Sistemas Supervisrios

Conceitos instrumentaoProf. Leandro Baranhttp://www.ge-ip.com/Processo no qual as interrupes so mnimas em qualquer corrida de produo ou entre corridas de produo de produtos que exibam caractersticas de processo, tais como lquidos, fibras, pulverizados, gases;Nestes processos a entrada de matria-prima e sada do produto so realizadas de forma contnua;Indstrias petroqumicas, cimenteiras, siderrgicas, papel e celulose so exemplos de processos contnuos;As paradas totais dos processos contnuos se realizam em intervalos de um ano ou mais. PROCESSOS INDUSTRIAISCONTNUOS

PROCESSOS INDUSTRIAISCONTNUOSUm processo industrial que prioritariamente programa curtos ciclos de produo de produtos;Processo em que o produto final obtido em uma quantidade determinada aps todo o ciclo. A entrada de novas matrias primas s se dar aps o encerramento desse circuito;No processo em batelada, uma dada quantidade de material processada atravs de passos unitrios, cada passo sendo completado antes de passar para o seguinte;

PROCESSOS INDUSTRIAISBATELADACada operao do processo em batelada pode ser considerada como um processo contnuo, porm o tempo envolvido relativamente pequeno, medido em minutos ou horas;Uma batelada tem caractersticas especficas, tais como seu tamanho, peso, cor, matrias primas, aditivos, catalisadores, entre outros; A informao, tal como a condio sob a qual a batelada foi produzida, ou o equipamento da planta industrial usado para produzi-la, pode ser necessria para determinar as propriedades do produto ou satisfazer as exigncias legais. PROCESSOS INDUSTRIAISBATELADA

PROCESSOS INDUSTRIAISBATELADAETAPAS:Introduzir o produto A com uma vazo de 2000 l/min at totalizar 10000L,Introduzir o produto C com vazo de 300 lpm at totalizar 6000L;Introduzir, 1 minuto aps o produto B com vazo de 100 l/min at o nvel mximo,Iniciar o aquecimento at 50C e manter assim por 2 horas misturando continuamente;Escoar o produto Verificar o fim da batelada pela totalizao do volume escoadoProceder a lavagem do tanque introduzindo gua at o nvel mnimoIniciar a agitao e aquecimento at 50CFechar a entrada de gua com o nvel mximo Descarregar o tanque e verificar pela totalizaoDar incio nova bateladaPROCESSOS INDUSTRIAISBATELADANo processo discreto, cada item a ser fabricado processado em uma etapa, como um item separado e individual.

As montadoras de automveis, fbricas de auto peas e industrias eletroeletrnicas so exemplos de processos discretos.

Neste tipo de processo, atualmente, usam-se clulas de manufatura com robs, mquinas de comando numrico computadorizado (CNC) para executar certas operaes repetitivas .PROCESSOS INDUSTRIAISPROCESSOS DISCRETOSProduzem bens em alto volume e variedade relativamente estreita;Ex: fbrica de automveis; maior parte dos fabricantes de bens durveis;Nas operaes em massa as diferentes variantes de um produto no afetam o processo bsico de produo.PROCESSOS INDUSTRIAISPROCESSOS DISCRETOS

PROCESSOS INDUSTRIAISPROCESSOS DISCRETOS

PROCESSOS INDUSTRIAISPROCESSOS DISCRETOSControlar um processo o ato de manter as variveis do processo dentro de certas condies pr-estabelecidas.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.PROCESSOSCONCEITOS

PROCESSOSCONCEITOS

PROCESSOSCONTROLE MANUAL o controle realizado mediante instrumentos. Nesse caso, o controle independe da interveno humana.

PROCESSOSCONTROLE AUTOMTICO

PROCESSOSCONTROLE AUTOMTICOInformao sobre a varivel controlada no so utilizadas para ajustar qualquer uma das variveis de entrada.Em um sistema de malha aberta, a ao de controle independe da sada.

PROCESSOSMALHA ABERTA

CONTROLADORPLANTA OU PROCESSOENTRADASADAPROCESSOSMALHA ABERTACONTROLADORPLANTA OU PROCESSO aquele no qual a ao de controle depende, de algum modo, da sada. Neste caso a sada sempre medida e comparada com a entrada a fim de reduzir o erro e manter a sada do sistema em um valor desejado. ENTRADASADAMEDIOPROCESSOSMALHA FECHADAVariveis controladas sofrem correes a medida que as variveis de entrada so atuadas;

PROCESSOSMALHA FECHADA

Realimentao a informao que um sistema de malha fechada usa para controlar a sada;O valor real da sada subtrado do valor desejado. Essa diferena o sinal de erro, que o sistema usa para ajustar a sada ao valor desejado.PROCESSOSMALHA FECHADA

O controle manual no permite a eliminao do erro, resultando em uma amplitude de variao excessiva do valor da varivel que se deseja controlar.PROCESSOSMALHA FECHADA (CONTROLE MANUAL)O controle automtico permite atravs de sua ao a reduo do erro, com um tempo de atuao e preciso impossveis de se obter no controle manual.

PROCESSOSMALHA FECHADA (CONTROLE AUTOMTICO)Uma das vantagens o fato de que o uso da realimentao faz com que a resposta do sistema seja relativamente insensvel a distrbios e variaes internas nos parmetros do sistema;So mais vantajosos somente nos casos em que houver distrbios e/ou alteraes no previsveis nos componentes do sistema.Maior preciso na combinao dos valores para a varivel controlada;Aumento na velocidade de resposta do sistema;PROCESSOSMALHA FECHADA (CONTROLE AUTOMTICO)So simples de serem construdos e tm fcil manuteno;So menos dispendiosos do que um sistema correspondente de malha fechada;So apropriados quando existem dificuldades de avaliao da sada ou quando a medio precisa da sada no economicamente possvel;DesvantagensPara que a sada mantenha a qualidade requerida, necessria uma regulagem peridica.Distrbios e mudanas na calibrao causam erros, e a sada pode apresentar diferenas em relao ao padro esperado.PROCESSOSMALHA ABERTAEm todos os processos industriais indispensvel o controle das variveis, tais como: PRESSO, NVEL, VAZO, TEMPERATURA, pH, CONDUTIVIDADE, VELOCIDADE, UMIDADE, entre outras. A partir do controle dessas variveis se consegue o controle da composio do produto final.As variveis de controle so classificadas em: Medida, controlada ou de processo (PV); Manipulada (MV); Aleatrias ou distrbios.PROCESSOSTERMINOLOGIAVarivel de Processo (varivel controlada) - PV a varivel mantida dentro de um valor desejado ou entre valores pr-determinados pelo processo.Algumas vezes, se mede uma varivel indiretamente, por meio da medio de outra varivel. Para toda varivel controlada, possumos um meio controlado. Meio controlado a energia ou material que est contida na varivel controlada. PROCESSOSTERMINOLOGIAVarivel Manipulada - PV uma varivel de entrada do processo, que sofrer modificaes para manter a varivel controlada no valor desejado.Set Point (SP) ou Set Valor (SV) ou Valor Desejado um valor desejado estabelecido previamente como referncia de ponto de controle no qual o valor controlado deve permanecer.Variveis Aleatrias ou DistrbioSo todas as variveis que o processo possui, que no so medidas, controladas e manipuladas, mas que afetam a estabilidade da varivel controlada. PROCESSOSTERMINOLOGIAOs distrbios podem ocorrer: na entrada do processo; na sada do processo.So tambm considerados distrbios do processo: condies de operao; condies ambientais; desgaste dos equipamentos e dos instrumentos; falha de equipamentos; fenmenos internos ao processo, como reaes endotrmicas e exotrmicas.PROCESSOSTERMINOLOGIAMeio controlado a energia ou material no qual a varivel controlada. No processo abaixo, o meio controlado gua na sada do processo, e a varivel controlada, temperatura, representa uma caracterstica d'gua

PROCESSOSTERMINOLOGIAAgente de Controle a energia ou material do processo, enquanto a varivel manipulada corresponde a uma condio ou caracterstica. No processo acima, o agente de controle o vapor, pois a varivel manipulada a vazo do vapor. Conforme observado, na figura anterior, as principais variveis de processo so:varivel controlada: temperatura da gua;meio controlado: gua na sada do processo;varivel manipulada: vazo de vapor;agente de controle: vapor.PROCESSOSTERMINOLOGIA

32INSTRUMENTOSCOMPONENTES DE UM SISTEMA DE MEDIDAPodemos classificar os instrumentos de medio em vrios mtodos. Os mais empregados na literatura tcnica so:manual ou automtico alimentado ou sem alimentao externa pneumtico ou eletrnico analgico ou digital montado no campo ou na sala de controle modular ou integral dedicado ou compartilhado centralizado ou distribudo33INSTRUMENTOSTERMINOLOGIACom relao interveno humana, a medio instrumento pode ser manual ou automtica. A medio mais simples feita manualmente, com a interferncia direta de um operador. A medio manual geralmente feita por um instrumento porttil.A medio pode ser feita de modo automtico e continuo, sem interferncia humana direta. O instrumento fica ligado diretamente ao processo, sentindo a varivel e indicando continuamente o seu valor instantneo.

34INSTRUMENTOSMANUAL X AUTOMTICODependendo da natureza da fonte de energia e do sinal padro, os instrumentos podem ser classificados em: pneumticos, onde esto includos os puramente mecnicos. eletrnicos, ou tambm chamados de eltricos.

A escolha entre pneumtico ou eletrnico no apenas a escolha de um instrumento isolado, mas de todo um sistema de instrumentao de controle do processo. A escolha pode depender do tipo de processo e das variveis envolvidas.

35INSTRUMENTOSPNEUMTICO X ELETRNICOO instrumento pneumtico aquele que necessita, para seu funcionamento, da alimentao de ar comprimido, presso tpica de 120 kPa (20 psi). O sinal padro de informao pneumtica o de 20 a 100 kPa (0,2 a 1,0 kgf/cm2 ou 3 a 15 psi).

36INSTRUMENTOSPNEUMTICOSH basicamente dois tipos de instrumentos eletrnicos: 1. base de corrente e base de tenso.

O instrumento eletrnico pode ser uma fonte de energia e por isso ele no seguro quando usado em rea classificada, a no ser que sejam tomados cuidados especiais de fabricao e instalao. Ele deve possuir uma classificao eltrica especial, compatvel com a classificao de rea do local onde ele vai operar. 37componentesinstrumentos eletrnicosEsta classificao pode se referir a:Sinal;Tecnologia;Display;

Sinal uma indicao visual, audvel ou de outra forma que contem informao. O sinal pode ser: 1. Analgico 2. Discreto 3. Pulsos 4. Digital

38INSTRUMENTOSANALGICOS X DIGITAISSinal analgico aquele que vria de modo continuo, suave, sem saltos ou degraus. O parmetro fundamental do sinal analgico sua amplitude. Medir um sinal analgico determinar o valor de sua amplitude.

39INSTRUMENTOSSINAL ANALGICOSinal binrio ou discreto aquele que s pode assumir dois valores descontnuos, alto ou baixo, ligado ou desligado.Exemplo: Comando liga-desliga / protocolos de comunicao

40INSTRUMENTOSSINAL DISCRETOOs indicadores so instrumentos que tem a funo de indicar uma varivel ou situao de um processo industrial. Os indicadores podem ser do tipo:Analgicos: Os instrumentos analgicos usualmente dispem de um ponteiro e de uma escala graduada na qual podemos ler o valor da varivel.

INSTRUMENTOSINDICADORESDigitais: Instrumentos digitais que indicam a varivel em forma numrica com dgitos ou barras grficas.

INSTRUMENTOSINDICADORESO registrador o instrumento que sente uma ou muitas variveis do processo e plota seu valor em um grfico, de modo contnuo ou descontinuo, mas permanente. Ele fornece o comportamento histrico da varivel.

INSTRUMENTOSREGISTRADORESOs Instrumentos transmissores so aqueles que determinado um valor de uma varivel no processo atravs de um elemento primrio, transmite a outro equipamento tendo o sinal de sada cujo valor varia apenas em funo da varivel do processo.Existem vrios tipos de sinais de transmisso que so os Pneumticos; Eltricos (Analgicos e Digitais); Hidrulicos; Eletrnicos; Digitais; Binrio entre outros que sero vistos na seo futura.

INSTRUMENTOSTRANSMISSORESInstrumento que recebe informaes na forma de uma ou mais quantidades fsicas, modifica, caso necessrio, estas informaes e fornece um sinal de sada resultante. Os instrumentos transdutor de uma forma simples e clara, traduzem uma varivel fsica.

INSTRUMENTOSTRANSDUTORESOs instrumentos controladores tm como objetivo controlar. O controle feito comparando a varivel controlada com um valor desejado (set point) e fornece um sinal de sada a fim de manter a varivel controlada em um valor especfico ou entre valores determinados. Alguns instrumentos controladores, a varivel pode ser medida, diretamente pelo controlador ou indiretamente atravs do sinal de um transmissor ou transdutor.

INSTRUMENTOSCONTROLADOROs instrumentos elemento final de controle o que vai atuar no sistema de controle. Aps ser mensurado, indicado, registrado e comparado com um set point, o controlador para controlar a varivel utiliza o instrumento elemento final de controle para modificar o sistema e a varivel.

INSTRUMENTOSELEMENTO FINAL DE CONTROLEFaixa ou conjunto de valores da varivel medida/controlada que esto compreendidos dentro dos limites superior e inferior de capacidade de medio, transmisso ou controle do instrumento, estabelecendo seus valores extremos.

48TERMINOLOGIAFAIXA DE MEDIDA(RANGE)Diferena algbrica entre os valores superior e inferior da faixa de medida (range) do instrumento.

49TERMINOLOGIAALCANCE (SPAN)PrecisoVariabilidade dos resultados de medies sucessivas

Exatido de MedioGrau de concordncia entre o resultado de uma medio e um valor verdadeiro convencional.

50TERMINOLOGIAPRECISO X EXATIDOA exatido pode ser descrita de trs maneiras: Percentual do Fundo de Escala (% do F.E.) Percentual do Span (% do Span) Percentual do Valor Lido (% do V.L.)

Exemplo: Para um sensor de temperatura com range de -50 a 250 C e valor medido 80C determine o intervalo provvel do valor real para as seguintes condies:Exatido de 1% do Fundo de Escala;Exatido de 1% do SPAN;Exatido de 1% do valor lido (instantneo);51TERMINOLOGIAPRECISO X EXATIDO a relao entre o valor mximo e o valor mnimo, lidos com a mesma exatido na escala de um instrumento.Exemplo: Para um sensor de vazo cuja escala 0 a 300 GPM (gales por minuto), com exatido de 1% do span e rangeabilidade 10:1, significa que a exatido ser respeitada entre 30 e 300 GPM.

52TERMINOLOGIARANGEABILIDADE (LARGURA DE FAIXA) o erro mximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a varivel percorre toda a escala nos sentidos ascendente e descendente.Expressa-se em porcentagem do span do instrumento.53TERMINOLOGIAHISTERESELEITURA OU SAIDAENTRADA (C)200 "C120,2119,800200120DIFERENCA MAXIMACARACTERISTICAASCENDENTECARACTERISTICADESCENDENTE54TERMINOLOGIAHISTERESE a mnima variao que a varivel pode ter, provocando alterao na indicao ou sinal de sada de um instrumento;Exemplo: Um termmetro de vidro com range de 0 a 500C, possui uma escala de leitura de 50 cm.55Sensibilidade = (50 / 500 cm)/C = 0,1cm/CTERMINOLOGIASENSIBILIDADE a mxima diferena entre diversas medidas de um mesmo valor da varivel, adotando sempre o mesmo sentido de variao. Expressa-se em porcentagem do span do instrumento. Ex.: Um instrumento com range de 0 a 1000 L/min, 0,1% do span (o que corresponde a 1 L/min), se a vazo real na primeira passagem ascendente for 750 L/min e o instrumento indicar 742 L/min, numa segunda passagem ascendente com vazo real de 750 L/min o instrumento indicar 742 1 L/min. Observar que o termo Repetibilidade no inclui a Histerese.56TERMINOLOGIAREPETIBILIDADE o desvio mximo da indicao obtida tornando com referncia a reta que une os pontos referentes a 0% e 100% da escala.

57TERMINOLOGIALINEARIDADE a mxima variao que a varivel pode ter sem que provoque alterao na indicao ou sinal de sada de um instrumento.Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 200C e com zona morta de 0,1%:58

TERMINOLOGIAZONA MORTA a diferena entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relao ao valor real da varivel medida. Se tivermos o processo em regime permanente, chamaremos de erro esttico, que poder ser positivo ou negativo, dependendo da indicao do instrumento, o qual poder estar indicando a mais ou menos.Quando tivermos a varivel alterando seu valor ao longo do tempo, teremos um atraso na transferncia de energia do meio para o medidor. O valor medido estar geralmente atrasado em relao ao valor real da varivel. Esta diferena entre o valor real e o valor medido chamada de erro dinmico.59TERMINOLOGIAERROCorresponde ao tempo tomado pelo sistema de medio em responder completamente a uma modificao no valor da varivel de entrada. Por exemplo, um termmetro de mercrio que, estando a temperatura ambiente (20 C), ser mergulhado numa cuba com gua a 80 C. Durante o tempo em que houver fluxo de calor da gua para o mercrio, o termmetro estar marcando um valor errado de temperatura. o chamado erro dinmico. Apenas a partir do instante que houver equilbrio trmico (ou seja, a gua, o mercrio e o vidro estiverem a mesma temperatura (80 C), o erro dinmico deixa de existir, e o termmetro passa a medir a temperatura da gua com a preciso que lhe prpria.

60TERMINOLOGIAVELOCIDADE DE RESPOSTA / INRCIA