controle dinâmico de velocidade de um motor de indução e nível de reservatório através do clp,...

Controle Dinâmico de Velocidade de um Motor de Indução e Nível de Reservatório através do CLP, Inversor de frequência e software de supervisão e controle.

1

Agradecimentos

Agradeço primeiramente a minha mãe que apesar de falecida, sei que está sempre comigo.

A minha família, por todo o carinho, paciência e suporte, pois ninguém chega a nenhum lugar sem

ter apoios.

Ao meu professor e orientador Dr. Jean Marcos de Souza Ribeiro, por ter tido paciência em me

ensinar tudo, de ter passado várias horas comigo no laboratório. Levo essa experiência não só como

acadêmica, mas também com uma amizade.

A todos os meus professores de graduação, principalmente ao Dr. Jean Marcos e ao Dr. Edvaldo

Assunção que me incentivaram e inspiraram a seguir a área de controle e automação.

Aos meus amigos e minha namorada que são, literalmente, minha alegria.


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Resumo

O controle de um motor de indução possui diversas aplicações na indústria e pesquisa. O presente

artigo propõe realizar o controle do nível de um tanque utilizando um Controlador Lógico Programável

(CLP), inversor de frequência e software supervisório (SCADA).

O estudo inicial tratou-se de identificar e simular a equação de transferência do tanque no

MATLAB/Simulink. Com esses dados teóricos, pôde-se projetar o sistema em bancada.

O modelo matemático do tanque foi desenvolvido no CLP em linguagem ladder, responsável,

através de um controlador proporcional, de ajustar a referência de velocidade da bomba para controlar o

nível. Essa velocidade é enviada por saída analógica para o inversor de frequência, que por sua vez,

determina a velocidade de rotação do motor.

O software supervisório é ajustado pelo operado, tendo nele funções como determinação de set

point, formas de ondas da vazão de saída e gráficos com dados adquiridos em tempo real.


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Abstract

The control of an induction motor has many applications on industry and research. This work

proposes controlling a tank’s level using a Programmable Logic Controller (PLC), frequency inverter and

supervisory software (SCADA).

The initial study identified and simulated the tank’s transfer function on MATLAB/Simulink.

Using this information, project the system on the laboratory was possible.

The tank’s mathematical model was developed on PLC in ladder code, with function to, using a

proportional controller, set the reference speed to control the tank’s level. This speed is sent by analogic

output to the frequency inverter, establishing the motor’s rotation speed.

The SCADA is adjusted by the operator, having functions like set point selector, output flow

waveform and graph with real-time information.


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Sumário Capítulo 1 – Introdução ............................................................................................................................. 8

Capítulo 2 – Controladores Lógicos Programáveis. .............................................................................. 11

2.1 – Histórico (Automação, 2013) ............................................................................................................ 11

2.2 – Componentes básicos do CLP GE Fanuc série 90-30 (GE,2000) ..................................................... 11

Capítulo 3 – Inversor de Frequência ...................................................................................................... 15

3.1 - Introdução ao inversor de frequência WEG CFW 07 ........................................................................ 15

3.2 - Configuração interna. ......................................................................................................................... 15

3.3 - Funções utilizadas. ............................................................................................................................. 15

Capítulo 4 – Simulação ............................................................................................................................ 20

4.1 – Introdução .......................................................................................................................................... 20

4.2 – Matlab ................................................................................................................................................ 20

4.3 - Simulink ............................................................................................................................................. 20

4.4 – Linguagem Ladder ............................................................................................................................ 21

Capítulo 5 – Software Supervisório ........................................................................................................ 22

5.1 – Introdução .......................................................................................................................................... 22

5.2 – As vantagens do SCADA. ................................................................................................................. 22

5.3 – Cimplicity Machine Edition ............................................................................................................... 22

5.3.1 – Introdução ....................................................................................................................................... 22

5.3.2 – Instruções básicas ........................................................................................................................... 23

5.4 – Elipse E3 ........................................................................................................................................... 24

5.4.1 – Visão geral ...................................................................................................................................... 24

5.4.2- Instruções básicas ............................................................................................................................. 25

Capítulo 6 – Controlador PID. ................................................................................................................ 27

6.1 – Controlador Proporcional (P) ............................................................................................................ 27

6.2 – Controlador Proporcional – Integrador (PI) ...................................................................................... 28

6.3 – Controlador Proporcional – Integrador – Derivador (PID) ............................................................... 28

Capítulo 7 – Modelagem matemática da planta .................................................................................... 30

7.1 – Visão geral. ........................................................................................................................................ 30

7.2 – Estudo matemático (GARCIA, 2005) ............................................................................................... 30

Capítulo 8 – Resultados ........................................................................................................................... 31

8.1 – Visão geral ......................................................................................................................................... 31

8.2 – Simulação no Matlab/Simulink. ........................................................................................................ 31

8.3 – Implementação da lógica no CLP...................................................................................................... 34

8.3.1 – Observações sobre a implementação da lógica de controle. .......................................................... 39

8.4 – Supervisório ...................................................................................................................................... 39

8.5 – Montagem em bancada dos equipamentos ........................................................................................ 42


5

8.5.1 – Visão geral dos equipamentos. ....................................................................................................... 42

8.5.2 – CLP ................................................................................................................................................. 43

8.5.3 – Inversor de Frequência ................................................................................................................... 43

8.5.4 – Motor. ............................................................................................................................................. 45

8.5.5 – Painel de controle manual .............................................................................................................. 46

8.5.6 – Supervisório ................................................................................................................................... 48

Capítulo 9 – Conclusão ............................................................................................................................ 52

Capítulo 10 – Referências bibliográficas. ............................................................................................... 53


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Lista de Figuras.

Figura 1 – Estrutura interna do CLP. ......................................................................................................... 11 Figura 2 – Escalonamento de entrada analógica. ....................................................................................... 12 Figura 3 – Diagrama de cabeamento para cada canal de entrada. .............................................................. 13 Figura 4 – Escalonamento de saídas 4mA-20mA e 0mA e 20mA respectivamente. ................................. 13 Figura 5 – Escalonamento de saída -10V a 10V e 0V a 10V. .................................................................... 14 Figura 6 – Cabeamento de saída de corrente/tensão analógico. ................................................................. 14 Figura 7 – Blocodiagrama simplificado do CFW-07. ................................................................................ 16 Figura 8 – Vistas do IHM. .......................................................................................................................... 17 Figura 9 – Tabela com exemplos de parâmetros. ....................................................................................... 17 Figura 10 – Esquema de ligações por cabo do CFW 07. ............................................................................ 19 Figura 11 – Exemplo de sistema de controle em diagrama de blocos. ....................................................... 21 Figura 12 – Exemplo de configuração do módulo Ethernet. ...................................................................... 23 Figura 13 – Exemplo de programação em Ladder. .................................................................................... 24 Figura 14 – Exemplo da ferramenta data monitor para 4 variáveis............................................................ 24 Figura 15 – Organizer do Elipse E3 ........................................................................................................... 25 Figura 16 – Interface de tags no Elipse E3. ................................................................................................ 26 Figura 17 – Diagrama de blocos do controlador proporcional. .................................................................. 27 Figura 18 – Diagrama de blocos do controlador proporcional e integral. .................................................. 28 Figura 19 – Diagrama de blocos do controlador proporcional, integral e derivativo. ................................ 28 Figura 20 – Exemplo de um tanque. ........................................................................................................... 30 Figura 21 – Sistema de controle em diagrama de blocos. .......................................................................... 31 Figura 22 – Programa para execução da rotina. ......................................................................................... 32 Figura 23 – Relação entre alturas, forma de onda da vazão de entrada e saída senoidal. .......................... 33 Figura 24 – Relação entre alturas, forma de onda da vazão de entrada e saída dente de serra. ................. 33 Figura 25 – Relação entre alturas, forma de onda da vazão de entrada e saída quadrada. ......................... 34 Figura 26 – Lógica de controle em Ladder. Sub-rotina MAIN. ................................................................. 35 Figura 27 – Lógica de controle em Ladder. Sub-rotina CTRL. ................................................................. 36 Figura 28 – Lógica de controle em Ladder. Sub-rotina CALCULO. ......................................................... 37 Figura 29 – Lógica de controle em Ladder. Sub-rotina SAÍDA. ............................................................... 38 Figura 30 – Tags criadas no Elipse E3. ...................................................................................................... 40 Figura 31 – Interface do supervisório: “Controlador de Nível”. ................................................................ 41 Figura 32 – Interface do supervisório: “Trending”. ................................................................................... 41 Figura 33 – Esquema de montagem dos equipamentos. ............................................................................. 42 Figura 34 – Visão geral do sistema implementado. ................................................................................... 42 Figura 35 – CLP e suas ligações em funcionamento. ................................................................................. 43 Figura 36 – Inversor de frequência em funcionamento, mostrando 18.4Hz. ............................................. 44 Figura 37 – Dados técnicos do motor. ........................................................................................................ 45 Figura 38 – Motor posicionado e em funcionamento. ................................................................................ 46 Figura 39 – Painel de controle manual ....................................................................................................... 47 Figura 40 – Interface gráfica de uma saída quadrada para 8000 de altura de set point. ............................. 48 Figura 41 – Interface gráfica de uma saída triangular para 8000 de altura de set point. ............................ 49 Figura 42 – Interface gráfica de uma saída triangular para 4000 de altura de set point. ............................ 49 Figura 43 – Interface principal de uma saída quadrada para 8000mm de altura de set point..................... 50 Figura 44 – Interface gráfica de saída triangular para 4000 de altura de setpoint. ..................................... 51


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Lista de Tabelas.

Tabela 1 – Testes de controladores e seus resultados. ................................................................................ 31


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Capítulo 1 – Introdução

A automação vem crescendo cada vez mais devido a sua importância tanto na indústria, quanto nas

universidades. Os primeiros sistemas de automação e controle funcionavam a partir de sistemas

eletromecânicos, como relés e contadores (Fadali, Visioli, 2009). Os sensores acoplados ao processo

acionam circuitos lógicos a reles que disparam cargas e atuadores. Com o tempo, a necessidade da evolução

e aprimoramento atuou no surgimento do Controlador Lógico Programável (CLP). Outros modelos de

controladores digitais existentes são: controladores baseados em PIC, DSP, FPGA e o ARDUÍNO

(Maia,2012).

Para a supervisão de sistemas de controle, existem os softwares supervisórios. Esses programas

geram uma comunicação com os controladores e através de uma interface criada pelo programador, o

operador tem acesso a botões, gráficos e figuras representativas. As vantagens desses softwares são a

possibilidade de conexão remota, facilidade no uso e possibilidade de diversas funções aplicadas aos

operadores.

JURIZATO e PEREIRA (2003) realizaram um estudo sobre softwares supervisórios, mostrando as

vantagens e desvantagens de diversas marcas de produto. Em seu estudo, encontra-se o software da

ELIPSE, o mesmo utilizado neste estudo.

Para os conceitos teóricos de trabalhos ligados à área de controle, é comum utilizar-se o MATLAB

e sua ferramenta Simulink, pois trata-se de uma ferramenta muito sofisticada, com possibilidade de geração

de gráficos, RootLocus, esquematização em diagrama de blocos e programação em diversas linguagens.

O controle de nível do liquido de tanques é utilizado em setores da indústria com proposito de

regular e monitor a altura do liquido e vazão de entrada ou saída. Com o estudo apropriado, pode-se utilizar

esses conceitos para a regulagem de misturas e níveis de reservatórios.

Existem muitos exemplos de tanques controlados na indústria têxtil, alimentícia, farmacêutica,

entre outras. Comumente, são utilizados de modo a automatizar o processo de produção. Na cadeia de

produção, determinados processos utilizam do liquido do reservatório, fazendo-se necessário um controle

automático no nível para não transbordar ou chegar a níveis críticos. A vantagem do controle é a

automatização e precisão do processo, dispensando a necessidade de vários funcionários com função de

fiscalização do nível, pois um único operador pode controlar remotamente vários tanques por meio do

software supervisório.


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SHUNTA (1976) foi o precursor na utilização de PID no controle de um tanque, utilizando um PI

não linear. LUYBEN e BUCLEY (1977) desenvolveram um controle com realimentação (feedback).

GOSMANN (2002) fez um estudo sobre a avaliação de técnicas de controle para tanques acoplados,

mostrando os resultados e a avaliação de cada caso. Os resultados foram de satisfatórios e mostraram a

utilidade que sistemas de controle trazem a indústria e pesquisa acadêmica.

No capítulo 2 será apresentado o histórico e a estrutura detalhada de hardware e programação do

CLP, explicando cada componente e seu funcionamento. Nessa seção encontra-se todas as informações

sobre o CLP GE Fanuc série 90-30 com suas vantagens e desvantagens apresentadas de forma sucinta.

No capítulo 3 será apresentando o inversor de frequência, com sua estrutura interna e externa, bem

como a sua configuração. Nessa seção descreveu-se o inversor de frequência CFW 07 cuja fabricante é a

WEG. Sua utilização deverá ser útil na economia de energia e aumento da vida útil do motor, conclusões

que serão discutidas nesta seção.

No capítulo 4 será apresentado os softwares e linguagens de programação utilizadas na simulação

do sistema. O software utilizado para simulação foi o Matlab da Mathworks e sua ferramenta Simulink que

mostrou-se útil na simulação de sistemas de controle, com funções de diagrama de blocos, geração de

gráficos, programação em C++ e fácil interface. A linguagem de programação utilizada no CLP foi a

ladder, uma linguagem lógica de simples componentes, tornando-a difundida entre programadores.

No capítulo 5 será apresentado o software de supervisão com seus componentes e modo de

instalação e configuração. Nessa seção descreveu-se o software E3 da Elipse, priorizando a descrição das

funções utilizadas devido as inúmeras funcionalidades do programa. Com uma interface simples, sua

utilização mostrou-se útil, com aplicação imediata e simples a um operador.

No capítulo 6 será apresentado o método de controle PID (Proporcional – Integrador – Derivador).

Sua utilização é difundida na indústria, chegando a abranger 95% dos métodos de controle de malhas

fechadas (NEVES, 2009). De conceitos simples, utilizando-se de ferramentas como o root-locus, pode-se

determinar corretamente o melhor sistema para cada caso, explicando o seu sucesso como controladores.

No capítulo 7 será apresentado a modelagem do sistema utilizado. No caso de um único tanque,

utilizou-se as equações encontradas no GARCIA (2009). Utilizando-se da transformada de Laplace, pode-

se simular um determinado sistema em frequência, simplificando diversas funções. Softwares como o

Matlab apresentam total suporte a equações em frequência.


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No capítulo 8 será apresentado os resultados encontrados. Partindo de uma visão geral, será

apresentado em subseções cada equipamento. Na subseção do Matlab, encontra-se o programa criado, o

sistema montado em diagrama de blocos e os resultados obtidos para as vazões de saída propostas. Os

resultados foram apresentados em gráficos para onda senoidal, dente de serra e quadrada. Na subseção do

CLP, encontra-se o sistema implementado em ladder, bem como as variáveis, a completa lógica de controle

e os comentários sobre a montagem e implementação. Na subseção do supervisório, encontra-se a

configuração do supervisório, suas variáveis interligadas ao CLP e as telas de controle para os operadores.

Na subseção de montagem dos equipamentos, encontra-se fotos dos equipamentos montados em bancada,

as dificuldades encontradas na montagem e configuração dos cabos e as soluções encontradas para a

montagem correta.

No capítulo 9 será apresentada a conclusão dos autores sobre o presente artigo, mostrando as

dificuldades e as soluções encontradas, bem como a conclusão sobre o trabalho e seu aproveitamento para

a indústria e entidades acadêmicas.


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Capítulo 2 – Controladores Lógicos Programáveis.

2.1 – Histórico (Automação, 2013)

O CLP foi criado dentro da indústria automobilística americana, especificamente na Hydronic

Division da General Motors, em 1968 devido a necessidade diminuir gastos e tempo gasto para mudar a

lógica de controle a cada mudança na linha de montagem.

Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, preparou-se uma especificação que refletia a

necessidade de toda a indústria manufatureira, não só a indústria automobilística.

Desde sua criação, houveram-se inúmeras melhorias tecnológicas visando um melhorando nas suas

funções, tempo gasto em processamento e custo.

2.2 – Componentes básicos do CLP GE Fanuc série 90-30 (GE,2000)

A estrutura interna do CLP segue o esquema da Figura 1 abaixo. Utilizando energia elétrica, a fonte

de alimentação sustenta o microprocessador que executa as funções conforme desejado pelo operador.

Figura 1 – Estrutura interna do CLP.

FONTE: INTRODUÇÃO A CLPS, 2013.

Fonte de Alimentação:

A fonte de alimentação geralmente tem a função de converter tensão elétrica (110V ou 220V) para

a tensão necessária para os circuitos eletrônicos internos (5V ou 12V).

Unidade de processamento:

Também conhecida como CPU, é responsável pelo funcionamento lógico dos circuitos. Contendo

microprocessadores de 8 ou 16 bits, podendo chegar a velocidade de CLOCK de 30MHZ.


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Bateria:

Baterias, normalmente de Lítio, servem para guardar informações de data, hora e parâmetros

mesmo para caso de falta de energia elétrica.

Memória do programa monitor:

Tem como função o funcionamento geral do CLP. Determina as operações como transferências de

programas e parâmetros internos. Não é alterável pelo operador.

Memória do usuário:

Armazena os programas criados pelo usuário. Geralmente. São criados em ladder e funcionam com

ou sem a necessidade de um operador.

Memória de dados:

É a região com função de guardar os parâmetros necessários aos programas. São valores de blocos

lógicos criados, como valores de erro, temporizadores ou senhas.

Memória imagem de entradas/saídas:

Nela fica guardada todas as informações de entrada/saída do CLP, como se em forma de tabelas.

Utilizando esses dados, o CLP pode fazer as operações necessárias para o controle.

Módulo de entrada analógicas:

O módulo de entrada do CLP 90-30 oferece 2 faixas de entrada para conversão de sinal analógico

em digital. O primeiro tem uma faixa entre 4 a 20mA em função linear com uma escala 0 a 32000. Isso

significa que 4mA é interpretado como 0, 20mA é 32000 e cada 1000 é uma diferença de 0.5mA. Mudando-

se a chave de posição no borne, obtém-se a faixa de 0 a 20mA. Isso significa que 0 é 0, 20mA é 32000 e

cada 800 é uma diferença de 0.5mA. A Figura 2 mostra a função linear das faixas de entrada. Quaisquer

valores que saturem os dados de conversão são automaticamente saturados para os valores limites

correspondentes.

Figura 2 – Escalonamento de entrada analógica.

FONTE: (GE,2000)


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A Figura 3 mostra como conectar os cabos para utilizar cada canal do CLP.

Figura 3 – Diagrama de cabeamento para cada canal de entrada.

FONTE: (GE, 2000).

Módulo de saída analógica:

O CLP 90-30 tem 4 formas de conversão de sinais de saída, sendo elas: 0 a 20mA, 4 a 20mA, 0 a

10V e -10 a +10V. De forma análoga a entrada analógica, a conversão de sinais de saída em corrente

relacionam 0 a 0mA e 32000 a 20mA ou 0 a 4mA e 32000 a 20mA. A Figura 4 mostra o escalonamento de

conversão.

Figura 4 – Escalonamento de saídas 4mA-20mA e 0mA e 20mA respectivamente.

FONTE: (GE, 2000).

Para modos de tensão, pode-se selecionar de forma que 0 seja 0V e 32000 seja 10V ou 0 seja -10V

e 32000 seja 10V. A Figura 5 mostra o escalonamento de conversão para tensões.


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Figura 5 – Escalonamento de saída -10V a 10V e 0V a 10V.

FONTE: (GE, 2000).

Utilizando o módulo de saída analógica IC693ALG392, pode-se selecionar no borne o modo de

operação desejado. O modulo contem 8 canais de saída analógica. A Figura 6 mostra o cabeamento para o

presente módulo.

Figura 6 – Cabeamento de saída de corrente/tensão analógico.

FONTE: (GE, 2000).


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Capítulo 3 – Inversor de Frequência

3.1 - Introdução ao inversor de frequência WEG CFW 07

Neste estudo utilizou-se o inversor de frequência WEG CFW 07. Trata-se de um controlador de

acionamento de velocidade variável para motores de indução trifásico e motores de imã permanente. Tem

como vantagens sua precisa performance estática e dinâmica, controle de torque, velocidade e

posicionamento. A utilização do inversor de frequência pode gerar economia de até 70% de energia elétrica

em relação ao não uso. (WEG)

Sua ampla gama de vantagens o torna muito utilizado na indústria, como em papel e celulose,

madeira, cimento ou petroquímica.

3.2 - Configuração interna.

O inversor contém funções para:

Entrada/Saída Digital.

Entrada/Saída Analógica.

Tela de visualização Interface Homem-Maquina (IHM).

Sistema de proteção elétrica com relés e filtros.

A Figura 7 mostra um diagrama simplificado das configurações do inversor.

3.3 - Funções utilizadas.

Interface Homem-Maquina (IHM):

A Interface Homem-Maquina é um painel com funções para mudar parâmetros por comando local.

A Figura 8 mostra suas dimensões e botões.

Visor:

Tem como função mostrar o menu, parâmetros e/ou seus valores.

Botão Cima/Baixo:

Tem como função selecionar ou aumentar/diminuir o valor de parâmetros.

Botão P:

Seleciona o Menu de parâmetros.

Botão I/O.

Liga/Desliga o inversor por conexão local.


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Figura 7 – Blocodiagrama simplificado do CFW-07.

FONTE: (WEG)


17

Figura 8 – Vistas do IHM.

FONTE: (WEG)

Parâmetros:

O inversor de frequência contem parâmetros de configuração que devem ser adequados para cada

caso pelo usuário. O inversor CFW 07 contém 66 parâmetros de configuração, 9 parâmetros de erro e 2 de

estados. A Figura 9 mostra alguns exemplos de parâmetros retirado do manual.

Figura 9 – Tabela com exemplos de parâmetros e sua configuração.

FONTE: (WEG)


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Cabeamento para entradas e saídas analógicas:

Para utilizar as entradas e saídas analógicas do inversor, deve-se ligar corretamente os cabos

conforme a Figura 10.

Entrada analógica:

No inversor, pode-se utilizar as escalas 0 a 10V, 0 a 20mA e 4mA a 20mA. A seleção da desejada

fica no borne, na chave de seleção XJ1. Fica a cargo do inversor a conversão de velocidade de rotação a

escala de saída desejada.

Saída analógica:

O inversor CFW 07 disponível contem a saída analógica somente na escala 0 a 10V.


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Figura 10 – Esquema de ligações por cabo do CFW 07.

FONTE: (WEG)


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Capítulo 4 – Simulação

4.1 – Introdução

Para as simulações teóricas e pratica do sistema de controle, utilizou-se dois tipos de maneiras,

senda a primeira a utilização do Matlab e sua ferramenta Simulink e a linguagem de programação Ladder.

O Matlab e sua ferramenta Simulink são comumente utilizados por profissionais na área de controle. Essas

ferramentas tem suporte à programação em diversas linguagens, diagrama de blocos e aquisição de dados

por meio de gráficos ou tabelas.

4.2 – Matlab

O MATLAB (abreviação de Matrix Laboratory – Laboratório de Matrizes) foi criado para

operações matemáticas sobre matrizes, mas ao longo do tempo foi se aprimorando e ganhou uma melhor

interface e maior gama de funções.

A interface do Matlab faz a conexão entre seus diversos aplicativos próprios e, também, dá a

possibilidade do usuário criar ou importar aplicativos externos.

Seus elementos básicos são matrizes que não necessitam de dimensionamento, resolvendo

problemas matemáticos mais rápidos que programas em outras linguagens como C ou Fortran.

Destaca-se do Matlab:

Facilidade de uso apesar das diversas funções.

Contém uma grande biblioteca de funções, exemplos e guias de ajuda.

Contém ferramentas que permitem a um programador construir uma interface gráfica de

usuário (GUI – Graphical User Interface).

Com os recursos disponíveis, o programador é capaz de projetar programas sofisticados

para análise de sistemas e resultados de simulação, realizando testes sobre as melhores

alternativas.

Toolboxes com funções para diversas áreas técnicas como manipulação algébrica, redes

neurais, processamento de sinais e simulação de sistemas dinâmicos.

4.3 - Simulink

Esta ferramenta do Matlab é muito importante para o estudo em controle. Com diversas opções,

destaca-se as possibilidades de análise de sistemas de controle através da simulação em diagrama de blocos,

aquisição de dados em tempo real e inúmeras possibilidades de manipulação de dados.


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A Figura 11 mostra um exemplo de sistema no Simulink.

Figura 11 – Exemplo de sistema de controle em diagrama de blocos.

FONTE: (Mathworks, 2013)

4.4 – Linguagem Ladder

A linguagem Ladder é caracterizada por funções lógicas representadas por contatos e bobinas,

analogamente as componentes de um sistema elétrico como transdutores e atuadores. Por se tratar de uma

linguagem simples e de conceito lógico é de fácil aprendizado, aplicação e está entre cinco linguagens

definidas para CLPs pela IEC 1131-3.

Sua estrutura é formada por 2 barras paralelas como se estivessem energizadas, onde cada linha de

comando seria uma linha de transmissão, executando cada função em ordem. Devido a aparência gerada

pela sua estrutura, deu-se o nome de Ladder (Escada).


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Capítulo 5 – Software Supervisório

5.1 – Introdução

O termo SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) refere-se a sistemas de supervisão

em sistemas de controle. Com o SCADA é possível o controle local ou remoto, aquisição de dados e a

ligação do CLP com o microcomputador. As informações podem ser expostas de várias maneiras ao

operador, como por meio de gráficos, tabelas ou figuras.

Com um software supervisório programado corretamente, um operador pode remotamente fechar

ou abrir válvulas, controlar o set point de operações, determinar diferentes processos e armazenar

informações.

O software é divido em 2 funções básicas:

Função de supervisão.

Inclui informações referentes a supervisão de processos como gráficos, imagens animadas e

relatórios.

Função de operação.

Conforme a necessidade, pode-se programar o SCADA para ligar e desligar equipamentos e edição

de processos PID e controladores. Esta função é muito útil, pois há inúmeras possibilidades e suporte para

cada caso necessário.

5.2 – As vantagens do SCADA.

A ampla variedades de funções do SCADA e a possibilidade de criação e execução de programas

o tornam muito vantajoso, sendo as principais:

Redução de gastos com mesas de controle, equipamentos para aquisição e

processamento de dados, peças de reposição.

Dados adquiridos em formato virtual, facilitando a criação de relatórios.

Praticidade no uso, pois suas funções são apresentadas ao operador em qualquer

microcomputador e acessadas por cliques.

5.3 – Cimplicity Machine Edition

5.3.1 – Introdução

Trata-se de um software de supervisão fabricado pela GE. Por ser de uma versão antiga, tem poucas

funcionalidades atuais porem continua muito útil na criação de rotinas em ladder e acesso local ao CLP.


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5.3.2 – Instruções básicas

Modo de conexão Ethernet:

Utilizando este modo, o usuário pode se conectar ao CLP pelo módulo ethernet. Configurando o

endereço de IP corretamente, o microcomputador obtém uma conexão com o CLP e/ou outros

supervisórios. A Figura 12 mostra um exemplo da configuração do Cimplicity Machine Edition.

Figura 12 – Exemplo de configuração do módulo Ethernet.

FONTE: (Sakai, 2013)

Lógica Ladder:

O software tem suporte à criação de rotinas em ladder. Após criar, é possível exportar ou importar

programas ao CLP e posteriormente executá-los. Outra vantagem é a possibilidade de criar sub-rotinas para

organizar o programa, tornando mais fácil a supervisão e correção de eventuais erros. A Figura 13 mostra

um exemplo de programação em ladder.

Data monitor:

O data monitor do software gera gráficos para variáveis conforme a necessidade do usuário. Há a

opção de configuração das escalas, seleção de variáveis desejadas e zoom. A Figura 14 mostra um exemplo

desta ferramenta.


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Figura 13 – Exemplo de programação em Ladder.

FONTE: Próprio autor.

Figura 14 – Exemplo da ferramenta data monitor para 4 variáveis.


5.4 – Elipse E3

5.4.1 – Visão geral

Este software desenvolvido pela Elipse contém muitas ferramentas novas em relação ao Cimplicity

como suporte à criação de telas de monitoramento para operadores e instruções de alteração local/remota

em variáveis.


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5.4.2- Instruções básicas

Organizer:

Menu que permite a visão geral e organizada da aplicação, ajudando na edição e configuração em

forma de arvore hierárquica. A Figura 15 mostra um exemplo do organizer.

Figura 15 – Organizer do Elipse E3

FONTE: (Elipse, 2012)

Tags:

O software contém a função de conexão entre variáveis com o CLP. Essa ferramenta torna possível

monitorar local ou remotamente os parâmetros de uma variável pelo operador. Para tal, deve-se configurar

cada variável como tag, adequando cada caso, seja variável analógica ou booleana, corretamente. A Figura

16 mostra a interface completa do software e um exemplo das variáveis utilizadas neste artigo.


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Figura 16 – Interface de tags no Elipse E3.


Telas:

Essa ferramenta é fundamental para o monitoramento por parte dos operadores. O usuário cria uma

interface funcional com todos os comandos, gráficos, figuras animadas necessários. Há uma infinidade de

funções e fica a criatividade e necessidade de cada usuário a configuração.

As telas contém inúmeras funções, sendo as principais:

Mudança em variáveis por cliques ou teclas.

Imenso suporte a imagens importadas ou as próprias oferecidas pelo software.

Fácil organização e configuração.


27

Capítulo 6 – Controlador PID.

O controlador PID é o mais usado nas indústrias para controlar processos, com mais de 95% das

aplicações em sistemas de malha-fechada (NEVES, 2009) O controlador PID é composto por três

componentes: Proporcional, Integral e Derivativa. O controle pode ser feito a partir das combinações com

P, PI, PD ou PID.

6.1 – Controlador Proporcional (P)

No controlador P (proporcional) a relação entre o sinal de controle, u(t), e o sinal de erro, e(t), é

dada conforme a Figura 17.

Figura 17 – Diagrama de blocos do controlador proporcional.

FONTE: (OGATA,2000)

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 𝑒(𝑡)𝐿→ 𝑈(𝑆) = 𝐾𝑝 𝐸(𝑆) (1)

Em que Kp é designado por ganho proporcional e L é o operador laplaciano. Um controlador

proporcional consiste essencialmente num amplificador com ganho ajustável (OGATA,2000).

Uma característica importante desta ação de controle, é a existência de um erro residual permanente

sempre que ocorre uma alteração de carga, e o sistema que se pretende controlar seja do tipo 0. O erro

estacionário que é dependente de Kp e da carga, pode ser minimizado por um aumento de Kp. No entanto

deve-se notar que o aumento deste parâmetro conduz a um aumento do tempo de estabelecimento e

eventualmente até à instabilidade.

Conclui-se assim que este tipo de controlador só pode ser usado, quando o ganho proporcional é

suficientemente elevado para reduzir o erro estacionário a um nível aceitável, ou quando não são previsíveis

alterações frequentes da carga.

P

V


28

6.2 – Controlador Proporcional – Integrador (PI)

Se considerarmos que a saída do controlador é agora função do erro e do integral do erro, estamos

perante um controlador proporcional-integral, conforme a Figura 18.

Figura 18 – Diagrama de blocos do controlador proporcional e integral.

FONTE: (OGATA,2000)

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 (𝑒(𝑡) +1

𝑇𝑖∫ 𝑒(𝜏)𝑑𝜏

𝑡

0)

𝐿→ 𝑈(𝑆) = 𝐾𝑝 (1 +

1

𝑆 𝑇𝑖) 𝐸(𝑆) (2)

A componente integral, ao adicionar um polo na origem da função de transferência do controlador,

elimina o erro estacionário de posição, do sistema tipo 0, para uma entrada degrau. Se, por um lado, como

referido, a ação integral elimina o erro estacionário, por outro, aumenta o tempo de estabelecimento e piora

a estabilidade relativa, o que usualmente é indesejável.

Como consequência, o ganho da ação proporcional deve ser reduzido, sempre que esta esteja

combinada com a ação integral. O PI é utilizado em sistemas com frequentes alterações de carga, sempre

que o controlador P, por si só, não seja capaz de reduzir o erro estacionário a um nível aceitável. Contudo

o sistema deve ter alterações de carga relativamente lentas, para evitar oscilações induzidas pela ação

integral.

6.3 – Controlador Proporcional – Integrador – Derivador (PID)

Este modo resulta da combinação dos modos proporcional, integral e derivativo. Pode-se afirmar

que resulta num compromisso entre as vantagens e desvantagens de um PI e as vantagens de um PD. A

saída do controlador é dada conforme a Figura 19.

Figura 19 – Diagrama de blocos do controlador proporcional, integral e derivativo.

FONTE: (OGATA,2000)

P

V

P

V


29

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑝 (𝑒(𝑡) +1

𝑇𝑖∫ 𝑒(𝜏)𝑑𝜏

𝑡

0+ 𝑇𝑑

𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡)

𝐿→ 𝑈(𝑆) = 𝐾𝑝 (1 +

1

𝑆 𝑇𝑖𝑇𝑑𝑆) 𝐸(𝑆) (3)

Neste tipo de controlador, o modo integral é usado para eliminar o erro estacionário causado por

grandes variações de carga. O modo derivativo, com o seu efeito estabilizador, permite um aumento do

ganho e reduz a tendência para as oscilações, o que conduz a uma velocidade de resposta superior quando

comparado com P e PI.

No entanto, estas propriedades assumem um carácter geral, pelo que podem existir exceções em

determinados sistemas. Um Kp elevado tem o efeito de reduzir o tempo de subida e o erro estacionário

(sem nunca o eliminar). O controlo integral terá como efeitos, por um lado, eliminar o erro estacionário e

por outro piorar a resposta transitória, isto é, torná-la mais oscilatória.

Sempre que se utiliza controle integral, deve-se sempre testar inicialmente com um Kp reduzido.

A utilização do controle derivativo tem como principal consequência uma melhoria da estabilidade do

sistema, reduzindo a sobressinal e melhorando a resposta transitória.


30

Capítulo 7 – Modelagem matemática da planta

7.1 – Visão geral.

Considerando um tanque de altura h, área da base A, vazão de entrada Qe e vazão de saída Qs,

pode-se determinar uma função de transferência entre a altura e o tempo. A Figura 20 mostra o esquema de

um reservatório e suas variáveis necessárias ao estudo.

Figura 20 – Exemplo de um tanque.


7.2 – Estudo matemático (GARCIA, 2005)

Supondo que a massa especifica do fluido não varie, tem-se que:

𝐴𝑑ℎ

𝑑𝑡= 𝑄𝑒 − 𝑄𝑠 (4)

A partir da equação 4, utilizando a transformada de Laplace, tem-se:

𝑑ℎ

𝑑𝑡=

𝑄𝑒−𝑄𝑠

𝐴

ℒ→ 𝐻(𝑠) =

(𝑄𝑒−𝑄𝑠)

𝐴∗

1

𝑠 (5)

Com a equação 5, pode-se obter a função de transferência da planta, onde:

𝐻(𝑠)

(𝑄𝑒−𝑄𝑠)=

1

𝐴∗

1

𝑠 (6)

𝑄𝑒

𝑄𝑠

ℎ

𝐴


31

Capítulo 8 – Resultados

8.1 – Visão geral

Utilizando os conceitos teóricos estudados, pôde-se implementar, em bancada, todos as etapas. Os

subcapítulos abaixo mostram cronologicamente as etapas desenvolvidas pelos autores.

8.2 – Simulação no Matlab/Simulink.

Com os conceitos do Simulink já estudados, pôde-se realizar a simulação do sistema de controle

utilizando a função de transferência da planta de um tanque (6). Com a fácil interface do Simulink, criou-

se, em diagrama de blocos, a malha de controle com realimentação, caracterizando uma Função de

Transferência de Malha Fechada (FTMF).

A determinação do controlador foi de maneira empírica, alternando entre os possíveis controladores

PID e seus valores de ganhos. A Tabela 1 abaixo resume os testes e cada resultado.

Tabela 1 – Testes de controladores e seus resultados.

Tipo de

controlador.

Utilizado? Vantagem. Desvantagem.

Proporcional. Sim Estabilizava a FTMF. Presença de erro de regime permanente.

Integrador. Não. Corrigia erro de

regime permanente.

Causava instabilidade no sistema para certos

valores de entrada.

Derivador. Não. Promovia resposta

mais rápido no

sistema.

Causava instabilidade no sistema para certos

valores de entrada e não corrigia erro de

regime permanente.


Com o tipo de controlador e seu ganho determinado, foi possível criar a lógica de controle em

diagrama de blocos, conforme a Figura 21.

Figura 21 – Sistema de controle em diagrama de blocos.


Para testar o funcionamento, desenvolveu-se um programa que, a dados os valores teóricos e

inicias, executaria a rotina e informaria em forma de gráficos o resultado obtido. A Figura 22 contém o

programa.


32

Figura 22 – Programa para execução da rotina.


Conforme visto na Figura 22, foi escolhido uma área da base A=10m, condição inicial de altura do

tanque ci=0.5m e altura de set point hsetp=1m. Considerando uma vazão de saída como uma senóide de

0.2 volts de pico e offset de 0.2V, o programa controlaria a altura do tanque para a altura de set point através

da vazão de saída. Os resultados obtidos para ondas senoidais, quadradas e dente de serra estão mostrados

nas Figuras 23, 24 e 25.

% reservatório clear;clc close all A=10; ci=0.5; hsetp=1; %simulação sim('simu_052') subplot(2,1,1);

plot(t,in,'r--

',t,hreal,'b');

legend('setpoint','hreal') axis([0 800 0 1.6]); title('Relação entre altura

real e altura de setpoint'); xlabel('Tempo'); ylabel('Altura'); subplot(2,1,2);

plot(t,ctrl1);legend('Qe'); title('Forma de onda de

vazão de entrada'); xlabel('Tempo'); ylabel('Vazão');

figure plot(t,Qs) legend('Qs') title('Forma de onda de

vazão de saída'); xlabel('Tempo'); ylabel('Vazão');


33

Figura 23 – Relação entre alturas, forma de onda da vazão de entrada e saída senoidal.


Figura 24 – Relação entre alturas, forma de onda da vazão de entrada e saída dente de serra.


0 100 200 300 400 500 600 700 8000

1

Tempo

Altura

Relação entre altura real e altura de setpoint

setpoint

hreal

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

2

4

Tempo

Vazão

Forma de onda de vazão de entrada

Qe

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

0.5

Tempo

Vazão

Forma de onda de vazão de saída

Qs

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

1

Tempo

Altura


setpoint

hreal

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

2

4

Tempo

Vazão


Qe

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

0.5

Tempo

Vazão


Qs


34

Figura 25 – Relação entre alturas, forma de onda da vazão de entrada e saída quadrada.


Com os resultados práticos, pôde-se implementar o experimento em prática.

8.3 – Implementação da lógica no CLP

Após o estudo sobre o CLP GE Fanuc série 90-30, pôde-se iniciar a implementação do sistema de

controle no CLP. O protocolo de conexão utilizado foi o de Ethernet, além de módulos de entrada analógica

IC693ALG221 e saída analógica IC693ALG392.

Analisando os equipamentos e as técnicas de controle disponíveis, foi escolhida a implementação

da função de transferência em relação ao tempo, conforme:

𝐻 = ℎ0 +𝑄𝑒−𝑄𝑠

𝐴 (7)

A equação 7 mostra a relação da altura real com a altura anterior, vazão de entrada, vazão de saída

e área da base do tanque.

Por não se tratar de um estudo específico a um tanque pré-determinado, pois o mesmo seria

simulado no computador ao invés de físico, os autores tiveram a liberdade de escolher o tamanho e as

vazões conforme os valores mais comuns do mercado. Essa escolha também faz o estudo ser mais geral,

podendo ser executado em qualquer sistema, independente do CLP, tanque e supervisório disponível.

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

1

Tempo

Altura


setpoint

hreal

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

2

4

Tempo

Vazão


Qe

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

0.5

Tempo

Vazão


Qs


35

Para valores das dimensões do tanque, utilizou-se a área da base A=10m e a altura máxima como

h=10m. Após pesquisas na internet em sites de venda de bombas hidráulicas, convencionou-se a vazão de

saída e, consequentemente, a de entrada máxima como 2000m³/h.

A simulação de um consumidor ligado ao tanque foi baseada em formas de onda comumente

estudadas na engenharia, sendo elas: onda quadrada, dente-de-serra, triangular, degrau e nula. A proposta

inicial seria a implementação de uma onda senoidal também, porem como o CLP utilizado não aceita

valores decimais nem imaginários, não obteve-se um resultado satisfatório.

Realizado esses procedimentos, foi possível criar a lógica em linguagem Ladder correspondente ao

sistema de controle desejado. A Figura 26, 27, 28 e 29 contém, respectivamente, a sub-rotina MAIN, CTRL,

CALCULO e SAIDA.

Figura 26 – Lógica de controle em Ladder. Sub-rotina MAIN.



36

Figura 27 – Lógica de controle em Ladder. Sub-rotina CTRL.



37

Figura 28 – Lógica de controle em Ladder. Sub-rotina CALCULO.



38

Figura 29 – Lógica de controle em Ladder. Sub-rotina SAÍDA.



39

8.3.1 – Observações sobre a implementação da lógica de controle.

Nesta seção está explicado as observações, dificuldades e soluções encontradas para a

implementação em bancada.

- Unidades empregadas:

As unidades do Sistema Internacional (S.I.) empregadas em tanques são: metro (m), metro cubico

(m³) e vazão em (m³/h). O CLP Ge Fanuc serie 90-30 não aceita valores superiores a 32767 e números

decimais, causando erros nos cálculos de altura real do tanque, conversão de vazão para velocidade em

rotação (rpm) e cálculos para as formas de onda. Para amenizar os erros obtidos, houve-se a necessidade

de conversão de todas as unidades de metro para decímetros, adequando caso a sua transformada

correspondente.

- Erro de regime permanente:

Apesar da transformação de unidades, não foi possível solucionar completamente os erros obtidos

que criaram uma zona morta no motor, região para rotações muito baixas, onde o controlador ignora dados

devido a sua falta de recuso para números decimais. Contudo, considera-se satisfatório os resultados obtidos

devido o correto funcionamento do controlador e de resultados de erro baixos em relação aos altos valores

de nível de tanque.

- Facilidade de implementação da linguagem Ladder:

A facilidade de aprendizado e aplicação da linguagem Ladder mostrou-se muito útil na

implementação de um controlador no CLP.

8.4 – Supervisório

A partir do correto funcionamento do CLP, foi necessário a implementação de um software

supervisório para o monitoramento e alteração do sistema envolvido. Desse modo, utilizou-se o software

E3 da empresa Elipse.

A configuração de conexão entre o supervisório e o computador foi o protocolo Ethernet. Logo,

pode-se criar as tags que representariam cada variável (analógica ou booleana) do CLP. Utilizou-se o

manual do SCADA(ELIPSE,2012) para obter as instruções corretas para configuração de cada caso de

variável. A Figura 30 mostra todas as tags criadas, sendo cada uma responsável por uma função na lógica

de controle.


40

Figura 30 – Tags criadas no Elipse E3.


Com a configuração de variável completa, pode-se criar a interface para operadores. A infinidade

de possibilidades de layout, posição de texto e figuras, opções de botões e gráficos incentiva a criatividade

e a liberdade dos programadores. Os autores seguiram um padrão comumente utilizado na indústria, onde

os botões ficam à direita, uma apresentação no topo e as imagens animadas no meio.

A interface de controle principal, com título de “CONTROLADOR DE NÍVEL”, mostra uma

imagem animada do nível do tanque, aumentando ou diminuindo a representação de água (azul) conforme

o valor real. Contem, também, barra no topo com informações sobre os autores e título, botões na lateral

direita com ON/OFF, set point de altura, seleção de tipos de saída, botão para a troca de interface para a

gráfica e displays de dados medidos, conforme a Figura 31.

A interface gráfica, com título de “TRENDING”, mostra o gráfico com as variáveis de interesse

em tempo real, legenda, barra no topo com informações sobre os autores e título, botões na lateral direita


41

com ON/OFF, set point de altura, seleção de tipos de saída, botão para a troca de interface para a principal

e displays de dados medidos, conforme a Figura 32.

Figura 31 – Interface do supervisório: “Controlador de Nível”.


Figura 32 – Interface do supervisório: “Trending”.



42

8.5 – Montagem em bancada dos equipamentos

Com cada componente configurado corretamente, pode-se montar e conectar todos os

equipamentos em bancada, seguindo o esquema da Figura 33.

Figura 33 – Esquema de montagem dos equipamentos.


8.5.1 – Visão geral dos equipamentos.

A Figura 34 mostra todos os equipamentos ligados e funcionamento. Nos próximos itens, será

mostrado cada equipamento, sua montagem e seus resultados.

Figura 34 – Visão geral do sistema implementado.



43

8.5.2 – CLP

Após a configuração interna do CLP, realizou-se a instalação dos cabos de comunicação. Para a

entrada analógica, utilizou-se o canal 2, ligando os pinos 4 e 6 do módulo. Para a saída analógica, utilizou-

se o canal 4, ligando o pino 5 do módulo. Para uma representação mais real, também utilizou-se as entrada

e a saída digital para conexão com o painel de bancada, obtendo funções de ligar e desliga por botão físico.

A Figura 35 mostra o CLP em funcionamento e com a montagem correta.

Figura 35 – CLP e suas ligações em funcionamento.


8.5.3 – Inversor de Frequência

O modo de comunicação escolhido para o inversor de frequência foi remoto. Para seu

funcionamento, utilizou-se a entrada analógica 1 ao ligar os pinos 1 e 4 e saída analógica ao ligar o pino 4.

Conectando-o com o CLP obteve-se o controle da velocidade de rotação do motor, conforme mostrado no

seu visor, cuja escala estava configurada para hertz, entre 0 e 66Hz, conforma Figura 36.


44

Figura 36 – Inversor de frequência em funcionamento, mostrando 18.4Hz.



45

8.5.4 – Motor.

O motor utilizado foi um motor de indução trifásico da WEG, com dados técnicos conforme a

Figura 37 e seu posicionamento e funcionamento conforme a Figura 38.

Figura 37 – Dados técnicos do motor.



46

Figura 38 – Motor posicionado e em funcionamento.


8.5.5 – Painel de controle manual

O painel mostrado na Figura 39 conta com relés, cabos rígidos e botões para a alimentação e

configuração de componentes eletrônicos da bancada. Cada primeiro botão verde e vermelho foi utilizado

para ligar e desligar o sistema de controle manualmente, ao se ligar por fio com a entrada digital do CLP.


47

Figura 39 – Painel de controle manual



48

8.5.6 – Supervisório

Com a interface do SCADA programada, pôde-se controlar o sistema implementado na bancada.

Para as simulações das figuras 40 a 43, adotou-se o período da onda em 30 segundos para ter o

processo de análise dos resultados em menor tempo. Esse efeito tornava a aceleração e desaceleração do

motor mais rápida, devido a rápida troca de vazão. Abaixo, segue as figuras com os resultados obtidos e

comentários para cada caso.

A Figura 40 mostra os resultados para uma saída em forma de onda quadrada. O erro máximo foi

de 7% para os valores de pico da vazão de saída, com 8000mm de altura desejada e 7488mm de altura real.

Figura 40 – Interface gráfica de uma saída quadrada para 8000 de altura de set point.


A Figura 41 mostra os resultados para uma saída em forma de onda triangular. O erro máximo foi

de 6% para os valores de pico da vazão de saída, com 8000mm de altura desejada e 7520mm de altura real.


49

Figura 41 – Interface gráfica de uma saída triangular para 8000 de altura de set point.


A Figura 42 mostra os resultados para uma saída em forma de onda quadrada. O erro máximo foi

de 13% para os valores de pico da vazão de saída, com 4000mm de altura desejada e 3488mm de altura.

Figura 42 – Interface gráfica de uma saída triangular para 4000 de altura de set point.


50


A Figura 43 mostra a interface principal para uma saída quadrada. A altura de set point foi de

8000mm. Nela, pode-se ver o nível real do tanque (em azul), além de valores nos displays mostrando a

altura real, erro máximo de 7% e vazão de entrada e saída.

Figura 43 – Interface principal de uma saída quadrada para 8000mm de altura de set point.


Para o resultado da Figura 44, mudou-se o período da onda triangular para 30 minutos. Esse

resultado mostrou, na prática, o sistema em condições reais de aplicação. Com um consumo lento, o motor

apresentou um pequeno acréscimo de velocidade por minuto, levando 15 minutos para atingir a velocidade

máxima.


51

Figura 44 – Interface gráfica de saída triangular para 4000 de altura de setpoint.



52

Capítulo 9 – Conclusão

Neste trabalho, utilizou-se de equipamentos largamente utilizados na indústria, sendo eles o CLP,

o Inversor de Frequência e o software supervisório. Com um estudo realizado para o aprendizado de

aplicação e configuração de cada equipamento, tornou-se possível a implementação em bancada dos

mesmos realizando o controle do sistema proposto.

Os conceitos de controladores PID tornaram possível a utilização de um CLP e um software de

supervisão. O inversor de frequência mostrou resultados satisfatórios na determinação da referência de

velocidade da rotação do motor, contribuindo para a economia de energia e desgaste do mesmo.

A ampla gama de aplicações que este estudo pode ser utilizado torna-o muito importante, pois trata-

se de um estudo com aplicação real no mercado de trabalho. Diversos setores da indústria utilizam de

tanques e há a necessidade da automação de seus funcionamento, dispensando a necessidade de um

operador e também, maior eficiência e precisão de um computador.

Para finalizar, enfatiza-se nos resultados satisfatórios encontrados e na experiência adquirida,

caracterizando o estudo sobre o controle do nível de um tanque com CLP, inversor de frequência e software

supervisório como um sucesso.


53

Capítulo 10 – Referências bibliográficas.

AUTOMAÇÃO, 2013. Disponível em http://goo.gl/IMa5gK . Acessado em 13 de Janeiro de 2013.

ELIPSE, 2012. Disponível em http://goo.gl/ttuifX . Acessado em 25 de Março de 2013.

FADALI, M. S. & VISIOLI, A. - Digital Control Engineering, Academic Press, 2009.

GARCIA, Claudio. Modelagem e Simulação. Brazil: Edusp, 2005, pp 678.

GE FANUC AUTOMATION - PLC Series 90-30 Especificaciones del módulo de E/S, GE, 2000.

INTRODUÇÃO A CLPS. Disponível em http://goo.gl/jM3gpO . Acessado em 13 de Janeiro de 2013.

MAIA, M. M - Controle do pêndulo invertido com modos deslizantes utilizando CLP e Software

supervisório, Universidade Estadual Paulista "Júlio Mesquita Filho" Ilha Solteira, FEIS, 2012.

MATHWORKS, Simulink: Getting Started Guide. Disponível em http://goo.gl/RqW4Da .Acessado em 28

de Fevereiro de 2013

NEVES, M. G. de S. Auto-tuning de Controladores PID pelo método Relay. Dissertação

(Mestrado), Universidade de Lisboa, Lisboa, 2009.

RIBEIRO, J.M.S. Automação Industrial: uma proposta para ensino em engenharia elétrica. Dissertação

(mestrado), FEIS-UNESP, 2001

SAKAI, M. C. Desenvolvimento de um Sistema de Excitação para Geradores Síncronos, implementado em

CLP, utilizando estratégia de Controle Robusto com Modos Deslizantes, FEIS-UNESP, 2013.

OGATA, K. Engenharia do Controle Moderno. 3a ed., Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio

de Janeiro, 2000, 813p.

WEG, Manual do Inversor de Frequência CFW-07. Disponível em http://goo.gl/GmXqVm. Acessado em

21 de Março de 2013.

GOSMANN, H. L., (2002). Um sistema multivariável de tanques acoplados para avaliação de técnicas de

controle, Dissertação de mestrado, Universidade de Brasília.

SHUNTA, J. P., FEHERVARI, W., 1976, “Nonlinear Control of Liquid Level”. Instrumentation

Technology, pp. 43-48.

LUYBEN, W. L., BUCKLEY, P. S., 1977, “A proportional-lag Level Controller”. Instrumentation

Technology, pp. 65-68.

JURIZATO, Luís Augusto; PEREIRA, Paulo Sérgio R.. Sistemas Supervisorios. Nova Odessa:

Centralmat, 2003.

http://goo.gl/ttuifX

http://goo.gl/RqW4Da

http://goo.gl/GmXqVm

controle dinâmico de velocidade de um motor de indução e nível de reservatório através do clp,...

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