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CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 1 DE 18 PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA PID SMAR YOKOGAWA GE FANUC EMERSON ALUNOS MATRCULA 01 Jacques Stelzer Cardoso 2009.0208674-2 02 Roberto Sampaio Monteiro 2011.0127338-1 CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 2 DE 18 ndice de Figuras FIGURA 1: CONTROLADORES PI, PD E PID ___________________________________________________________________________ 5 FIGURA 2: CONTROLADOR DIGITAL CD600___________________________________________________________________________ 6 FIGURA 3: CD600 - PAINEL FRONTAL ______________________________________________________________________________ 7 FIGURA 4: BLOCOS FUNCIONAIS DE CONTROLE DO CD600 ________________________________________________________________ 8 FIGURA 5: EXEMPLO DO BLOCO DE CONTROLE DE ENTRADA/SADA DO CENTUM CS 3000 __________________________________________ 9 FIGURA 6: PID BLOCO DE CONTROLE DO CENTUM CS 3000 ___________________________________________________________ 10 FIGURA 7: BLOCO DE CONTROLE LGICO DO PID - GE FANUC ____________________________________________________________ 12 FIGURA 8: SISTEMA DE CONTROLE ADAPTATIVO GE FANUC ______________________________________________________________ 14 FIGURA 9: DIAGRAMAS DE BLOCO PID SRIE E PADRO __________________________________________________________________ 15 FIGURA 10: LOOP DE CONTROLE DO PROCESSO _______________________________________________________________________ 17 CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 3 DE 18 Sumrio 1. O CONTROLADOR PID _____________________________________________________________________________ 4 2. IMPLEMENTAES INDUSTRIAIS DO ALGORITIMO PID E SUAS TCNICAS DE SINTONIA ___________________ 6 2.1 SMAR ............................................................................................................................................................................... 6 2.2 YOKOGAWA .................................................................................................................................................................... 9 2.3 GE FANUC ...................................................................................................................................................................... 12 2.4 EMERSON PROCESS ..................................................................................................................................................... 15 3. CONCLUSO ____________________________________________________________________________________ 18 CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 4 DE 18 1. O CONTROLADOR PID O controlador PID (Proporcional, Integral e Derivativo) de longe a funo de controle mais usual em aplicaes industriais de malhas de controle. Aproximadamente 90 a 95% dos problemas de controle so solucionados por este tipo de controlador, que apresenta diferentes formas de implementao. O controlador PID pode ser considerado o processo bsico da engenharia de controle e tem passado por diversas modificaes tecnolgicas. Os controladores iniciais se basearam em sistemas a rel, pneumticos ou hidrulicos. Estes sistemas passaram ento a ser implementados com componentes eletrnicos e, atualmente, via microprocessadores, SDCD ou em CLP. O controlador PID indicado na indstria pelo baixo custo, fcil entendimento por parte dos operadores de processos, baixo custo do ponto de vista da engenharia de controle e, na maioria dos casos, proporciona um desempenho adequado ao processo controlado. Para o projeto do PID necessrio determinar os ganhos do controlador, Kc (ganho proporcional), Ti (tempo integral) e Td (tempo derivativo), a partir das informaes obtidas da planta. Se o modelo do processo conhecido inicialmente, possvel aplicar diferentes tcnicas de sintonizao de modo que a sada satisfaa as especificaes de desempenho impostas no projeto (sobre-elevao, tempo de estabilizao, tempo de subida, etc). Quanto a sintonia de controladores PID, ela comea pela identificao do processo, escolhe-se mtodos e procedimentos adequados, se malha aberta/malha fechada/rel. A partir disso, analisa-se critrios de sintonia e aplica-se mtodos de clculo de parmetros, dos quais os mais utilizados so Ziegler-Nichols, CC, CHR, ITAE, IMC, Lambda, BCS, entre outros. Por fim adequa-se a sistemas integradores, ajustando os controladores de nveis com objetivo de atenuao de distrbio. CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 5 DE 18 O diagrama de blocos de um PID bsico pode ser visto no esquema abaixo: Figura 1: Controladores Pi, PD e PID Nos itens seguintes sero apresentados tcnicas de sintonia de PID das empresas Smar, Yokogawa, Ge Fanuc e Emerson Process. CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 6 DE 18 2. IMPLEMENTAES INDUSTRIAIS DO ALGORITIMO PID E SUAS TCNICAS DE SINTONIA Neste item sero apresentadas quatro implementaes industriais do algoritmo PID, relativas as empresas Smar, Yokogawa, Ge Fanuc e Emerson Process. 2.1 SMAR O PID da SMAR apresentado neste trabalho o que opera no CD600, que um controlador digital de processos, capaz de controlar simultaneamente at 4 malhas de controle, com at 8 blocos PID e mais de 120 blocos de controle avanado. A sua programao feita ou pela livre combinao de mais de 120 blocos de controle avanado, ou pela seleo de uma configurao, pr-programada dentre as vrias disponvels. Possui caractersticas tcnicas que o tornam um dos mais avanados e poderosos controladores multi-loop disponveis, atualmente, no mercado mundial. Por exemplo, com uma nica unidade capaz de controlar sozinha toda uma caldeira incluindo controles de nvel a trs elementos, combusto com limites cruzados e tiragem. Figura 2: Controlador Digital CD600 CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 7 DE 18 O PID do CD600 da SMAR, catlogo do ano de 2005, demosntrado da seguinte forma: u(t) = Kp e(t) + 1T1 _e(t) dt + TD dPFdt (t) Analisando a equao acima, pode-se dizer que um PID de posicionamento e do tipo paralelo altenativo, onde os termos variveis para que seja feita a sintonia do PID so: Proporcional (P) Ganho (Kp) entre 0 e 100; Integral (I) Tempo integral ou reset time (T1 em minutos) entre 0,01 e 1000; Derivativo (D) Tempo derivativo (TD em minutos) entre 0 e 100. Abaixo, para ilustrar melhor o controlador CD600, colocamos algumas figuras que o caracterizam: Figura 3: CD600 - Painel Frontal CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 8 DE 18 Figura 4: Blocos Funcionais de Controle do CD600 CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 9 DE 18 2.2 YOKOGAWA CENTUM CS 3000 um sistema de controle integrado de produo utilizado para gerenciar e controlar o funcionamento das plantas em uma ampla variedade de indstrias, tais como refinarias de petrleo, petroqumica, qumica, farmacutica, de alimentos e bebidas, papel e celulose, ao e metais no ferrosos, cimento, energia, gs, gua e esgoto. As funes de controle incluem a vasta gama de funes . O CENTUM CS 3000 suporta PID bsico e controle de seqncia, bem como o controle de lotes e as funes de gesto de processos baseado na especificao S88 ISA, portanto, pode lidar com qualquer tipo de multiprodutos, tendo uma produo de volume varivel e/ou de grande volume de produo. A estao de controle est disponvel em vrias verses com bancos de dados pr-configurados para diferentes combinaes de controle contnuo e seqncia, para efetivamente usar os recursos de controle de estao e satisfazer as necessidades de uma ampla gama de aplicaes. Figura 5: Exemplo do bloco de controle de entrada/sada do CENTUM CS 3000 CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGINA 10 DE 18 Figura 6: PID Bloco de Controle do CENTUM CS 3000 O PID do SDCD da YoKOGAWA, catlogo do ano de 2005, demosntrado da seguinte forma, para o instante n: MFn = 1BP _Fn + TT1 Fn + TDT (Fn)_ Onde: MV Varivel manipulada (sada do controlador); T Periodo de execuo ou de amostragem do algoritimo (scan). Este tipo do tipo velociade, paralelo clssico, isto, reajustar o termo proporcional (P) afeta tambm os termos integral (I) e derivativo (D). Cada termo P, I ou D pode ser ativado ou desativado CAMPUS NORTESHOPPING DISCIPLINA AUTOMAO DE PROCESSOS E ROBTICA TTULO PESQUISA SOBRE TCNICAS DE SINTONIA CURSO ENGENHARIA ELTRICA PERODO 7 PROFESSOR JORGE BITENCOURT PGI