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