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Automação Industrial 1 CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

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Autómata Industrial

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Automação Industrial

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CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIAAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

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Automação Industrial

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Automação Industrial

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CURITIBA2002

Equipe Petrobras

Petrobras / Abastecimento

UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap

AUTOMAÇÃO INDUSTRIALHÉLIO GUILL MORAES

PAULO AFONSO RUOSO

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Automação IndustrialMódulo

Confiabilidade, Controle e Otimização de Processo

Ficha Técnica

UnicenP – Centro Universitário PositivoOriovisto Guimarães

(Reitor)José Pio Martins

(Vice Reitor)Aldir Amadori

(Pró-Reitor Administrativo)Elisa Dalla-Bona

(Pró-Reitora Acadêmica)Maria Helena da Silveira Maciel

(Pró-Reitora de Planejamento e AvaliaçãoInstitucional)

Luiz Hamilton Berton(Pró-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa)

Fani Schiffer Durães(Pró-Reitora de Extensão)

Euclides Marchi(Diretor do Núcleo de Ciências Humanas e

Sociais Aplicadas)Helena Leomir de Souza Bartnik

(Coordenadora do Curso de Pedagogia)Marcos José Tozzi

(Diretor do Núcleo de Ciências Exatas eTecnologias)

Antonio Razera Neto(Coordenador do Curso de Desenho Industrial)

Maurício Dziedzic(Coordenador do Curso de Engenharia Civil)

Júlio César Nitsch(Coordenador do Curso de Eletrônica)

Marcos Roberto Rodacoscki(Coordenador do Curso de Engenharia

Mecânica)Carlos Alexandre Castro

(Coordenador do Curso de Jornalismo)Hélio Guill MoraesPaulo Afonso Ruoso

(Autor)Marcos Cordiolli

(Coordenador Geral do Projeto)Iran Gaio Junior

(Coordenação Ilustração, Fotografia eDiagramação)

Carina Bárbara R. de Oliveira(Coordenação de Elaboração dos Módulos

Instrucionais)Juliana Claciane dos Santos

(Coordenação dos Planos de Aula)Luana Priscila Wünsch(Coordenação Kit Aula)

Angela ZaninLeoni Néri de Oliveira Nantes

Érica Vanessa Martins(Equipe Kit Aula)

Carina Bárbara Ribas de Oliveira(Coordenação Administrativa)

Cláudio Roberto PaitraMarline Meurer Paitra

(Diagramação)Marcelo Gamballi Schultz

(Ilustração)Cíntia Mara Ribas Oliveira

(Coordenação de Revisão Técnica e Gramatical)Contatos com a equipe do UnicenP:

Centro Universitário do Positivo – UnicenPPró-Reitoria de Extensão

Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza 530081280-320 Curitiba PR

Tel.: (41) 317 3093Fax: (41) 317 3982

Home Page: www.unicenp.bre-mail: [email protected]: [email protected]

Contatos com a Equipe da Repar:Refinaria Presidente Getúlio Vargas – Repar

Rodovia do Xisto (BR 476) – Km1683700-970 Araucária – Paraná

Mario Newton Coelho Reis(Coordenador Geral)

Tel.: (41) 641 2846 – Fax: (41) 643 2717e-mail: [email protected]

Uzias Alves(Coordenador Técnico)

Tel.: (41) 641 2301e-mail: [email protected]

Décio Luiz RogalTel.: (41) 641 2295

e-mail: [email protected] Aparecida Carvalho Stegg da Silva

Tel.: (41) 641 2433e-mail: [email protected]

Adair MartinsTel.: (41) 641 2433

e-mail: [email protected]

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Apresentação

É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-

renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos devocê e de seu perfil empreendedor.

Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre oCentro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representadapela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicosque auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planosde aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como umprocesso contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizadopela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades daPetrobras.

Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outrasfontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundarseu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão naPetrobras.

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Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.

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Automação Industrial

Sumário

1 OBJETIVOS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ............................................................... 7

1.1 Introdução ...................................................................................................................... 7

1.1.1 Segurança ............................................................................................................ 7

1.1.2 Produção ............................................................................................................. 7

1.1.3 Proteção ambiental .............................................................................................. 7

1.1.4 Restrições operacionais ....................................................................................... 7

1.1.5 Aspectos econômicos .......................................................................................... 7

1.2 Monitoramento e Controle de Plantas de Processo ....................................................... 7

1.3 SDCD (sistemas digitais de controle distribuído) e computadores de processo ........... 8

1.4 Principais malhas de controle ...................................................................................... 10

1.4.1 Características de malhas típicas .......................................................................11

1.4.2 Sistemas de Controle mais Complexos............................................................. 12

1.5 Sistemas de Intertravamento ....................................................................................... 15

1.6 SCMD.......................................................................................................................... 16

1.6.1 Introdução ......................................................................................................... 16

1.6.2 Sistema de Controle e Monitoração Distribuído (para sistemas elétricos) ....... 17

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1Objetivos da AutomaçãoIndustrial

1.1 IntroduçãoUma planta industrial é um arranjo de uni-

dades de processos físico-químicos (reatores,trocadores de calor, bombas, colunas de desti-lação, tanques, etc.), integrados de maneira ra-cional e sistemática, cujo objetivo é convertermatérias-primas em produtos desejados, usan-do diferentes fontes de energia, da maneiramais econômica.

Durante sua operação, a planta precisasatisfazer a diversos requisitos, impostos tan-to pelo projeto e pela tecnologia adotada, quan-to por influências externas (perturbações) denatureza ambiental, econômica e social.

1.1.1 SegurançaA operação segura de um processo físico-

químico é requisito primário para o bem-estardas pessoas envolvidas com a planta e a conti-nuidade operacional da mesma. Desse modo,variáveis de processo, como pressões, tempe-raturas e concentrações de produtos devem sermantidas sempre dentro de limites aceitáveis,ditados pelo projeto, pelos materiais empre-gados ou mesmo pelo estado de conservaçãoda planta.

1.1.2 ProduçãoUma unidade industrial deve ser contro-

lada, segundo um planejamento de produção,de modo a gerar cada um de seus produtos fi-nais na quantidade desejada, no momento ade-quado e, ainda, satisfazendo as especificaçõesde qualidade dos produtos.

1.1.3 Proteção ambientalAs legislações ambientais têm sido cada

vez mais restritivas com relação aos efluentesemitidos pelas indústrias. O correto manuseiode resíduos sólidos, a redução e o tratamentode gases e da água efluentes devem estar nomesmo nível de prioridade da segurança e daprodução.

1.1.4 Restrições operacionaisOs vários tipos de equipamentos usados

nas plantas industriais têm restrições ineren-tes à operação de cada um deles, isto implicaem manter variáveis operacionais dentro de li-mites. Por exemplo, alguns tipos de bomba ne-cessitam de pressão positiva na sucção, tan-ques podem transbordar, ou a temperatura deum reator catalítico não deve ultrapassar de-terminado limite superior para que o catalisa-dor não seja destruído.

1.1.5 Aspectos econômicosA produção de uma planta deve ser ade-

quada às condições de mercado, isto é, à dis-ponibilidade de matéria-prima e à demanda deprodutos finais. Assim, é requerido que as con-dições de operação sejam controladas em ní-veis ótimos, de mínimo custo operacional emáximo lucro.

Todos os requisitos apresentados anterior-mente apontam para duas necessidades: a mo-nitoração contínua da operação da planta e in-tervenções externas (controle) para garantir oatendimento ao plano de produção e a outrosobjetivos operacionais.

Neste cenário, pode-se compreender aAutomação Industrial como um conjunto dedisciplinas que implementam os sistemas demonitoração e de controle de plantas industriais.Tal implementação vai desde a concepção (pro-jeto de controle) e a instalação, até o acompa-nhamento do desempenho operacional e even-tuais reajustes “em linha”, ou seja, com a plantaem operação.

1.2 Monitoramento e Controle de Plantasde Processo

Os sistemas implementados pela automa-ção industrial precisam atender tanto necessi-dades de controle de equipamentos quanto deprodução e logística. Assim, devem com-preender processos de produção em bateladae contínuos, e ainda, tratar variáveis discretas

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(estados) e contínuas (pressões, temperaturas,vazões etc), em ambientes integrados.

Existem três classes de necessidades geraisa que os sistemas de controle devem atender:

1. Supressão de influências de perturbações externasEste é o objetivo mais comum de um con-

trolador numa planta. Como as perturbaçõesestão fora do alcance das ações operacionais,é necessário introduzir mecanismos de con-trole que cancelem os impactos negativos ex-ternos, através de ações apropriadas no pro-cesso.

Um exemplo, dos mais antigos, é o con-trole de nível de reservatórios de água por bóiae válvula (comporta), cujas evidências de usoforam encontradas na cultura grega, algunsséculos antes de Cristo.

2. Garantia da estabilidade do processoDo ponto de vista de estabilidade, os pro-

cessos podem ser auto-regulados ou instáveis.No primeiro caso, a variável de processo so-fre uma perturbação, mas volta ao seu valorinicial sem necessidade de qualquer ação ex-terna, ao contrário dos sistemas instáveis queprecisam continuamente de ações de controlepara manter sua integridade.

Andar de bicicleta é um exemplo de esta-bilização de um sistema instável através deações continuadas de controle.

3. Otimização do desempenho da plantaSegurança e atendimento à produção con-

forme programada, são os dois principais ob-jetivos operacionais de uma planta industrial.Uma vez atingidos, o próximo objetivo é comofazer a operação da planta mais lucrativa. Con-siderando que as condições que afetam a ope-ração de uma planta não permanecem cons-tantes ao longo do tempo, será sempre neces-sário promover mudanças em variáveis-cha-ves, de modo que os objetivos econômicossejam constantemente alcançados. Hoje, esta éa tarefa que mais necessita do trabalho conjun-to operador-sistema automático de controle.

A figura a seguir apresenta a hierarquiaclássica das funções de automação industrial.A partir desta visão, no seu Plano Diretor deAutomação Industrial (PDAI-2001), a Área deRefino da Petrobras dividiu as tarefas da auto-mação em seis eixos, em função de caracterís-ticas dos processos envolvidos e da naturezadas soluções a serem adotadas:

Eixo 1 – Controle e Otimização da Pro-dução – Controle regulatório eavançado para unidades de pro-cessos industriais.

Eixo 2 – Gerenciamento de Movimenta-ções e Otimização de Misturas –Monitoração e controle de esto-ques, movimentações de produ-tos e preparo de produtos pormistura.

Eixo 3 – Automatização de Procedimen-tos e Integração Operacional.

Eixo 4 – Controle e Otimização de Ener-gia – Controle regulatório e avan-çado para a área de geração deenergia (principalmente elétrica).

Eixo 5 – Controle de Resíduos e Sistemasde Segurança.

Eixo 6 – Atividades de Apoio e Sistemasde Informação.

Figura 1 – Hierarquia da Automação.

Como resultado desta divisão, os sistemasassociados à automação podem ser separadosem cinco grupos:

1. Sistemas Digitais de Controle Distri-buído (SDCD) e Computadores de Pro-cesso (CP);

2. Sistemas de Controle e Monitoração deDemanda Elétrica (SCMD);

3. Intertravamentos de Segurança;4. Gerenciamento de Operações de Trans-

porte e Armazenamento;5. Bases de Dados e Sistemas de Apoio à

Decisão.Neste treinamento, apenas os três primei-

ros grupos serão abordados com mais detalhes.

1.3 SDCD (Sistemas Digitais de ControleDistribuído) e Computadores de Processo

Os SDCD são constituídos por três tiposde componentes interligados por uma ou maisvias de comunicação de dados, conforme a fi-gura a seguir.

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Figura 2 – Arquitetura típica de um SDCD.

a) Interface com o Processo – É forma-da por Estações de Controle onde sãoimplementadas as estratégias ou algo-ritmos de controle regulatório bemcomo, seqüenciamento de operações emonitoração de variáveis. Ela recebe eenvia dados para os elementos primá-rios e finais de controle do processo.

b) Interface com a Operação – É com-posta por vídeos coloridos, teclados eimpressoras. Através de telas dinâmi-cas, são trocadas informações com asestações de controle e com os compu-tadores de processo.

c) Interface com Sistemas Externos – Éum equipamento que permite o fluxobidirecional de dados entre o SDCD eoutro sistema. Este último pode ser umcomputador de processo, que executacálculos avançados de controle, outrosistema de controle (como o SCMD),ou, ainda, uma plataforma de engenha-ria de onde se pode monitorar o desem-penho dos sistemas e realizar ajustesde parâmetros em estratégias de con-trole.

Atualmente, no refino, não se fala maisde SDCD operando de modo isolado dos com-putadores de processo. A operação conjuntaSDCD-CP responde pela metade dos benefí-cios possíveis de serem obtidos com automa-ção, a outra metade fica por conta da Otimiza-ção da Produção e da Logística. Porém, a im-plantação de SDCD representa cerca de 70%dos custos (conforme figura a seguir). Assim,

foi decidido que toda a implantação de SDCDnos órgãos operacionais seria seguida da ins-talação de computador de processo, rodandoestratégias de controle avançado.

Figura 3 – Relação Custos/Benefícios da Automação.

Os benefícios da implantação do SDCDsão, basicamente, obtidos pela possibilidadede configuração de malhas de controle maissofisticadas, maior facilidade de manutençãoe ajuste de estratégias de controle, maior pre-cisão da instrumentação digital e melhor aná-lise do processo através da integração de in-formações que o sistema proporciona.

O controle avançado irá passar pontos deajuste para o SDCD (setpoints) visando me-lhor qualidade dos produtos, maior estabilida-de e fator operacional, aumento de rendimen-tos e economia de energia.

Finalmente, a otimização da produção e alogística irão conduzir as unidades de proces-so, em conjunto, aos seus pontos ótimos deoperação, considerando a disponibilidade dematéria-prima, a racionalização de estoques eas oportunidades de mercado.

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1.4 Principais malhas de controleAs ferramentas de configuração do SDCD

são do tipo CAD (Computer Aided Design),isto é, as malhas ou estratégias de controle sãomontadas a partir da ligação de blocos funcio-nais, sem necessidade de uma linguagem deprogramação tradicional. Os fabricantes for-necem bibliotecas com uma ampla variedadede blocos, o que permite a configuração tantode estratégias clássicas (controle de vazão oude temperatura) quanto de malhas relativamen-te complexas, como controle antecipatório oude saída não linear.

A figura seguinte, apresenta um exemplode malha de controle clássico, juntamente comas definições de variáveis e nomenclatura ado-tadas em controle. É ilustrado um processo emque o líquido contido em um tanque é aqueci-do por meio de vapor. Suponha, por exemplo,que se deseje manter a temperatura do líquidoem 80oC.

Figura 4 – Tanque com aquecimento a vapor.

Para obter a ação de controle desejada, oinstrumento é dotado de um contato elétrico,que é fechado quando a temperatura está abai-xo de 80oC e aberto quando a mesma está aci-

Figura 5 – Diagrama de blocos da malha.

ma desse valor. O contato elétrico, por sua vez,liga uma válvula solenóide, que permitirá apassagem de vapor se a temperatura estiverabaixo dos 80oC, fechando-se ao ser ultrapas-sada essa temperatura.

No processo descrito, a variável controla-da é a temperatura do líquido, e o controle éobtido por meio da ação sobre a vazão de va-por, a variável manipulada.

A variável controlada é uma grandeza fí-sica que pode ser medida, tal como tempera-tura, pressão, nível, vazão, etc. Em processosde refino, a variável manipulada é, em geral,uma vazão. Em sistemas elétricos/eletrônicos,a variável manipulada pode ser uma correnteou uma potência elétrica.

O sinal do sensor é comparado com o pon-to de ajuste, ou setpoint (SP), o resultado detal comparação será o desvio ou erro – dife-rença entre o valor medido e o setpoint.

O controlador recebe o desvio e devetomar uma ação compatível com esta infor-mação recebida, gerando um sinal de saída parao elemento final de controle, neste caso a vál-vula solenóide. Este tipo de malha de controleé também conhecido por malha de controlecom realimentação ou em feedback.

É importante familiarizar-se com a repre-sentação em diagrama de blocos, como o dafigura a seguir, uma vez que esta é largamenteutilizada na literatura de controle. São diagra-mas relativamente simples, cujos retânguloscorrespondem a elementos que transformamum sinal em outro. Assim, por exemplo, o re-tângulo “controlador” corresponde a um ele-mento que transforma o sinal de erro em sinalde saída para a válvula solenóide.

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A figura a seguir mostra uma possível implementação da malha de controle num SDCD.

Figura 6 – Configuração da malha no CAD do SDCD.

1.4.1 Características de malhas típicasMalha de Controle de Vazão

Nesse caso, a variável manipulada é a própria variável controlada. A figura abaixo apresentaesta malha e sua representação em diagrama de blocos.

Figura 7 – Malha típica de controle de Vazão.

Figura 8a – Controle “direto”.

Para líquidos, a dinâmica da tubulação(“processo”) está associada com a inércia dolíquido e com o comprimento da tubulação.Para gases, além da inércia tem-se o efeito dacompressão ou expansão do gás com a pres-são, entretanto, de um modo geral, as malhasde vazão apresentam respostas rápidas.

Além da velocidade de resposta, estasmalhas têm também como característica a pre-sença de ruídos. Assim, não se recomenda ajus-te muito agressivo na sintonia de malha devazão, primeiro porque a malha já é rápida esegundo porque a amplificação de ruídos podefazer a válvula oscilar violentamente.

Malha de Controle de TemperaturaEstá sempre associada ao controle da

transferência de energia no sistema, ou seja, avariável controlada é uma temperatura e amanipulada pode ser uma vazão de combustí-vel, de fluido de aquecimento/resfriamento ouuma corrente elétrica. As características deresposta da malha de controle dependem prin-

cipalmente do sistema em que a tempera-tura está sendo controlada. Normalmente asmalhas de temperatura são mais lentas que asdemais (devido a atrasos no sensor e na trans-ferência de calor no processo) e não apresen-tam ruídos significativos.

Malha de Controle de PressãoAs malhas de controle de pressão podem

variar desde muito rápidas (Fig. 8a) até muitolentas (Fig. 8b). No primeiro caso, valem apro-ximadamente as regras das malhas de vazão.No outro, valem as regras das malhas de tem-peratura.

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Figura 8b – Controle “indireto”.

Pressão de LíquidoO controle de pressão de líquidos é exata-

mente igual ao controle de vazão. A única con-tribuição do processo corresponde à inércia dolíquido.

Pressão de Gás (não em equilíbrio com o líquido)Neste caso, o controle é relativamente sim-

ples. A entalpia (e, conseqüentemente, a tem-peratura) praticamente não depende da pres-são, assim não existe interação entre tempera-tura e pressão. O sistema apresenta caracterís-ticas de auto-regulação. Um aumento de pres-são de um recipiente tende a impedir que maisgás entre e a forçar que mais gás saia.

Pressão de Vapor (equilíbrio líquido-vapor)Neste sistema, a pressão do gás não é fun-

ção apenas das vazões (balanço de massa), mastambém das condições de equilíbrio e da tem-peratura (balanço de energia). Existe, portan-to uma interação com o líquido, fazendo comque o controle de pressão tenha característi-cas semelhantes ao de temperatura.

Malha de Controle de Nível de LíquidoExistem duas categorias de controle de

nível de líquidos:a) o nível é a variável importante do pro-

cesso e deve ser mantido constante,como no exemplo da figura 9a, em quea reação depende do volume de líquido.

b) o nível é variável secundária, portantodeve ser mantido entre um valor máxi-mo e um mínimo, absorvendo variaçõesdo processo (estratégia conhecida comoaveraging control). O tambor de topoda figura 9b é um exemplo deste tipode controle, em que se deseja manter avazão de destilado a mais estável pos-sível.

Figura 9a – Reator de mistura.

Figura 9b – Vaso de Topo de Coluna.

Na indústria do petróleo, quase que a to-talidade dos casos são deste segundo tipo, as-sim o volume de líquido é simplesmente um“capacitor” para estabilizar o processo. Nãoimporta muito onde o nível esteja, desde quese mantenha entre um máximo e um mínimoseguros. A velocidade de resposta da malhadepende principalmente das dimensões do re-cipiente. O método de medição empregadopode introduzir oscilações no sistema.

1.4.2 Sistemas de Controle mais ComplexosSplit Range ou Ação Dividida

Utilizado para os casos onde há a neces-sidade de mover duas válvulas a partir de umúnico controlador. Desse modo, a faixa de atua-ção do controlador é dividida entre dois ele-mentos finais de controle, como por exemplo,no controle da pressão no vaso mostrado nafigura a seguir.

Figura 10 – Controle Split Range de Pressão em Vaso de Topo.

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Controle em CascataAo contrário da estratégia anterior, neste

caso, há dois controladores para apenas umelemento final de controle. A saída do contro-lador primário é usada para ajustar o setpointdo controlador secundário, e este último équem envia o sinal de controle para a válvula.O controle em cascata pode reduzir erros emmais de dez vezes quando comparado a umcontrolador único. Um exemplo típico é o sis-tema apresentado na figura ao lado.

Figura 11 – Controle da Temperatura de Topo de Coluna.

Controle OverrideSistema que também emprega mais de um controlador para um mesmo elemento final de

controle. É utilizado quando duas (ou mais) condições anormais podem existir em um processo. Ocomando do elemento final é feito pela condição anormal que estiver ativa.

Como exemplo de emprego desta estratégia, pode-se citar um modelo de conversor de Craquea-mento Catalítico (Fig. 12a) ou um sistema de proteção de bombas colocadas em oleodutos (Fig. 12b).

Figura 12a – Controle Override em Conversor de FCC. Figura 12b – Controle Override, proteção da bomba.

Controle de RazãoEm muitos processos, há a necessidade de manter a vazão de um produto em proporção

exata em relação à vazão de um outro. Um sistema de controle de razão permite obter esseefeito. Uma aplicação tradicional desta estratégia é o controle de Vazão de vapor de retificaçãoem torres de destilação (conforme figura a seguir). Outro exemplo de aplicação é o controle darelação ar-gás ácido em unidades de recuperação de enxofre.

Figura 13 – Controle de Vapor de Retificação em Coluna.

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Controle Antecipatório ou FeedforwardAlguns sistemas podem apresentar atrasos

significativos entre perturbações na entrada e oaparecimento dos efeitos na variável controla-da. Nestes casos, o controle convencional res-ponde muito tarde à perturbação, tornando amalha de controle muito mais instável. Em con-troladores programáveis (SDCD), podem serimplementadas estratégias de controle de modoa antecipar os efeitos desses atrasos, que são,por isso, chamadas de antecipatórias.

Só é possível o emprego de estratégias decontrole antecipatório se as principais fontesde perturbação de um sistema puderem sermedidas e seus efeitos serem modelados, comono exemplo do Forno apresentado na figuraao lado.

Figura 14 – Controle antecipatório para pertubações na vazãoe na temperatura de entrada de um forno de processo.

Controle com Limites CruzadosEste tipo de controle é usado quando se precisa garantir que ao corrigir uma variável contro-

lada, as variáveis manipuladas recebam sinal de controle sempre numa seqüência segura. Aestratégia fica mais clara quando se analisa sua aplicação mais típica, o controle de combustãoem caldeiras e fornos (conforme figura a seguir).

Variações na entrada deste forno são perce-bidas pelo controlador de temperatura de saídasomente após alguns minutos, porém o mode-lo instalado envia para a malha de combustão,antecipadamente, um sinal de correção e asperturbações são absorvidas antes mesmo dechegarem ao sensor de temperatura de saída.

Figura 15 – Controle de Combustão em Fornos e Caldeiras.

A variável controlada é a pressão do va-por produzido. O sinal de saída do controla-dor de pressão é levado a dois seletores quetambém recebem sinais de vazão de combus-tível e ar. O objetivo é garantir sempre ar paraa queima, assim, nos casos de subida de pres-são, o controlador cortará primeiramente ocombustível para depois reduzir a vazão doar, enquanto que, nas quedas de pressão, o arsubirá antes do aumento de combustível.

Controle Adaptativo e Controle InferencialAmbas as estratégias dependem de siste-

mas de controle com capacidade de progra-

mação e, normalmente são programas de al-guma complexidade.

No Controle Adaptativo, os parâmetros docontrolador são ajustados automaticamente demodo a compensar variações nas característi-cas do processo. Existem dois casos principaispara se utilizar este tipo de controle: o compor-tamento fortemente não-linear de alguns pro-cessos, em que o ajuste de um controlador paraum valor médio não atenderá às necessidadesde controle num outro patamar e a os processosque se alteram bastante ao longo do tempo, porexemplo, incrustações sérias em permutadoresou perda rápida de atividade de catalisadores.

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O Controle Inferencial é aplicado a pro-cessos em que exista um distúrbio que nãopode ou não se quer medir, porém pode sercalculado (inferido) a partir de variáveis me-didas. Atualmente está bastante difundido ocontrole inferencial como substituto de Ana-lisadores em Linha, pois os mesmos apresen-tam altos custos iniciais e de manutenção. Asfiguras a seguir são os diagramas de blocosdestes controles.

Figura 16 – Diagrama de blocos de um Sistema de ControleAdaptativo.

Figura 17 – Diagrama de blocos de um Sistema de ControleInferencial.

Controle MultivariávelAté este ponto foram apresentadas estra-

tégias de controle que possuem apenas umavariável controlada pela atuação em uma va-riável manipulada de cada vez. Como os pro-cessos químicos apresentam muitas variáveisa serem controladas e dispõem de muitas variá-veis para atuar, e ainda, como sempre, exis-

Figura 18 – Interações entre malhas de controle num sistema.

As estratégias de controle multivariávelpodem ser agrupadas em dois tipos básicos,de acordo com a metodologia adotada para seeliminar as interferências entre malhas: as es-tratégias com desacoplamento externo, em queos efeitos das interações são modelados e so-mados externamente ao sinal de controle, demodo a compensar as interferências que sur-girão no processo; e as estratégias com desa-coplamento interno, que são programas decontrole em que cada sinal de saída é uma com-binação das ações de cada uma das variáveismonitoradas para aquele elemento final decontrole (um exemplo clássico é a estratégiaMatriz Dinâmica de Controle, DMC, de C.R.Cutler).

A figura seguinte apresenta estes dois ti-pos de estratégia.

tem interferências entre todas estas variáveis(conforme figura a seguir); mais recentemen-te, vêm sendo desenvolvidos sistemas de con-trole que atuam ao mesmo tempo sobre umconjunto de variáveis, a fim de buscar a esta-bilidade de todo o elenco. Sistemas desse tiposão conhecidos por Controles Multivariáveis .

Figura 19 – Métodos de desacoplamento de interações entre malhas de controle.

1.5 Sistemas de IntertravamentoNa indústria de petróleo, um grande nú-

mero de variáveis de processo e de parâme-tros de equipamentos deve ser monitorado paradetecção de possíveis situações anormais.Qualquer condição fora do normal deve seravisada ao pessoal de operação, através deanunciadores de alarme, para que sejam tomadas

as providências que conduzam o processo aoseu estado normal de operação. Em casos extre-mos, devem ser acionados, de modo manual ouautomático, sistemas de proteção para elimi-nar condições potencialmente perigosas, an-tes que causem danos às pessoas e aos equipa-mentos ou agressões ao ambiente. São os Sis-temas de Intertravamento de Segurança.

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As lógicas dos sistemas de intertravamentopodem ser implementadas através de compo-nentes discretos (por exemplo: relés, tempori-zadores e chaves elétricas), bem como pormeio de equipamentos micro-processados(controladores lógicos programáveis – CLP ouequipamentos dedicados).

Independente da tecnologia utilizada naimplantação, para se garantir a confiabilidadede um sistema de proteção é fundamental queo mesmo seja instalado em equipamento dife-rente dos sistemas de controle e, ainda, quepossua alimentação elétrica exclusiva e confiá-vel (UPS ou No breaks).

Quase sempre, a parada de um equipamen-to pelo sistema de proteção causa outras para-das na unidade, assim, é muito importante queos operadores e, particularmente, os consolis-tas conheçam as ações que serão tomadas porum sistema de proteção e as interações entre

Figura 20 – Sistema de Proteção de Compressor.

este e outros sistemas da planta. Todos devemestar preparados para acompanhar o procedi-mento de parada, de maneira segura, atuandonos momentos adequados.

Sistemas de intertravamento podem ficarinativos durante longos períodos de tempo,durante os quais pode ocorrer corrosão de con-tatos, rompimento de ligações ou vazamentosmecânicos que comprometam sua funcionali-dade. Isto significa que os sistemas devem sertestados e inspecionados o mais completamen-te possível. Os intertravamentos que são im-possíveis ou difíceis de testar durante a opera-ção normal da planta devem ter seus testes in-cluídos como parte de uma parada programa-da, garantindo a operabilidade dos mesmos.

Como ilustração, apresenta-se a seguir umexemplo de sistema de intertravamento, den-tre os mais comuns na indústria do petróleo.

1.6 SCMD1.6.1 Introdução

O sistema de descarte elétrico é um sistema desenvolvido de modo a assegurar a disponibi-lidade de carga elétrica para sistemas essenciais e as cargas mais críticas dentro do processo darefinaria. Isto é realizado desligando os circuitos das cargas não essenciais para o processo, emcaso de uma falta dentro do sistema de geração de energia elétrica, ou parte do sistema elétricoda refinaria. Uma falta dentro do sistema elétrico pode ser causada por abertura da linha daConcessionária de Energia Elétrica, perda da capacidade de geração, ou quando parte do sistemaelétrico é desligado do fornecimento da Concessionária de Energia Elétrica. O sistema de des-carte elétrico está preparado para ser capaz de enfrentar as condições acima mencionadas. Ou-tros requisitos que o sistema de descarte elétrico deve desempenhar, mas que têm uma baixaprioridade, é o fato que esse descarte pode provocar perturbação no processo de produção omínimo possível, o propósito é descartar somente a soma da potência realmente necessária coma menor prioridade possível. Além disso o sistema de descarte não deve operar a não ser porsituações obrigatórias dentro do sistema elétrico. Deste modo, o sistema deve ser muito seguro eo número de operações espúrias deve ser restrito durante a vida útil do sistema.

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1.6.2 Sistema de Controle e Monitoração Distri-buído (para Sistemas Elétricos)

O SCMD é um conjunto de hardware(HW) e software (SW), que são conectados aosequipamentos da área elétrica (motores, gera-dores, transformadores, disjuntores, etc.), quese comunicam, entre si e com as estações deoperação (IHM), através de uma via de comu-nicação de dados (VCD).

O hardware de um SCMD é muito pareci-do com o do SDCD, alguns fabricantes inclusi-ve usam o mesmo equipamento para ambas asfunções. As diferenças são que as funções de

controle configuradas no SCMD operam emtempos muito curtos. Existem funções de cál-culo em que o tempo entre o evento inicializa-dor e saída deve ser menor que 150 ms. Comrelação às malhas de controle, o SDCD carac-teriza-se pela existência de muitas malhas lo-cais, já para o SCMD, as malhas das funçõesprincipais atuam em todos os controladores aomesmo tempo exigindo grande tráfego de da-dos pela rede de comunicação.Os demais com-ponentes, tais como entradas analógicas, en-tradas digitais e saídas analógicas e digitais sãoexatamente iguais a um SDCD.

Diferenças entre SDCD e SCMD– Tipos de “malha de controle”.– Distribuído por toda refinaria.– Tráfego na VCD.– Tempos envolvidos muito pequenos (I/O).– Ciclicidade dos programas mais alta.– Variações de carga de CPU.Observação: no caso ABB, o HW é o

mesmo.

Objetivos do SCMD– Controlar e monitorar a geração, rece-

bimento e distribuição de energia elétri-ca, de forma integrada e centralizada.

– Otimizar produção e compra de ener-gia elétrica. Aumento da confiabilida-de no suprimento de energia elétrica(fator operacional).

– Melhor análise de ocorrências anormais.

Monitoração de variáveis do sistema elétricoA disponibilização de uma base de dados

digitais, quando da implantação de um SCMD,traz grandes vantagens para quem opera o sis-tema elétrico. Há disponível uma infinidadede alarmes e variáveis que com os sistemasconvencionais era impossível existir. Os equi-pamentos têm suas anomalias detectadas ins-tantaneamente, permitindo que providênciaspreventivas possam ser tomadas melhorandoa confiabilidade do sistema elétrico da plantacomo um todo. Para citar apenas um exemplo,opôs à implantação do SCMD, em que os siste-mas de corrente contínua, críticos, passaram aser monitorados, as ocorrências graves de perdade corrente contínua ou carregadores de bateriadeixaram de existir. Se um banco de bateriasentrar em regime de descarga, imediatamente

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é gerado um alarme para o operador e estetoma as providências necessárias antes que asituação agrave-se.

Controle do sistema de geração e distribuiçãode energia elétrica da Refinaria

A Função de controle da geração e distri-buição de energia em uma refinaria é semprefeita na UTR (unidade terminal remota) daCasa de Força. Esta UTR é chamada de másterdo sistema pois é nela que rodam os progra-mas de controle principais.

O controle da geração permite ao opera-dor alterar a carga ativa e reativa das máqui-nas, sincronizar fontes, fixar setpoint para fa-tor de potência ou potência ativa gerada, alte-rar ajustes de proteção para situações de com-pra e/ou venda de energia e comandar todas assubestações da refinaria a partir do console deoperação.

Descarte de cargas elétricas em casos dedistúrbios operacionais

É o programa de controle que desempe-nha a função de desligar as cargas dos gerado-res quando ocorre a perda de capacidade degeração, seja por perda de um gerador ou porperda de produção de vapor (descarte térmi-co). O sistema fica monitorando pontos pre-definidos como disjuntores de saída dos gera-dores, disjuntores das linhas da concessioná-ria e sinais de trip de caldeiras. Quando umdestes sinais torna-se “verdadeiro”, o progra-ma de descarte roda automaticamente o cál-culo do balanço entre a capacidade de geraçãoe a carga e, se o resultado for negativo, execu-ta um descarte até o nível de prioridade suficien-te para equilibrar a capacidade de geração coma carga consumida naquele momento.

Para que este cálculo seja feito existe umatabela de prioridades predefinida em que cadamotor é classificado pela sua importância den-tro do processo de refino. Esta prioridade va-ria de um a vinte, de acordo com ordem cres-cente de prioridade.

Reaceleração de motoresEsta função visa recolocar em operação

os motores que desligaram após uma ocorrên-cia de subtensão, ocasionada por queda dealimentador, ou após reset do descarte elétri-co. Funciona utilizando uma tabela de priori-dades de um a vinte, a partir do que os maisimportantes são reacelerados primeiro. Na re-aceleração, é também considerado o tempo que

se passou após o desligamento, caso seja mui-to longo, o motor deixa de ser candidato areacelerar (por exemplo uma bomba de cargade unidade só pode ser reacelerada se a unida-de não estiver parada, isso significa temposnão maiores que 5 segundos.) Para tanto, ajus-ta-se outro parâmetro chamado RAT (reacele-ration timeout).

Anotações

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No UnicenP, a preocupação com a construção e reconstrução doconhecimento está em todas as ações que são desenvolvidas pelos pró-reitores, diretores de Núcleos, coordenadores de Cursos e professores.Uma equipe coesa e unida, em busca de um só objetivo: a formação docidadão e do profissional, que é capaz de atuar e modificar a sociedadepor meio de suas atitudes. Preparar este cidadão e este profissional é umaresponsabilidade que esta equipe assume em suas atividades no CentroUniversitário Positivo, que envolvem, principalmente, as atividades emsala de aula e laboratórios, bem como a utilização contínua dos recursosdisponibilizados pela Instituição em seu câmpus universitário. Esta equipetrabalha em três núcleos básicos da área de graduação � Núcleo deCiências Humanas e Sociais Aplicadas, Núcleo de Ciências Biológicas e daSaúde, Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas � além das áreas de pós-graduação e de extensão.

O UnicenP oferece em seus blocos pedagógicos 111 laboratórios, clínicasde fisioterapia, nutrição, odontologia e psicologia, farmácia-escola,biotério, central de estagio, centro esportivo e salas de aula, nos quais éencontrada uma infra-estrutura tecnológica moderna que propicia aintegração com as mais avançadas técnicas utilizadas em cada área doconhecimento.

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Principios Éticos da PetrobrasA honestidade, a dignidade, o respeito, a lealdade, odecoro, o zelo, a eficácia e a consciência dos princípioséticos são os valores maiores que orientam a relação daPetrobras com seus empregados, clientes, concorrentes,parceiros, fornecedores, acionistas, Governo e demaissegmentos da sociedade.

A atuação da Companhia busca atingir níveis crescentesde competitividade e lucratividade, sem descuidar dabusca do bem comum, que é traduzido pela valorizaçãode seus empregados enquanto seres humanos, pelorespeito ao meio ambiente, pela observância às normasde segurança e por sua contribuição ao desenvolvimentonacional.

As informações veiculadas interna ou externamente pelaCompanhia devem ser verdadeiras, visando a umarelação de respeito e transparência com seusempregados e a sociedade.

A Petrobras considera que a vida particular dosempregados é um assunto pessoal, desde que asatividades deles não prejudiquem a imagem ou osinteresses da Companhia.

Na Petrobras, as decisões são pautadas no resultado dojulgamento, considerando a justiça, legalidade,competência e honestidade.