controle digital prof. cesar da costa 1.a aula – variável de processo

Controle Digital

Prof. Cesar da Costa

1.a Aula – Variável de Processo

1. Introdução

O objetivo de se medir e controlar as diversas variáveis físicas em processos industriais é obter produtos de alta qualidade, com melhores condições de rendimento e segurança, a custos compatíveis com as necessidades do mercado consumidor.

1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada (“Loop”)

Malha de controle constitui um conjunto de elementos (medidor, controlador, atuador, etc.) com o objetivo de manter uma das variáveis do processo (pressão, temperatura, nível, etc.) dentro de um valor pré-estabelecido (set-point).

1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada (“Loop”)

1. 3 Variável de Processo (PV)

As principais grandezas que traduzem transferências de energia num processo são chamadas de “Variáveis de Processo).

São exemplo de variáveis de processo: Pressão, temperatura, nível, vazão, densidade, pH.

A PV (Variável de Processo) é o que deseja-se controlar em um processo industrial.

1. 3 Variável de Processo (PV)

PV = Temperatura

1. 4 Set-Point (SP)

É o valor desejável para uma determinada variável de processo.

Em um processo industrial deseja-se controlar a PV a partir der um determinado Set-point.

Pode ser fixo ou variável no tempo.

1. 5 Erro (E)

É a diferença entre a Variável de Processo (PV) e o set-point (SP). Ou seja:

E = SP-PV (controle direto)

Ou

E = PV-SP (controle reverso)

1. 6 Variável Manipulada (MV)

Um controlador analisa o erro (E) e, a partir dele, calcula qual deverá ser a atitude a ser tomada.

Ou seja, qual deve ser o valor do elemento final de controle para que o erro seja nulo.

Controle de Malha Fechada

Na malha fechada, a informação sobre a variável controlada, com a respectiva comparação com o valor desejado, é utilizada para manipular uma ou mais variáveis do processo.

Na figura , a informação acerca da temperatura do fluido da água aquecida (fluido de saída), acarreta uma mudança no valor da variável do processo, no caso, a entrada de vapor.

Se a temperatura da água aquecida estiver com o valor abaixo do valor do set point, a válvula abre, aumentando a vazão de vapor para aquecer a água. Se a temperatura da água estiver com um valor abaixo do set point, a válvula fecha, diminuindo a vazão de vapor para esfriar a água.

Em sistemas de malha fechada, o controle de processo pode ser efetuado e compensado antes ou depois de afetar a variável controlada, isto é, supondo que no sistema apresentado como exemplo, a variável controlada seja a temperatura de saída da água.

Se o controle for efetuado, após o sistema ter afetado a variável (ter ocorrido um distúrbio), o controle é do tipo "feed-back", ou realimentado..

1.7 Controle Feedback

1.8 Malha aberta

Na malha aberta, a informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar qualquer entrada do sistema para compensar variações nas variáveis do processo.

1.9 ELEMENTOS DE CONTROLE AUTOMÁTICO

Os sistemas de controle automático, basicamente são compostos por: uma unidade de medida, uma unidade de controle e um elemento final de controle, conforme mostrado na figura.

1.10 CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSO

O Controle Automático dos Processos Industriais é cada vez mais empregado por aumentar a produtividade, baixar os custos, eliminar erros que seriam provocados pelo elemento humano e manter automática e continuamente o balanço energético de um processo.

1.10 CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSO

Para poder controlar automaticamente um processo precisamos saber como está ele se comportando para poder corrigi-lo, fornecendo ou retirando dele alguma forma de energia, como por exemplo: pressão ou calor.

Essa atividade de medir e comparar grandezas é feita por equipamentos ou instrumentos que veremos a seguir.

1.11 Classificação dos Instrumentos de Medição

Os instrumentos podem ser classificador por:

a) Função

b) Sinal transmitido

1.12 Classificação por Função

Os instrumentos podem estar interligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais.

A associação desses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma função.

Os instrumentos que podem compor uma malha são então classificados por função cuja descrição sucinta pode ser lida na tabela a seguir.

Malha de Controle com alguns instrumentos

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido

Sinal Tipo pneumático

• Nesse tipo é utilizado um gás comprimido, cuja pressão é alterada conforme o valor que se deseja representar.

• Nesse caso a variação da pressão do gás é linearmente manipulada numa faixa específica, padronizada internacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu limite inferior até seu limite superior.


Sinal Tipo pneumático

• O padrão de transmissão ou recepção de instrumentos pneumáticos mais utilizado é de 0,2 a 1,0 kgf/cm (aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglês).

• Os sinais de transmissão analógica normalmente começam em um valor acima do zero para termos uma segurança em caso de rompimento do meio de comunicação.


Sinal Tipo Hidráulico

• Similar ao tipo pneumático e com desvantagens equivalentes, o tipo hidráulico utiliza-se da variação de pressão exercida em óleos hidráulicos para transmissão de sinal. É especialmente utilizado em aplicações onde torque elevado é necessário.


Sinal Tipo Elétrico

• Esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão.

• Face a tecnologia disponível no mercado em relação a fabricação de instrumentos eletrônicos microprocessados, hoje, é esse tipo de transmissão largamente usado em todas as indústrias, onde não ocorre risco de explosão.


Sinal Tipo Elétrico • Assim como na transmissão pneumática, o sinal é linearmente modulado em uma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mínimo e máximo de uma variável de um processo qualquer.


Sinal Tipo Elétrico • Como padrão para transmissão a longas distâncias são utilizados sinais em corrente contínua variando de (4 a 20 mA) e para distâncias até 15 metros aproximadamente, também utiliza-se sinais em tensão contínua de 1 a 5V.


Tipo Digital

Nesse tipo, “pacotes de informações” sobre a variável medida são enviados para uma estação receptora, através de sinais digitais modulados e padronizados.


Tipo Digital Para que a comunicação entre o elemento transmissor receptor seja realizada com êxito é utilizada uma “linguagem” padrão chamado protocolo de comunicação. Os principais padrões de comunicação são: • Modbus RTU• Fieldbus Foundation• ProfiBus• Devicenet• AS-interface (ASI)


Via Rádio

• Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos são enviados à sua estação receptora via ondas de rádio em uma faixa de frequência específica.

controle digital prof. cesar da costa 1.a aula – variável de processo

Documents