lembrando que, no exerccio
profissional dirio, voc deve agir de forma harmoniosa com o ambiente, zelando tambm pela
segurana e sade de todos no trabalho.Tente responder pergunta que inicia este texto: Meio ambiente, sade e segurana no
trabalho o que que eu tenho a ver com isso? Depois, partir para a ao. Cada um de ns
responsvel. Vamos fazer a nossa parte?
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1
Nesta seo...
Histrico sobre sistemas de transmisso
Classificao dos transmissores
Sinais padronizados
Funcionamento dos transmissores
Praticando
Sistemas de transmisso
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SENAI-RJ 19
Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Histrico sobre sistemasde transmisso
Para que melhor possamos compreender as modernas tcnicas de transmisso, interes-
sante que nos reportemos a algumas dcadas, quando ainda no haviam surgido os primeiros
transmissores, o que somente ocorreu na dcada de 1940. Antes, a leitura dos valores de cada
varivel do processo era feita apenas no prprio local, mediante instrumentos como
manmetros, termmetros, visores de nvel etc.
Essa situao pode ser demonstrada por meio do seguinte exemplo: suponhamos uma
fabrica que disponha de quatro tanques (TQ1, TQ2, TQ3 e TQ4) para armazenamento de um
determinado lquido. Na Figura 1, observamos as localizaes dos tanques.
Fig. 1
TQ1
TQ3
TQ2
TQ4
REA TOTALDA FBRICA
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20SENAI-RJ
Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Considerando-se a importncia da monitorao do nvel de cada tanque e sabendo-se da
inexistncia de transmissores, surge a necessidade da instalao de visores de nveis em cada
reservatrio. Quando o operador da unidade desejasse saber a quantidade estocada em cada
tanque, deveria locomover-se at prximo a eles.
Com o uso dos transmissores, todo esse trabalho de locomoo pde ser evitado, elimi-
nando grande deslocamento por parte do operador.
Os transmissores so instrumentos capazes de medir a varivel do processo e transmitir
um sinal proporcional a essa varivel a distncia.
Utilizando o exemplo j citado, imaginemos a mesma fbrica com transmissores instalados
em cada tanque. Essa inovao permitir a centralizao das informaes, no caso, do nvel de
cada tanque.
O local para o qual ir convergir a informao referente ao nvel de cada reservatriodenomina-se Sala de Controle.
Veja, na Figura 2, a planta da fbrica j com a incluso de modificao.
Com a incluso de uma Sala de Controle, ou simplesmente um Painel de Controle, o
trabalho de monitorao de estoque de lquido da fbrica torna-se, sem dvida, mais eficiente.
Essa centralizao de informaes foi a grande contribuio dos transmissores para a
automao dos processos.
Embora sua funo principal no tenha sido alterada, os transmissores vm sofrendo um
acelerado processo de modernizao nas ltimas dcadas, originando diferentes tipos, com
funes cada vez mais aprimoradas.
TQ1
TQ3
TQ2
TQ4
SALA DECONTROLE
Fig. 2
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Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Classificao dos
transmissores
Podem-se classificar os transmissores com base em dois critrios: quanto aplicao e
quanto ao funcionamento.
Quanto aplicao
Considerando-se a sua aplicao, os transmissores classificam-se de acordo com o tipo da
varivel medida. Assim, tm-se transmissores de presso, de nvel, de temperatura e outros.
Em razo do grande nmero de variveis a serem medidas, existe no mercado uma infinidade
de tipos e modelos diferentes de transmissores, o que inviabiliza qualquer anlise mais profunda
neste momento.
Quanto ao funcionamentoA classificao dos transmissores de acordo com o seu funcionamento bem mais
delimitada do que a anterior. Dentro desse critrio poderemos ter, basicamente, trs tipos de
transmissores: pneumticos, eletrnicos e microprocessados.
Transmissores pneumticos
Estes foram os primeiros tipos de transmissores usados industrialmente. Do incio da
dcada de 1940 at hoje, os transmissores pneumticos so utilizados.O funcionamento bsico deste instrumento consiste em converter o sinal de varivel
medida como presso, nvel, temperatura etc. em um sinal de sada pneumtico, proporcional
ao valor de varivel medida.
A seguir, apresentamos, esquematicamente, alguns exemplos de transmissores
pneumticos.
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Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
20psi
3 a 15psi
P1
P2
H+
L-
Fluxo
Transmissor tipo d/p Cell
Fig. 3
Transmissor de presso diferencial
Transmissor de temperatura
Para indicador oumecansmo detransmisso
Fig. 4
Vlvula de
retenoMercrio
Amortecedor
P1
P2
p
20psi
3 a 15psi
B
M
A R
D
E
C
Fig. 5
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Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Transmissor de nvel
Transmissor de densidade
Transmissor de presso
Fig. 6
20psi
3 a 15psiBocal
PalhetaFole
Detalhe dofolePresso
R
Tubo deBourdon
b
a
Fig. 7
Fig. 8
Reguladorde vazo
Indicador nolocal
20psi
Escala dedensidade
MercrioIndicador a distncia
Nvelconstante
Rel piloto
Rel piloto
P
Sinal de sada
20psi
Barra detorso
A
B
C
DE
F
G
H
S
M
Z
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24SENAI-RJ
Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
O boosterrecebe um sinal de entrada fraco, mas transforma-o num sinal de sada ampliado,com uma fonte de alimentao.
Esse dispositivo funciona da seguinte maneira:
Correspondendo a um aumento de presso do sinal de entrada, a membrana fecha o
escape para a atmosfera, pela vlvula esfrica do ar de alimentao, o que faz aumentar o
sinal de sada.
Correspondendo a uma diminuio do sinal de entrada, a vlvula esfrica abre-se,
deixando escapar maior quantidade do ar de alimentao, o que faz o sinal de sada
diminuir.
Quando a distncia entre o transmissor e o receptor muito grande ou se quer uma resposta
rpida no receptor, emprega-se um dispositivo chamado boosterou amplificador de sinal,mostrado na Figura 9.
Observao
Importante
Apesar de possurem um custo mais elevado, estes transmissores apresentam a grande
vantagem de no provocar risco de exploso, quando instalados em reas perigosas, sujeitas a
exploses.
Fig. 9
Membranasde borracha
Sinal de sada(P
2)
Sinal de entrada (P1)
Alimentao
Atmosfera
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SENAI-RJ 25
Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Transmissores eletrnicos
Com o advento da microeletrnica e a crescente confiabilidade dos componentes
eletrnicos, os primeiros transmissores eletrnicos puderam ser construdos.Esse tipo de transmissor emite um sinal eltrico proporcional varivel medida.
Na Figura 10, pode-se observar um transmissor eletrnico de presso.
No exemplo observado na Figura 10, o transmissor de presso (PT) envia um sinal eltrico,proporcional presso da linha.
Os transmissores eletrnicos permitem o envio de sinais a distncias muito superiores s
conseguidas com transmissores pneumticos.
Na Figura 11, vemos um transmissor eletrnico de presso.
Transmissor de presso HART LD 301
Fig. 11
Sinal de sada eltrico
P T
Fig. 10
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26SENAI-RJ
Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Transmissores microprocessados
Com a crescente informatizao dos sistemas de instrumentao, surgem, no incio dos
anos 1980, os primeiros transmissores microprocessados, ou, como normalmente soconhecidos, transmissores inteligentes.
Na verdade, esse instrumento diferencia-se do transmissor eletrnico convencional pelo
maior nmero de funes que pode executar.
O fato de possuir um microprocessador d ao transmissor inteligente a condio de executar
tarefas tais como linearizao e armazenamento de dados.
importante salientar que o sinal eltrico de sada idntico ao do transmissor eletrnico
convencional.
Para exemplificarmos uma aplicao desse tipo de transmissor, Figuras 12 e 13, suponhamos
um vaso de formato cilndrico, colocado na horizontal, no qual se deseja medir o nvel com umtransmissor de presso hidrosttica.
Como se pode observar na Figura 13, o nvel medido no vaso indicado por um indicador
de nvel (LI), instalado no painel. Mas, apesar de conhecermos o nvel do reservatrio, se
desejssemos, tambm, uma informao sobre o volume, esta no seria obtida de forma imediata,
pois a relao NVEL x VOLUME, nesse caso, no linear.
Vaso no qual se deseja medir o nvel
Fig. 13
Fig. 12
Transmissor instalado
LT LI
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SENAI-RJ 27
Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Na anlise da Figura 14, observa-se que, exceo dos pontos 50% e 100%, nos demais
valores no h coincidncia entre o percentual de nvel e o percentual de volume.
Em outras palavras, quando o nvel indicado LI fosse de 50%, o operador saberia de imediato
que o volume do lquido contido no vaso era de 50%. Mas, se o valor do nvel fosse outro, 70%,
por exemplo, seria necessrio efetuar alguns clculos para conhecer o volume.Essa dificuldade para a obteno do percentual do volume, no exemplo citado,
solucionada com a utilizao de um transmissor microprocessado. Esse instrumento teria
condies de gerar um sinal linear, em funo do volume.
Esse foi apenas um exemplo de aplicao. Na verdade, os transmissores microprocessados
podem executar muitas outras funes. importante ressaltar que existem transmissores micro-
processados para outras variveis, tais como temperatura, vazo etc.
Sinais padronizados
Independentemente do tipo de transmissor em questo, este sempre atuar enviando um
sinal proporcional varivel medida. Esse sinal poder variar, dependendo da grandeza e do
tipo de transmissor.
No caso dos transmissores pneumticos, o sinal considerado padro no mercado brasileiro
o de 3 a 15psi; em instrumentos mais antigos, ou importados, podem-se encontrar outras
faixas, tais como: 3 a 27psi, 6 a 30psi etc.
Observe, na Figura 14, o grfico que define a funo NVEL x VOLUME do exemplo citado.
Fig. 14
LT LI
% VOLUME
% NVEL
100
50
0 50 100
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Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
No sistema mtrico, a faixa de 3 a 15psi expressa com 0,2 a 1 bar, e so praticamente
equivalentes.
Nos transmissores eletrnicos, independentemente de serem microprocessados ou no,
o sinal considerado padro o de 4 a 20mAcc ou 1 a 5Vcc.
Em escala bem mais reduzida, aparecem outras faixas, tais como: 0 a 20mA, 10 a 50mA etc.
Como se pode perceber, na maioria das faixas utilizadas e, notadamente, nas faixas
padronizadas (3-15psi e 4-20mA), o nvel mnimo de sinal no zero. Dizemos que existe um
zero vivo.
O zero vivo adotado no nvel mnimo oferece a vantagem de podermos detectar avarias
(descalibrao ou rompimento do cabo), quando o sinal de entrada for 0%.
Seja o sinal eletrnico ou pneumtico, a relao com a varivel medida sempre linear.
Assim sendo, torna-se muito fcil correlacionar o sinal enviado pelo transmissor com o valor davarivel. Observe o exemplo a seguir.
Exemplo: determinar o valor da temperatura no interior de um vaso cujo transmissor de
temperatura pneumtico e est enviando um sinal de 10,2psi.
Dados: Range: -10 a 50C
Sinal padro: 3 a 15psi
1. Comparando-se as duas faixas, tem-se:
2. Interpolando-se os valores, tem-se:
15 - 3 50 - (-10)
10,2 - 3 t - (-10)
12 60
7,2 t + 10
12 (t + 10) = 60 x 7,2
5t = 60 x 7,2 - 10
12 1
t= 5 x 7,2 - 10
t= 36 - 10
t= 260C
10,2
psi C15
3
50
t
-10
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Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Funcionamento dos
transmissores
Apesar de existirem vrios fabricantes, o funcionamento bsico da maioria dos trans-
missores encontrados no mercado semelhante.
Assim sendo, descreveremos, a seguir, o funcionamento de um transmissor pneumtico e
de um transmissor eletrnico.
O funcionamento do transmissor microprocessado no transparente nossa percepo,uma vez que as principais funes desse instrumento so executadas pelo microprocessador
(circuito integrado).
Observe o esquema de um transmissor pneumtico:
Fig. 15
Transmissor pneumtico de presso
Ajuste de faixaRestrio
Suprimento
Amplificador pneumtico
Fole de realimentao
Sada de sinal
Bico-palheta
Barra de realimentao
Ajuste de zero
Clula de presso
Entrada de sinal
Diafragma
Barra de fora
Ponto A
100%
0%
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Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Verifique o seu funcionamento:
O sinal aplicado na clula de presso transmite o movimento barra de fora, por meio do
diafragma.
Esta, por sua vez, encontra-se pivotada no ponto A e tender a aproximar mais o conjunto
bico-palheta, de acordo com a intensidade do sinal aplicado (quanto maior for o sinal de
entrada, maior ser a proximidade do conjunto bico-palheta).
A maior proximidade do conjunto bico-palheta resultar numa contrapresso maior.
Esse aumento da contrapresso ser amplificado no amplificador pneumtico, que enviar
um sinal diretamente proporcional ao aumento, ao mesmo tempo para a sada de sinal e
para o fole de realimentao.
A fora produzida no fole de realimentao provocar um deslocamento da barra de rea-limentao e, conseqentemente, do ponto A.
O deslocamento do ponto A impedir que a palheta feche totalmente o bico (realimentao
negativa).
A maioria dos transmissores eletrnicos de presso fabricados atualmente no Brasil tem
como sensor a clula capacitiva. Assim sendo, apresentamos, a seguir, uma descrio desse
tipo de sensor.
A presso do processo transmitida para um diafragma sensor no centro da clula, por
meio de um diafragma isolador cheio de leo de silicone. O diafragma sensor funciona como
uma mola que se move em resposta presso diferencial sobre ele. O deslocamento do diafragma
sensor (um movimento mximo de 0,01mm) proporcional ao diferencial de presso. A posio
Fig. 16
Clula capacitativa (diferencial e absoluta)
Fios
Isolao rgida
Placas docapacitador
Diafragmasensor
leo desilicone
Diafragmaisolador
Selagens
Isolamento rgido
Placas do capacitador
Diafragma sensor
Fios
leo de silicone
SelagensDiafragma isolador
Cmara de referncia (evacuada)
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Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
do diafragma sensor detectada pelas placas do capacitor de ambos os lados dele. A capacitncia
diferencial entre o diafragma sensor e as placas do capacitor eletricamente convertida em um
sinal de 4 a 20mA ou 10 a 50mA.
A montagem da clula capacitiva (sensor) com a unidade eletrnica d origem ao
transmissor eletrnico de presso.
O funcionamento do sensor capacitivo de presso baseado nos seguintes conceitos:
P = K C1 C2
C1+ C2
P = presso do processo
K = constante
C1= capacitncia entre o lado de alta presso e o elemento sensor
C2 = capacitncia entre o lado de baixa presso e o elemento sensor
I DIF = F . Vpp(C1- C2)
I DIF = a diferena na corrente de C1- C
2
Vpp
= tenso de oscilao (pico a pico)
F = freqncia de oscilao
F . Vpp=I REF
C1+ C2
I REF = fonte de corrente constante
Assim:
I DIF = C1- C2 I REF P = constante x I DIF
C1+ C2
Observao
A clula capacitiva tambm utilizada no transmissor microprocessado de presso.
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Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
O diagrama de blocos da Figura 17 ilustra a operao do sistema.
O sensor ativado por um oscilador de 32pHz - 30Vpp, no modelo de 4 a 20mA. O sinal do
sensor passa, a seguir, por um demodulador, que consiste numa ponte de diodos, cujo sinal DC
pulsante de sada aplicado aos enrolamentos do transformador, servindo como referncia
para o amplificador que controla o oscilador.A corrente Dc, atravs dos enrolamentos do transformador, proporcional presso, de
acordo com a equao 2.
A ponte de diodos e um termistor de compensao de temperatura esto localizados no
interior do mdulo sensor.
O ajuste de linearidade um SHUNT de corrente ajustado por meio de um trimpot(sada
de 4 a 20mA) ou de um capacitor varivel trimmer(sada de 10 a 50mA). Permite uma correo
programada que eleva a tenso pico a pico do oscilador, para compensar a no-lineariedade de
1 ordem da capacitncia, em funo da presso.
O oscilador tem a sua freqncia determinada pela capacitncia do elemento sensor e
pela indutncia dos enrolamentos do transformador.
Por conseqncia, a freqncia varia em torno de um valor nominal de 32pHz (50pHz para
o modelo de 10 a 50mA).
O amplificador de controle do oscilador controla, mediante uma realimentao, a voltagem
que alimenta o oscilador, de acordo com a equao 3.
Um regulador de tenso garante uma alimentao perfeitamente estabilizada para os
amplificadores de controle do oscilador e de controle da corrente.
Os componentes de ajuste de zero (um potencimetro e uma malha resistiva) desenvolvemuma corrente que adicionada corrente do sensor.
Fig. 17
Teste
SENSOR
CONTROLEDA CORRENTE
DEMODULADOR DETECTOR DECORRENTE
LIMITADORDE
CORRENTE
REGULADORDE TENSOAmplificador
de controle dooscilador
OSCILADORAmplificador de controle da corrente
+sinal
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SENAI-RJ 33
Controle Automtico de Processo Sistemas de Transmisso
Por meio de uma chave, podemos selecionar resistores que acrescentam um valor fixo de
corrente de zero, para permitir maiores valores de supresso ou elevao (chave disponvel
apenas na opo 4 a 20mA).
O ajuste do span feito por intermdio de um potencimetro que determina a quantidade
de corrente realimentada para a entrada do amplificador de controle. Esse amplificador aciona
os transistores de controle da corrente de sada.
O detector de corrente realimentada para a entrada de um sinal corresponde soma da
corrente de zero e da corrente varivel do sensor.
Praticando
1. Com o surgimento dos transmissores, qual foi a grande contribuio dada para a rea
de controle de processos?
2. Cite uma vantagem do transmissor eletrnico em relao ao pneumtico.
3. Descreva a diferena entre um transmissor microprocessado e o transmissor eletrnico.
4. Como tambm conhecido o transmissor microprocessado?
5. Faa um resumo do transmissor eletrnico de presso (tipo clula capacitiva), incluindo
um diagrama de blocos do seu circuito.
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2
Nesta seo...
Consideraes iniciais sobre o controle automtico
Processo
Tipos de controle
Tipos de processo
Principais problemas para o controle de processo
Elementos bsicos de uma malha de controle
Modos de controle
Sistemas de controle
Tecnologias afins ao controle de processo
Praticando
Referncias bibliogrficas
Controle automtico de
processo
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SENAI-RJ 37
Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Consideraes iniciais sobreo controle automtico
Para bem compreender o funcionamento de um controle automtico, basta observar como
agiria uma pessoa se tivesse que controlar manualmente uma varivel.
Temos um exemplo bastante familiar em nossa vida diria. Quando tomamos banho de
chuveiro e temos a nossa disposio gua quente e gua fria, fazemos uma verdadeira regulagem.
Operando com as duas torneiras, procuramos dar gua a temperatura que desejamos. O que
acontece que nosso corpo age com um medidor de temperatura. O nosso crebro confronta a
temperatura que desejamos com a medida e comanda, por intermdio de nossas mos, a maior
ou menor abertura das torneiras.
O controle automtico tem representado um papel vital no avano da engenharia e da
cincia. Alm de sua extrema importncia em sistemas de veculos espaciais, msseis guiados,
pilotagem de avies, robtica e outros mais, o controle automtico tornou-se uma parte
importante e integral dos modernos processos industriais e de fabricao.
Uma v que os avanos na teoria e na prtica de controle automtico propiciam os meios
para se atingir desempenho timo de sistemas dinmicos, melhoria na produtividade, alvio no
trabalho enfadonho de muitas operaes manuais e repetitivas de rotina; fundamental quetcnicos, engenheiros e cientistas tenham um bom entendimento neste campo.
O primeiro trabalho significativo em controle automtico foi o de James Watt, no sculo X VIII,
que construiu um controlador centrfugo para controle de velocidade de uma mquina a vapor.
Atualmente, como os computadores tm-se tornado mais baratos e mais compactos, eles
so usados como parte integrante destes sistemas de controle.
Antes de iniciar o estudo do contedo desta unidade, importante conhecer abreviaturas
que so comumente usadas na rea de controle de processos, como vemos na tabela a seguir.
Podem-se obter combinaes possveis, de acordo com o funcionamento dos dispositivos
automticos.
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38SENAI-RJ
Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Tabela 1*
*Tabela tirada da ISA (Sociedade de Instrumentao da Amrica).
LETRA 1 LETRA
varivel medida do
processo
2 LETRA
funo do aparelho
3 LETRA
funo adicional do
aparelho
A
C
D
E
FG
I
L
Alarme Alarme
MP
P
R
S
T
V
W
Condutibilidade
Densidade
Vazo (fow)
Nvel (level)
Umidade (moisture)
Presso
Velocidade (speed)
Temperatura
Viscosidade
Peso (weight)
Controlador
Elemento (Primrio)
Visor (glass)
Indicador
Registrador
Segurana
Bainha (well)
Controlador
Segurana
Vlvura
Controlador
RegistradorTemperatura1
2
3
T R C
Visor
Nvel1
2
L G
IndicadorVazo1
2
F I
Segurana
Presso1
2
P S V
Vlvula3
Exemplos
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Processo
O Merrian Webster Dicionary define um processo como sendo uma operao ou
desenvolvimento natural que evolui progressivamente, caracterizado por uma srie de
mudanas de modo relativamente fixo e conduzindo a um resultado ou finalidade particulares.
Podemos, tambm, definir processo de uma maneira bem simples, como sendo uma com-
binao de recursos humanos e/ou materiais utilizados para fabricar ou modificar um produto.
Exemplo: processo de troca trmica (trocador de calor) (Figura 1).
Variveis de um processo
Variveis so grandes medidas, manuseadas e controladas, com o objetivo de manter o
processo em perfeito funcionamento.
As variveis clssicas envolvidas nos processos industriais so: presso, temperatura, vazo
e nvel. Essas so as variveis mais comuns que aparecem dentro do conceito da instrumentao,
embora, por similar idade de tratamento, outras variveis, tais como densidade, PH, viscosidade,
umidade etc., tambm faam parte das variveis medidas e controladas pela instrumentao.Estas variveis podem ser controladas ou manipuladas.
Varivel controlada
a varivel que est submetida ao controle, ou seja, aquela que se deseja controlar.
tambm chamada de varivel do processo.
Varivel manipulada
a varivel manuseada com o objetivo de se manter a varivel controlada dentro de valoresdesejados.
Produto frio
Vapor
Produto quente
T
T I
Fig. 1
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Faixa de medida (range)
o conjunto de valores da varivel medida/controlada, que est compreendido
dentro dos limites superior e inferior de capacidade de medio, transmisso ou controle
do instrumento.
Alcance (span)
a diferena algbrica entre os valores superior e inferior da faixa de medida (range)
do instrumento.
Preciso (accuracy) a tolerncia de medio ou transmisso do instrumento.
Histerese (hysteresis)
Diferena mxima que se observa nos valores indicados pelo instrumento, para um
valor qualquer da faixa de medida, quando a varivel percorre toda a escala, tanto no
sentido crescente quanto no decrescente.
Ganho
Representa o valor resultante do quociente entre a troca de mudana na sada e a
taxa de mudana na entrada que causou.
Controlar um processo
o ato de manter as variveis do processo dentro de certas condies preestabelecidas.
Ponto de ajuste (set point) ou valor desejado
o valor ajustado no controlador, no qual se deseja manter a varivel controlada.
Desvio (erro)
a diferena entre o valor do ponto de ajuste e o valor medido da varivel controlada. De
forma genrica, erro a diferena entre o valor lido ou transmitido e o valor real da varivel
medida.
Distrbios de processo
qualquer alterao no processo que venha a modificar o valor da varivel controlada.
Estes distrbios so tambm conhecidos como mudana de carga.
TerminologiaPara facilitar o entendimento do contedo desta unidade, apresentamos
alguns termos mais usados dentro da rea de controle de processos.
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Tipos de controle
Na rea de processos, temos dois tipos de controle: o manual e o automtico.
Para que haja controle, as seguintes funes so obedecidas: medio, comparao e
correo. Por isso, essas trs funes so denominadas funes bsicas do controle.
Controle manual
o controle realizado por meio da interveno humana.
Na Figura 2, temos um exemplo de controle manual, em que as funes bsicas do controle
so desenvolvidas.
Medio
O operador verifica a temperatura do produto quente.
Comparao
O operador compara o valor obtido na medio com o valor em que essa temperatura deve
ser mantida.
Entrada dagua fria
Fig. 2
Correo
Entrada devapor
Ciclo fechadode regulao
Tomada deimpulso
Sada de guaquente
Computao ecomparao
Processo
Regulador
Feedback
condensado
Vlvula de vapor
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Correo
Se for detectado um desvio, o operador procede correo necessria, abrindo ou fechando
mais a vlvula de vapor.
Controle automtico
o controle realizado mediante instrumentos. Nesse caso, o controle independe da
interveno humana. Observe as Figuras 3 e 4.
Vejamos o desenvolvimento das funes bsicas do controle automtico.
Produto frio
Produto quente
TIC
Fig. 3
Fig. 4
Processo
Entrada degua fria
Presso de ar3 a 15psi
Motorpneumtico
Elemento final
Vlvula de vapor
Fora auxiliar
Tubo deBourdon
Tubo capilar
Rel piloto
20psi alimentao de ar
Sada degua quente
Restrio
Sinal do
regulador
Amplificadorde fora
Bulbo do termmetro
Elemento primrio
Sinal
deerro
Elementoreceptor
Feedback
Bocal e palheta
Detetor de erro
Boto deajuste do
Valor desejado
Entrada devapor
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Medio
O elemento primrio mede a temperatura do produto quente e, por meio do transmissor,
que transforma o valor medido em sinal padronizado, envia-o para o controlador.
Comparao
O controlador de temperatura, ao receber o sinal, realiza uma comparao desse sinal com
o ponto de ajuste.
Correo
Caso exista desvio, o controlador emite um sinal de correo para a vlvula.
Tipos de processo
Processo contnuo
Um processo dito contnuo quando a matria-prima percorre os equipamentos e, nesse
percurso, efetuado sobre ela o processo.
A Figura 3, mostrada anteriormente, um exemplo de processo contnuo, visto que o produto
frio entra no processo, troca calor com o vapor e sai como produto quente, de maneira contnua.
A Figura 5 mostra a produo de vapor de uma caldeira.
Fig. 5 Esquema bsico de uma caldeira aquatubular
Vapor saturado
Refratrios
Tubulo
superior
Chamin
gua
Combustvel
Queimador
Tubuloinferior
Valorsaturado
gua gua
Vapor superaquecidocom temperatura epresso constante
Dessuperaquecedor
Ventilador detiragem forada
Gases dacombusto
Ar decombusto
gua
LV
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Processo em batelada
Diferente do processo contnuo, em quesempre h um fluxo de massa, no processo em
batelada uma poro discreta da matria sofre
todo o ciclo de processamento, desde o seu esta-
do inicial at ser considerada produto acabado,
quando, ento, substituda por outra, e todo o
ciclo recomea.
A Figura 6 representa a produo de massa
de chocolate.
Etapas:
introduzir o produto A, B e C;
aquecer a mistura por duas horas, mis-
turando continuamente; e
escoar o produto final para dar incio
nova batelada.
Observao
O processo em batelada recebe tambm o nome de processo descontnuo.
Principais problemas para o
controle de processos
Se tomarmos como exemplo um tanque que armazena um volume de lquido, quando
submetido a uma variao brusca na vazo de entrada (normalmente chamada de variao em
degrau), temos como resposta uma variao diferente de um degrau (exponencial), devido
resistncia e capacitncia do sistema.
Fig. 6 Tanque de mistura
M
valor
-
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Os processos tm caractersticas que atrasam as mudanas nos valores das variveis e,
conseqentemente, dificultam a ao de controle. Essas caractersticas esto sempre presentes,
ou seja, so inerentes aos processos. So elas:
capacitncia;
resistncia; e
tempo morto.
Capacitncia
So as partes do processo que tm a capacidade de armazenar energia ou material.
Em um trocador de calor, as paredes das serpentinas e o produto no tanque podem
armazenar energia calorfica. Essa propriedade de armazenamento de energia d a essas
capacitncias a habilidade de atrasar uma mudana. Por exemplo, se a temperatura de entrada
do vapor aumentar, ser preciso um certo tempo para que mais energia seja adicionada ao
produto no tanque, a fim de elev-lo a uma nova temperatura.
Resistncia
So as partes do processo que resistem a uma transferncia de energia ou material entre
capacitncia.
Usando novamente o exemplo do trocador de calor, as paredes da serpentina, que obstruem
a vazo do vapor e o efeito isolante das pelculas de vapor e produto de cada lado dela, resistem
Veja a figura a seguir.
Fig. 7 Resposta do nvel de um tanque a uma variao de degrauna vazo de entrada
Vazo de entrada
Nvel
TempoVazo de sada
h2
h1
h2
h1
-
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
a uma transferncia de energia calorfica entre o
vapor na serpentina e o produto do lado externo
desta.
O efeito combinado de alimentar uma
capacitncia por meio de uma resistncia
produz atrasos de tempo na transferncia de
energia entre capacitncias. Tais atrasos de
tempo provocados por resistncia e capacitn-
cia (R-C) so freqentemente chamados atrasos
de capacitncia ou atrasos de transferncia.
A Figura 8 mostra a comparao das res-
postas de um termopar colocado diretamente nacorrente de processo e com o mesmo termopar
inserido em um poo termomtrico de ao inox.
Nota-se que o poo de proteo funciona como
uma resistncia transferncia de calor, retardando a resposta do conjunto de deteco.
Tempo morto
Tempo morto, tambm chamado de tempo de transporte, aquele verificado entre a
ocorrncia de uma alterao no processo e a sua percepo pelo elemento sensor.
So tpicos nos sistemas de medio e controle de temperatura. A Figura 9 apresenta um
sistema de controle que s comea a responder aps decorrido um certo intervalo de tempo
denominado tempo morto.
Fig. 8 Resposta de um termoparcom e sem poo de proteo
Termopar nu
Tempo
Termopar em poode ao inox
Temperatura
Fig. 9 Sistema de controle de temperatura com tempo morto
Fluido quente
Sensor de temperatura
Tempo mortoVapor
Fluido frio
TIC
d
T T
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Um resumo dos trs tipos de atrasos (capacitncia, resistncia e tempo morto) aqui
abordados pode ser ilustrado no sistema de controle da Figura 10.
Os processos tambm podem ser classificados em:
monocapacitivo;
bicapacitivo; e
multicacacitivo.
Os processos so geralmente analisados em funo da sua curva de reao, ou seja, a reao
da variveis do processo provocadas por mudanas de cargas, em condio de no- controle.
Na discusso que se segue, o processo representado na Figura 11 pode se encontrar em condio
estvel. mostrado o efeito de mudanas bruscas em degrau na alimentao e o respectivo
comportamento de sada.
Processo monocapacitivo
O trocador de calor da Figura 1, apresentada no incio desta seo, pode ser considerado,
aproximadamente, como um processo monocapacitivo, j que a capacitncia calorfica da
serpentina quase insignificante, quando comparada com a capacitncia do produto no tanque.
Assim, nessa suposio, o processo se comporta como monocapacitivo.
Fig. 10 Trocador de calor Atrasos na deteco, na transmisso e tempo morto
Atraso nadeteco
gua
Atraso
Transm./Controlador
Atrasos devidosao processo
Tempo morto
Sala de controle
TIC
Fluido processo
Sada
Fluido processo
Entrada
Atraso na resposta doatuador
Atraso na transmisso
Controlador/Vlvula
TT
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Curva de reao de processo monocapacitivo
A Figura 11 mostra as curvas de reao em condio de no-controle, que se seguem a uma
mudana brusca na carga de alimentao causada pelo aumento de abertura da vlvula devapor no tempo zero.
Processo bicapacitivo
Suponhamos, agora, que a parede da serpentina de aquecimento da Figura 1
suficientemente grande para ter uma capacitncia calorfica que significativa quando com-
parada com a capacitncia do produto no tanque. Nesse caso, o processo pode ser considerado
de duas capacitncias. Assim, a resistncia entre elas a resistncia transferncia de calor
oferecida pelas paredes da serpentina e pelas pelculas isolantes nas suas faces interna e externa.
Curva de reao de processo bicapacitivo
Note que cada curva indica como a
temperatura comea a aumentar exatamente ao
mesmo tempo em que a carga mudada; esse
aumento da temperatura cada vez mais lento,
at chegar ao novo valor de estado estvel.
A resposta completa da temperatura mais
atrasada no tempo quando a capacitncia de ar-
mazenamento de cada processo maior. Esteexemplo mostra como a capacitncia calorfica
do produto no tanque e a resistncia ao fluxo de
calor atrasam o aumento da temperatura. Esse
retardo o atraso de capacitncia.
A Figura 12 mostra as curvas de reao emcondies de no-controle que se seguem a uma
mudana brusca de carga de alimentao,
causada pelo aumento de abertura da vlvula de
vapor no tempo t0.
A comparao das Figuras 11 e 12 ilustra
uma diferena significativa entre os processos
de capacitncia simples e de duas capacitncias.
Aqui, a temperatura, em vez de mudar ime-
diatamente, comea a subir de forma vagarosa;
t0
t1
t2
t3
Fig. 12
Temp.produto
sada
Atraso menor
Atraso maior
TempoT0
Capacitnciamenor
Capacitnciamaior
Temperatura
T
T0
t0
t1
t2
t3
Tempo
Fig. 11
T
-
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
depois, mais rapidamente; a seguir, mais devagar; finalmente, reequilibra-se gradativamente
em um novo valor de estado estvel.
Essa curva de reao em forma de S caracterstica dos processos de duas capacitncias. A
resistncia transferncia de energia entre a capacitncia calorfica da serpentina e do produto
causa esse retardo, ou seja, atraso de capacitncia, na temperatura.
A Figura 12 mostra que a temperatura atingir seu valor final num tempo tanto maior,
quanto maior for o atraso de capacitncia do processo.
Processo multicapacitivo
Embora muitos processos tenham mais de duas capacitncias, o comportamento deste
processo similar ao do bicapacitivo, mostrado na Figura 12. Assim sendo, essas curvas de
reao podem ser consideradas tpicas para todos os processos (que no tenham tempo morto)
com duas ou mais capacitncias.
Efeito do tempo morto nas curvas dereao do processo
t0
t1
t2
t3
Temperatura
Com tempo morto
T0
Tempo
Tempo morto
Sem tempo morto
Fig. 13
Observao
O trocador de calor da Figura 1 terum tempo morto considervel, se o
elemento sensor de temperatura for
deslocado para um ponto afastado do
tanque, isto , ser necessrio mais tem-
po para levar a mudana de temperatura
at esse novo ponto.
A Figura 13 mostra o efeito do tempo
morto em um processo bicapacitivo (ou
multicapacitivo).
Note que a curva de reao simplesmente deslocada no eixo dos tempos do valor do tempo
morto. A adio do tempo morto no muda a forma ou o tamanho das curvas de reao.
T
-
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Elementos bsicos de uma
malha de controle
Entende-se como malha de controle um conjunto de instrumentos e equipamentos que,
interligados, tem a finalidade de supervisionar e/ou controlar uma ou mais variveis do processo.
Se a informao sobre a varivel controlada no utilizada para ajustar quaisquer das
variveis de entrada, visando compensar as alteraes que ocorrem nas variveis do processo,
estaremos diante de um sistema de malha aberta.
Nas Figuras 14 e 15 so apresentados dois sistemas: sistema de malha aberta e sistema de
malha fechada.
Fig. 14
Processo tpico de troca de calor em malha aberta
Fluido aquecido
Fluido a seraquecido
Condensado
Vapor
Fig. 15
Processo tpico de troca de calor em malha fechada utilizando controle manual
Fluido aquecido
Fluido a seraquecido
Condensado
Vapor
-
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Ponto de
ajuste
Condensado
Fluido aquecido
VaporFluido a ser
aquecido
TRC
TT
TY
O diagrama em blocos, a seguir, mostra as passagens de sinais entre os principais elementos
de uma malha de controle.
Sistema de medio
O sistema de medio em uma malha de controle constitudo basicamente de: elemento
primrio, transdutor e sistema de transmisso.
Ele de suma importncia, pois da medida correta depende um controle satisfatrio.
Processo tpico de troca de calor utilizando controle automtico
Fig. 17
Distrbios
Elemento final
de controleModos decontrole
Erro Correo
Controlador
Setpoint
+ _Processo
Sistema demedioVarivel medida
Varivelcontrolada
Varivelmanipulada
Fig. 16
-
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Controlador
o instrumento destinado a manter a varivel controlada dentro de valorespredeterminados. Ele reage ao desvio entre a varivel controlada (varivel medida) e o ponto de
ajuste (set point), produzindo uma sada (correo).
Na Figura 17, o bloco controlador tem um sinal positivo no lado do ponto de ajuste e um
sinal negativo no lado da varivel. Temos, entretanto, a possibilidade de fazer o controlador
funcionar com o conjunto de sinais opostos, mediante um simples chaveamento. Esse
chaveamento nos possibilita transform-lo em controlador de ao direta ou controlador de
ao reversa (inversa) para atender as necessidades do processo.
A Figura 18 apresenta um controlador na sua forma convencional.
Controlador de ao direta
Recebe este nome porque, supondo-se o ponto de ajuste constante, se a varivel controlada
tender a subir, o sinal de entrada do bloco modo de controle tender a subir, e a sada (correo)
idem.Portanto, diz-se que um controlador
de ao direta, quando um aumento de
sinal da varivel controlada provoca um
aumento no seu sinal de sada. Observe a
Figura 19.
SPVP
VM A/ML/R
Fig. 18
SP:VP:VM:SP:P:I:D:A/M:L/R:
VALOR DESEJADOVARIVEL DE PROCESSOVARIVEL MANIPULADAVALOR DESEJADOAO PROPORCIONALAO INTEGRALAO DERIVATIVAAUTOMTICO/MANUALLOCAL/REMOTO
P
I
D
Fig. 19 Controlador de ao direta
Controlador
SadaS.p.
Vc
Modo decontrole+
_
-
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Controlador de ao reversa
Supondo-se o ponto de ajuste constante, se a varivel controlada tende a subir, o sinal de
entrada da caixa modo de controle tender a descer, e a sada idem.Portanto, diz-se que um controlador de ao reversa, quando um aumento no sinal da
varivel controlada provoca uma diminuio no seu sinal de sada, como mostra a Figura 20.
Elemento final de controle
um dispositivo acionado pela sada do controlador e que atua numa varivel manipulada.
Em geral, uma vlvula de controle; eventualmente, pode ser um motor, um contato eltrico,
uma vlvula solenide, uma bomba etc.
Uma vlvula de controle pode ser construda de modo que se abra quando h um aumento
do sinal pneumtico, sendo, ento, chamada vlvula ar abre, ou de modo que se feche quando
h um aumento do sinal pneumtico, sendo chamada ar fecha.
O sistema de controle de um reator, por meio de uma camisa pela qual circula gua, permite
atender este tipo de dispositivo. Veja a Figura 21.
Fig. 20 Controlador de ao reversa
S.p.
Vc
Modo decontrole+_
Fig. 21 Controle de temperatura - Resfriamento de um reator qumico
Vlvula: falha abertaControlador: ao inversa
Alimentao
gua (fria)
gua (quente)
Produto
TIC
TT
Reator exotrmico
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Conjunto controlador x vlvula de controle
Apresentadas as aes do controlador e da vlvula de controle, devemos pesquisar o
conjunto de associao, para que consigamos alcanar o controle pretendido.Deve ser considerada a situao de segurana para a qual o sistema tem de evoluir, no caso
de falta de energia. Por exemplo, se a vlvula ar abre, na ausncia de ar comprimido ela se
fechar; por isso, ela tambm chamada falha fecha. Sendo a vlvula ar fecha, na ausncia de
ar comprimido ela se abrir; por isso, tambm chamada falha abre.
Modos de controle
Modo de controle, tambm chamado ao de controle, a maneira pela qual um
controlador responde a um desvio da varivel controlada.Os instrumentos de controle industrial so geralmente fabricados para produzir os seguintes
modos de controle:
duas posies;
proporcional;
proporcional + integral (PI);
proporcional + derivativo (PD); e
proporcional + integral + derivativo (PID).
Cada modo de controle tem suas vantagens e limitaes caractersticas.
Fig. 22
ar para fechar ar para abrir
a b
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Independentemente do seu modo de controle, o controlador poder ser
de ao direta ou ao reversa.
Controle de duas posies
De todas as aes de controle, a ao em duas posies a mais simples e tambm a de
menor custo; por isso, extremamente utilizada tanto em sistemas de controle industrial como
domstico.
Neste modo de controle, o elemento final de controle movido a uma velocidade
relativamente alta, entre duas posies prefixadas. Visto que essas duas posies do elemento
final de controle so, em geral, totalmente aberto ou totalmente fechado, este modo chamado
controle ON-OFF(liga-desliga).
A Figura 23 ilustra um processo cujo controle de temperatura feito por controle liga-
desliga.
Fig. 23 Controle de temperatura com vapor atuado por vlvula solenide
Vapor
TIC
S
Quando a temperatura est no ponto de ajuste (set point) ou acima deste, o contato est
fechado e a vlvula tambm. Quando a temperatura est abaixo do ponto de ajuste, o contato
est aberto e a vlvula idem.
A Figura 24 mostra as correes de posio da vlvula quando a temperatura varia acima e
abaixo do ponto de ajuste.
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Controle de duas posies com zona diferencial
uma variante comum do controle de duas posies. Aqui, o elemento final de controle
movido rapidamente de sua primeira posio para a segunda, quando a varivel controlada
atinge um valor prefixado, e s poder retornar sua primeira posio depois que a varivel
Observao
Nota-se que esse controle de duas posies no pode promover uma correo exata. Sua
correo maior ou menor que a exata. No existe, ento, nenhuma condio de equilbrio
entre as energias de entrada e de sada; conseqentemente, a varivel controlada ir oscilar
para cima e para baixo do ponto de ajuste.
Fig. 24
t
t
AberturaVlv.
Ponto deajuste
100%
0%
Temp.
Fig. 25
ProcessoVapor Sada
Bourdon
Rel
controlada tiver passado por meio de uma
faixa de valores (zona diferencial) e atingido
um segundo valor tambm prefixado.
Pode-se ajustar a zona diferencial de
acordo com a necessidade do processo.
A Figura 25 mostra o exemplo tpico de
um controle de duas posies com zona
diferencial.
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Fig. 26
t
t
AberturaVlv.
Ponto deajuste
100%
0%
Temp. Contato de alta
Zonadiferencial
Contato de baixa
A Figura 26 mostra as correes da posio da vlvula quando a temperatura passa pela
zona diferencial. Nota-se que nenhuma ao da vlvula ocorre quando a varivel est dentro da
zona diferencial. Observe a Figura 26.
Observao
1. Como vemos, no controle de duas posies, a sada muda de uma condio fixa para outra,o que geralmente provoca correes maiores que o necessrio, resultando numa oscilao
contnua da varivel controlada. Por isso, o seu uso fica restrito a processos que apresentam
grande capacitncia ou a processos em que a oscilao no seja prejudicial.
2. Em razo de suas caractersticas, o controle de duas posies muito utilizado em sistemas
de segurana.
Controle proporcional
Em processos que no permitam a aplicao do controle de duas posies, costuma-se
recorrer ao controle proporcional, cuja amplitude de correo proporcional amplitude do
desvio. Nesse caso, o elemento final de controle se move para uma determinada posio, para
cada valor do desvio.
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Fig. 27
LIC
Qe
Qs
LT
A equao que representa esta ao de controle pode ser descrita como:
m (t) = Kc. e (t) + b
onde:
m (t) = sinal de sada do controlador;
Kc= ganho proporcional;
e (t) = erro (SP - varivel medida); e
b = constante (sada do controlador quando o erro zero), ou sada em modo manual do
controlador.
Para exemplo, suponhamos o controle de nvel mostrado na Figura 27, a seguir.
Vamos estudar qualitativamente o desempenho do sistema de controle, ao utilizarmos o
controlador proporcional no exemplo da Figura 27. As Figuras 28 e 29, mostradas a seguir,
auxiliaro o nosso estudo.
Inicialmente, vamos supor que o nvel est estabilizado em 1,5 metro (ponto de ajuste) e a
vlvula est com 50% de abertura. O sistema est equilibrado, ou seja, a vazo de entrada (Qe)
igual vazo de sada (Qs).Suponhamos agora que, num tempo to, h um distrbio tipo degrau na sada do sistema,
ou seja, a vazo de sada Qs passou para Qs +Q.
O nvel comea a descer, mas a informao chega ao controlador, que comea, ento, a dar
correo proporcional ao erro, abrindo a vlvula. Observando a Figura 28, comeamos a andar
sobre a reta, de A para B.
No tempo t1, conseguimos vencer o efeito do acrscimoQ. Neste momento, temos o
menor valor do nvel e a correo mximaQ (passamos para o ponto B da Figura 28), no
necessariamente chegando posio extrema toda aberta. Portanto, temos o sistema
estabilizado num novo valor de nvel, e Qe +Q = Qs +Q.
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Fig. 29
Qs
t
QeQ
h
Qe,Qs
Qe=Qs
to
t1
to
t1
OffsetSet point
t
Fig. 28
Ponto de ajuste
Toda Aberta
TodaFechada
100
50
0
0,5 VC (Nvel h, em metros)1 1,5 2 2,5
B
A
offset
Sc %
Erro de regime (offset)
Fig. 30
Observando as Figuras 28 e 29, notamos
que, aps atingida a nova situao de equilbrio,
o nvel se estabilizou num ponto fora do ponto
de ajuste, ou seja, notamos a presena de um
desvio. Esse desvio chamado erro de regime
(offset)e uma caracterstica inevitvel do
controlador proporcional. Veja a Figura 30.
Variao decarga
(distrbio)
Varivelcontrolada
Tempo
Offset
Valor desejado
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Reduo de erro de regime
Observando a Figura 28, podemos notar que, quanto maior a inclinao da reta, menor
ser o erro de regime. Veja a Figura 31.
Isso possvel, desde que se altere o ajuste do controlador proporcional (faixa proporcional
ou ganho, que ser visto adiante). Cabe ressaltar, entretanto, que vamos obter uma reduo do
erro de regime, e no a eliminao dele.
Eliminao do erro de regime
Como artifcio da eliminao do erro de regime em controladores de modo apenas pro-
porcional, lana-se mo do reajuste manual (resetmanual).
O procedimento abrir a malha de controle, ou seja, passar o controlador de automtico
para manual (o instrumento apresenta tal recurso) e, manualmente, alterar a sada do
controlador. No caso em estudo, aumentar a sada do controlador; conseqentemente, abrindomais a vlvula, at que o nvel retorne ao ponto de ajuste, quando, ento, ainda de forma manual,
fazemos a vlvula voltar abertura que proporciona a vazo Qe +Q, para, finalmente, passar
o controlador posio automtico.
Com esse procedimento, trazemos a varivel controlada de volta ao ponto de ajuste,
eliminando, assim, o erro de regime.
Uma outra maneira de se eliminar o erro de regime mediante mudanas do set point
(ponto de ajuste) ajustado no controlador, at que a varivel controlada retorne ao valor desejado.
Fig. 31
Ponto de ajuste
0,5 1 1,5 2 2,5
0
50
100
V C
Sc%
A
BC
Erro deregime 2
Erro deregime 1
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Faixa proporcional (banda proporcional)
Faixa proporcional pode ser definida como sendo a variao percentual da varivel
controlada, necessria para provocar o curso completo (desde totalmente aberta at totalmentefechada) do elemento final de controle.
A faixa proporcional , normalmente, expressa em percentagem.
A Figura 32 mostra que, para causar o curso completo da vlvula (desde totalmente aberta
at totalmente fechada), necessria uma mudana na varivel controlada, no caso nvel, de
1 metro.
Portanto, a faixa proporcional ser de 1 metro em 2 metros, ou seja, 50%, pois:
FP = 2m 1m = 1m
=0,5 = 50%
2,5m 0,5m 2m
Pode-se obter, tambm, a faixa proporcional a partir da percentagem dos valores. No caso:
FP = 75% 25% = 50%
Para solidificarmos o conceito de faixa proporcional, veremos um outro exemplo.
Se a faixa completa de um instrumento de 200C e preciso uma mudana de temperatura
de 50C para causar o curso completo da vlvula, a faixa proporcional ser de 50C em 200C, ou
seja, 25%.
A faixa proporcional pode variar de um valor menor que 1% at um valor maior que 200%.
A Figura 33 mostra a relao entre a posio da vlvula e a varivel controlada, para vrios
valores de faixa proporcional.
Fig. 32
Ponto de ajuste
Toda Aberta
TodaFechada
100%
0%
0,5 V C1 1,5 2 2,5
Sc
0% 25% 50% 75% 100%
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Observao
Note que, quando a faixa proporcional for superior a 100%, o curso completo da vlvula
no ser promovido.
Ganho (sensibilidade)
Um outro conceito para expressar a proporcionalidade o ganho, tambm conhecidocomo sensibilidade.
Ganho ou sensibilidade do instrumento a relao entre a variao de sada e a variao de
entrada (variao da varivel controlada), como mostra a expresso abaixo:
K = s
e
Quanto maior for o ganho, maior a variao de sada do instrumento para a mesma variaoda varivel. Em outras palavras, o instrumento reagir tanto mais fortemente quanto maior for
o seu ganho.
Matematicamente, o ganho recproco da faixa proporcional, ou seja:
K = 100%
FP (%)
Os instrumentos de controle possuem o ajuste de proporcionalidade expresso em ganho
ou expresso em faixa proporcional.
Note que, quanto menor for a faixa proporcional ajustada, maior ser o ganho, e vice-versa.
Fig. 33 Varivel controlada Percentagem da escala
10 20 30 40 50
0%20%50%
200%
100%
60 70 80 90 100
10
20
30
50
60
70
80
100
40
90
0
500%
Abertura
da
vlvula
em
percentagem
onde:
K = ganho;
s = variao de sada; e
e = variao de entrada.
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SENAI-RJ 63
Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Anlise grfica da resposta deum controlador proporcional
A atuao do modo de controle proporcional depende da amplitude do desvio, e no do
tempo de durao dele. Portanto, a sada do controlador proporcional no varia enquanto o
desvio permanece fixo; ela s variar quando o desvio variar.
Observao
A Figura 34 mostra a resposta grfica deum controlador proporcional de ao direta
a um desvio tipo degrau, em malha aberta.
Inicialmente, a varivel est coinci-
dente com o ponto de ajuste, e a sada do
controlador So.No instante tofoi introduzido um desvio
de amplitude E. Note que o controlador sofre
uma variao na sada igual a KE. A partir da,
a sada do controlador permanece constante,visto que o desvio se mantm fixo em E e o
sistema est em malha aberta.Fig. 34
Influncia do ajuste da faixa proporcional
(ou do ganho)
O ajuste indevido da faixa proporcional pode provocar oscilaes violentas ou, ento,
respostas lentas demais.
A Figura 35 mostra a resposta grfica da varivel controlada em funo do ajuste da faixa
proporcional, aps introduzido um erro no sistema, em malha fechada.
Fig. 35
Vlvulacontrolada
Ponto de ajuste
Tempo
FP mdia FP pequena FP grande
Varivel
Ponto de ajuste
Tempo
Sada
E
tO
to
So
KE
Tempo
{
-
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Controle proporcional + integral(PI)
Enquanto a sada do modo proporcional proporcional ao desvio, a sada do modo integral
funo da integral do desvio, ou seja, a velocidade de correo proporcional ao desvio.
Temos a o melhor dos dois modos de controle: o modo proporcional, que corrige os errosinstantaneamente, e o integral, que se encarrega de eliminar, ao longo do tempo, o erro de
regime caracterstico do modo proporcional.
Neste controlador, o modo integral executa automaticamente o reajuste manual que o
operador faria para eliminar o erro de regime. Por isso, ele tambm chamado controlador
proporcional com reajuste automtico ou controlador proporcional com resetautomtico.
No controle proporcional + integral, o movimento da vlvula funo da amplitude e da
durao do desvio da varivel, enquanto no proporcional funo apenas da amplitude desse
desvio. Em conseqncia, em vez de termos uma posio especfica da vlvula para cada valor
do desvio, o proporcional + integral pode determinar a estabilizao da vlvula em qualquer
Cabe ressaltar que, medida que a faixa proporcional diminuda, o erro de regime tambm
diminui, mas as oscilaes e o tempo para estabilizao aumentam. Caso se utilize uma faixa
proporcional excessivamente pequena, o processo poder tornar-se instvel.
1. O modo proporcional um meio poderoso de estabilizao, capaz de uma larga faixa de
aplicao, mas que tem a caracterstica indesejvel do erro de regime.
2. De uma maneira geral, o controlador proporcional pode ser empregado em quase todo
tipo de processo, bastando que esse processo seja tolerante ao erro de regime.
3. No dever ser usado quando a faixa proporcional tiver que ser grande (caso do controle
de vazo), ou quando houver distrbios freqentes.
Observao
Note que, quando diminui a faixa proporcional (aumento do ganho), o
erro de regime tambm diminui, e o sistema responde mais rapidamente s
variaes. Podemos, ento, concluir que a faixa proporcional deve ser ajustada
no menor valor (ou ganho no maior valor) que o processo permitir.
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SENAI-RJ 65
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Fig. 36 Exemplo tpico de um controlador com aes P e I pneumtico
Tempo integral
Valor setado
Valor medido
Volumeintegral
C
Alimentao
Sada
Ti=R C
Realimentao
Vlvula derestrio(integral)
R
Realimentaointegral
Ps
Pr
Pr
PR
Pn
P
Po
posio, desde totalmente aberta at totalmente fechada, para um determinado valor da
medio. A vlvula continuamente posicionada, conforme seja necessrio, para manter a
varivel no ponto de ajuste.
Apresentamos a seguir o esquema bsico de um controlador P + I.
O modo integral normalmente utilizado em conjunto com o modo proporcional(controlador PI), pois a velocidade de resposta do modo integral sozinho muito lenta, e seu
tempo de estabilizao muito longo.
Anlise grfica da resposta de um controladorproporcional + integral
A Figura 37 mostra a resposta grfica de um controlador PI, de ao direta, a um desvio tipo
degrau, em malha aberta.
Fig. 37
Tempo
Varivel
Ponto de ajusteE
to
Sada
Componente integral
Componente proporcional
Tempoto
-
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Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Fig. 38
Tempo
Sada
SA
KE
KE
to
t1
No instante to foi introduzido um desvio de amplitude E. O modo proporcional varia a
sada de KE no momento em que surge o desvio, ficando constante a partir da, uma vez que o
desvio se mantm fixo.
A sada do modo integral no varia instantaneamente com o surgimento do desvio, mas o
fato de o desvio ser diferente de zero faz com que a sada do modo integral varie medida que o
tempo vai passando, e essa variao s ir cessar quando o desvio voltar a zero. Como o desvio
constante, a sada da componente integral ser uma rampa.
V-se, ento, que o modo proporcional ser mais efetivo do que o integral na resposta a
rpidas variaes do processo.
Tempo integralEnquanto o modo proporcional descrito pelo ganho K, o modo integral descrito pelo
tempo integral (reset time) Tt1, e que pode ser ajustado por meio do boto existente no
controlador.
Conforme mostrado na Figura 37, simulando-se, num instante to,um desvio tipo degrau
de amplitude E, em malha aberta, a sada do controlador PI ter o aspecto da Figura 38.
No instante to, a sada sofre instantaneamente uma variao igual a KE, devida somente ao
modo proporcional. A partir desse instante, a sada passa a aumentar, graas ao modo integral.
Repare que, no instante t1, o modo integral ter variado a sua sada no mesmo valor da variao
do modo proporcional.
Pode-se definir, portanto, tempo integral como sendo o tempo necessrio para que o
modo integral produza uma variao na sada igual quela produzida pelo modo proporcional.
O tempo integral (Ti) usualmente expresso em minutos ou minutos por repetio (MPR).
O tempo integral tambm chamado tempo de reajuste, ou, ainda, tempo por repetio.
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SENAI-RJ 67
Controle Automtico de Processo - Controle Automtico de Processo
Taxa de reajuste
Em alguns controladores, o ajuste do modo integral expresso em repeties por minuto
(RPM). Esse termo, chamado taxa de reajuste, representa o nmero de vezes que o modo integral
produz uma variao na sada igual quela produzida pelo modo proporcional, no tempo de 1
minuto.
A taxa de reajuste tambm chamada de taxa de reset ou, ainda, velocidade de reajuste.
Matematicamente definida como o inverso de Ti, ou seja, 1 .
Ti
Assim, na Figura 38, apresentada anteriormente, se Tifor, por exemplo, de 30 segundos, ou
seja, 1/2 minuto, teremos a taxa de reajuste de 2 repeties/minuto.
Cabe ressaltar que, quanto maior for o valor da taxa de reajuste, mais rpida ser a correo
devida ao modo integral.
Equao caracterstica do controlador proporcional+ integral
S = So + K E + 1 Edt
Ti
Quanto menor for o valor do tempo integral, mais rpida ser a
correo devida ao modo integral.
Onde:
S = sinal de sada do controlador
So= sinal de sada para desvio nulo
K = ganho
E = desvio ou erro
Ti= tempo integral
Note que, alm da correo devida ao modo proporcional, temos agora uma correo
adicional, que faz aumentar ou diminuir o sinal de sada, durante todo o tempo em que existir
algum erro.
A existncia da ao integral no garante que o processo se encontre estvel mas, sim,
que no haver erro de regime quando o processo atingir um estado estvel.
t
o
-
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68SENAI-RJ
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Observao
1. O controlador PI tem dois parmetros de ajuste: ganho (ou faixa proporcional) e taxa de rea-
juste (ou tempo integral), ambos ajustveis por botes existentes no instrumento.
2. Da mesma maneira que no caso do modo proporcional, existe o perigo de oscilaes quando o
modo integral exagerado. Isso significa que, com a taxa de reajuste muito alta, a vlvula se
movimentar mais rapidamente que a medio e o processo oscilar, aumentando o tempo de
estabilizao. Por outro lado, com uma taxa de reajuste muito baixa, a varivel no retornar
ao ponto de ajuste com rapidez suficiente, ou seja, a varivel fica muito tempo fora do ponto de
ajuste.
3. O modo integral aumenta a tendncia a oscilar do sistema de controle. Por isso, ele deve ser
corretamente ajustado, para que se possa obter um controle preciso com o menor tempo de
estabilizao.
4. O efeito desestabilizador do modo integral normalmente neutralizado, usando-se um ganho
levemente menor do que o que seria possvel utilizar com um controlador puramente
proporcional. Dessa forma, o PI assegura a estabilidade da malha de controle sem erro de regime.
5. Geralmente o controlador PI pode ser utilizado par
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