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SISTEMAS CONTROLE I Modos Op. Prof. Arnaldo I. T. Consultant I. A. I. Consultant.

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1 SISTEMAS CONTROLE I Modos Op. Prof. Arnaldo I. T. Consultant I. A. I. Consultant

2 Sistemas de Controle em Malha Aberta Conjuntos de Processos aonde as Ações de Controle são Totalmente Independentes dos Valores de Saída(s) obtido(s), sendo que estes Não Produzirão Quaisquer Efeitos nos Regimes de Controle Op. aplicados ; Assim sendo, Pode-se Perceber que NÃO HAVERÁ Qualquer Tipo de Realimentação de Valores Op. nos Processos Originais & Q.Q. Distúrbios CAUSARÃO Problemas & Erros Técnicos que Devem Ser Resolvidos pelo Sistema de Controle / Operador ;

3 Sistemas de Controle em Malha Aberta Medidor de Nível Tipo Régua

4 Controle Op. em Malha Aberta tb. Consiste na Aplicação de Sinais E. E. Pré-Programados, que Após Determinados Instantes de Tempo, Deverão Poder Fazer Variáveis Controladas Deverão Poder Fazer Variáveis Controladas Atingirem Valores &/ou Comportamentos Op. Mais Adequados & Coerentes com Etapas do Processo Industrial Sob Monitoramento ; Os Sinais &/ou Valores obtidos nos Processos sob Sensoriamento & Medição, bem como a partir de seus Níveis de Evolução Funcional & tb. na(s) Saída(s) da Malha Controladora, Não Serão Utilizados para Determinação de Sinais de Correção & Nem Para a Definição dos Instantes em que Deverão Ser Aplicados ;

5 Nos Sistemas de Controle em Malha Aberta, as Referências de Entrada Deverão Corresponder às Condições Op. Fixas até aonde os Índices de Precisão dos Processos estiverem Dependentes das Técnicas de Calibração & Ajustes Aplicadas ; Na Presença de Distúrbios, as Malhas Abertas de Na Presença de Distúrbios, as Malhas Abertas de Controle Dificilmente Desempenham Bem suas Funcionalidades Reguladoras, Dependendo, Quase Exclusivamente, do Pleno Conhecimento das Relações Op. entre as Entrada(s) & Saída(s), bem como das Técnicas Iniciais de Calibração Implementadas na Configuração dos Processos ;

6 Sistemas de Controle em Malha Aberta são Caracterizados Tecnicamente por : Níveis Inerentes de Imprecisão Op. ; Níveis Inerentes de Imprecisão Op. ; Sem Adaptações às Variações Externas, Sem Adaptações às Variações Externas, Interferências, Perturbações & Erros ; Interferências, Perturbações & Erros ; Dependência Técnica do Julgamento, Dependência Técnica do Julgamento, Bom Senso & Estimativa do Operador ; Bom Senso & Estimativa do Operador ; Simplicidade, Baixos Custos, Sem Que se Simplicidade, Baixos Custos, Sem Que se Envolvam Elementos Sofisticados nas Etapas Envolvam Elementos Sofisticados nas Etapas de Sensoriamento, Medição, Quantificação, de Sensoriamento, Medição, Quantificação, Ajustes, Calibrações dos Sinais de Controle & Ajustes, Calibrações dos Sinais de Controle & Atuação Funcional ; Atuação Funcional ;

7 Sistemas de Controle em Malha Aberta Processos Produtivos Contínuos Operador ( Início ) AtuadoresFuncionaisSistemaControle Medição ProcessosProdutivos Indicação Matérias Primas Produtos Set Points ComandosFuncionais Ações Op. Correções TécnicasControle&/ou Ajustes Op. SENSORTRANSDUTORTRANSMISSOR Memória

8 Sistemas de Controle Op. em Malha Aberta são Caracterizados pela Incapacidade Técnica de Auto-Correção Funcional diante das Diferenças entre Valores Reais & Valores Desejados para as Grandezas envolvidas nos Processos Produtivos, Apresentando ainda Várias Dificuldades para a Obtenção de Modelos & Simulações Confiáveis realmente capazes de Regerem Adequadamente os Eventos Produtivos & de Monitoramento Op. das Malhas de Controle, pelo Grande Número de Variações & Ajustes Funcionais que poderão sofrer já nos Testes Iniciais, o que os Inviabiliza & os Descredencia Tecnicamente para Diversos Tipos de Aplicações Op. &/ou Processos ;

9 Controle Antecipatório ( Feed Forward Ctrl. ) Em casos onde os Processos Produtivos permitem Estimar, com Bons Níveis de Precisão, Possíveis Variações Bruscas & Perturbações Op. ou então Predizer Consistentemente seus Efeitos sobre a(s) Variável(is) Controlada(s) envolvidas, pode-se Implementar Algoritmos para Controle Téc. Op. capazes de Alterarem Variável(is) Manipulada(s) visando-se Compensar as Ocorrências Funcionais visando-se Compensar as Ocorrências Funcionais que podem Causar várias Alterações Op. Errôneas, Prevenindo-se ou Minimizando-se Sensivelmente os Níveis de Distúrbios & Erros na(s) Variável(is) Controlada(s) dos Eventos Op. &/ou Processos ; ( Muito Aplicado em Controle de Malhas Abertas )

10 Sistemas Antecipatórios para Controle Op. devem ser Projetados Especificamente visando Atenderem Bem Cada Tipo de Aplicação Funcional para que possam, na Prática, Reproduzir Adequadamente, TODAS as Modelagens Matemáticas do(s) Processo(s) sob Monitoramento & Regulação, até mesmo Em Função de suas Relações Op. Estreitas com os Distúrbios & Alterações na(s) Variável(is) Controlada(s), bem como Alterações na(s) Variável(is) Controlada(s), bem como os seus Reflexos Técnicos nos Processos Produtivos ; Assim, a Maior Deficiência do Controle Antecipatório está em Não Medir Constantemente as Variáveis Op. & isso o faz Depender Exclusivamente dos Níveis de Precisão Pré-Estabelecidos nas Variáveis de Carga para que, então, possam Implementar Modificações Técnicas Funcionais nas Variáveis Manipuladas ;

11 No Controle Antecipatório, Distúrbios devem ser Previstos Convenientemente & Baseando-se em Set Points das Variável(is) Programada(s) serão Calculados os Melhores Valores para Toda(s) Calculados os Melhores Valores para Toda(s) Variável(is) Manipuladas(s), de forma a se Evitar que Variável(is) Controlada(s) Sofram Alterações Imprevistas ou Indevidas em suas Amplitudes ; Em Projetos de Controle Antecipatório é Usual o Amplo Domínio Técnico dos Processos Op. & isto é o Principal Requisito Técnico para Aplicação deste Tipo de Controle, pois Deverão Ser Bem Conhecidos os Ganhos obtidos pelos Regimes Op. Como Também pelas suas Constantes de Tempo, Além de Tempos Mortos inseridos em Comandos, Tarefas, Eventos & nos Processos Completos ;

12 Malha Aberta de Controle ( Feed Forward Mode ) para Correção Rápida na Vazão de Combustível ( Qc ), Evitando Possíveis Perturbações em Ts :

13 Técnicas de Controle Op. Automático Supervisão, Monitoramento, Regulagem & Manutenção de Situações, Condições &/ou Valores de Variáveis Op. envolvidas em Processos Produtivos implantados sob Métodos, Especificações & Parâmetros, a partir de Critérios Pré-Definidos &/ou Programados, com intuito de Atingir os Maiores Níveis de E. P. Q. F. dentro das Dinâmicas Op. das Plantas Industriais ;

14 Sistemas de Controle em Malha Fechada Neste Tipo de Modo Funcional, as Ações de Controle Dependerão, de algum modo, dos Valores obtidos na(s) Saída(s) Op. & assim, possuirão Efeito(s) Direto(s) nos Eventos & Regimes Funcionais dos Processos ; Assim, as Saídas serão Sempre Sensoriadas, Medidas, Quantificadas & Comparadas com as Entrada(s) a fim de Reduzirem-se Erros &/ou Auxiliarem Processos a Manterem os Valores Funcionais Desejados & Corretos ;

15 Controlador de Processo irá Receber a Sinalização do Sensor, Medir os Valores da Saída Op., Compará-los com o Valor Desejado de Pré- Ajuste (Set Point), Parametrizar & Quantificar os Erros Técnicos, enquanto Calcula o Tipo Adequado de Sinal Corretor que será capaz de Modificar a Posição da Válvula de Controle até que os Desvios de Valores da Variável Controlada sejam Eliminados ou Permaneçam Dentro dos Limites Permitidos pela Tolerância de Erros Op. ;

16 Realimentação Op. ou Retroação Op. ( Feedback Loop Op. Mode ) Recurso Funcional dos Sistemas de Controle por Malha Fechada que Compara Condições &/ou Valores da(s) Saída(s) com Resultado(s) obtido(s) na(s) Entrada(s), a partir de Relações Causa – Efeito ( Distúrbios ) entre as mesmas, Viabilizando, as Ações Técnicas Automáticas de Controle capazes de Orientar &/ou Alterar Regulagens Op. das Variáveis de Processos nos Sistemas de Controle, Depurando &/ou nos Sistemas de Controle, Depurando &/ou Melhorando a Eficácia, Precisão & Exatidão ; Melhorando a Eficácia, Precisão & Exatidão ;

17 µCt Controle Funcional para Misturador Industrial

18 Controle Realimentado ( Feedback Ctrl. ) Uma das Técnicas de Controle Mais Empregadas nos Uma das Técnicas de Controle Mais Empregadas nos Processos Industriais, aonde Valores das Variáveis a serem Reguladas são obtidos através de Sensores, sendo, Comparados com Valor(es) Pré-Ajustado(s) ( Set Points ) para as Grandezas sob Controle Op. ; Diferenças entre os Set Points & as Amplitudes das Variáveis a serem Controladas são Conhecidas como Erros ( Desvios ), sendo que as Saídas do Controlador serão Sempre Definidas em Função destes Erros, Permitindo Maiores Níveis de Ajustes Funcionais, Melhorando os Índices de Desempenho Técnico das Variáveis Manipuladas dentro dos Processos que estarão Vinculados às Plantas Industriais ;

19 Controle Funcional Básico para Caldeira Industrial

20 Sist. Automáticos CTRL – Malhas Fechadas Metodologia Básica Funcional Obtenção Valores de Medida das Variáveis ; Obtenção Valores de Medida das Variáveis ; Consulta Valores-Referência Pré-Definidos ; Consulta Valores-Referência Pré-Definidos ; Comparação Valores-Referência x Medidos ; Comparação Valores-Referência x Medidos ; Determinação Erros, Diferenças & Desvios ; Determinação Erros, Diferenças & Desvios ; Uso de Desvios para Geração Sinais Correção ; Uso de Desvios para Geração Sinais Correção ; Aplicação Sinais Correção nos Pontos Op. da(s) Aplicação Sinais Correção nos Pontos Op. da(s) Malha(s) Automática(s) por Loop Control ; Malha(s) Automática(s) por Loop Control ; Verificação Op. das Variáveis Modificadas : Verificação Op. das Variáveis Modificadas : Não OK Repetição Sistêmica de Ações Op. ; Não OK Repetição Sistêmica de Ações Op. ; OK Estabilização do Processo de Controle ; OK Estabilização do Processo de Controle ;

21 Sistema de Controle por Malha Fechada

22 TemperaturaDesejada Elementos Finais de Controle Técnicas de Sensoriamento & Medição Técnicas de ControleAutomático ProcessoOperacional Set Point Variável Manipulada Variável Controlada Temperatura Feedback Op. Loop Malha Fechada para Controle de Temperatura ContatorAcionadorChaves Digi Switches ResfriadorVentiladorVálvula TermômetroTermistorTermoacoplador Pirômetro IR Ar, Gases, Água, Líquidos, Óleos, Metais, Tubulação,...

23 Atualmente, mesmo com os Avanços Tecnológicos característicos das Soluções Op. de Automação, característicos das Soluções Op. de Automação, Sistemas de Controle & Instrumentação Industrial ainda Existem Paradoxos Técnicos Inerentes às Técnicas de Controle Realimentado, pois estas APENAS se Sensibilizam & Atuam CASO Ocorram Desvios Operacionais em 1 Variável Controlada em relação aos seus Set Points Pré-Ajustados ; Assim sendo, tais Técnicas de Controle APENAS Responderão SE & APÓS existirem Ocorrências de Distúrbios & Perturbações nos Eventos Funcionais bem como suas Conseqüentes Margens de Erros, de forma que o Modo Ideal de Atuação Op. das mesmas seria Prevenir & Evitar as Situações que pudessem levar a Quaisquer Erros Funcionais ;

24 Tecnologias Mais Avançadas para Controle de Processos Op. Industriais, tais como os Algoritmos & Técnicas Difusas (Fuzzy), Redes de Petri, Teoria dos Grafos ou até a Lógica Paraconsistente possuem Elementos & Características Técnicas Mais Indicadas para Predição de Ações, Tarefas, Eventos, Distúrbios, Erros & Comportamentos Op. Muito Mais Condizentes com as Realidades & Necessidades de Controle de Produção das Plantas Industriais Atuais ;

25 ControleAplicativoTécnicas

26 Contexto Técnico de Estudo TécnicasControleAplicativo ProcessosContínuosProcessosDescontínuos EmMassaEmLotesPorProjeto

27 Processos Produtivos Descontínuos Processo Procedimento Funcional envolvendo Sucessões de Eventos, Tarefas, Ações, Estados & Alterações Operacionais, conforme determinadas Normatizações Técnicas & que se Desenvolvem em Âmbitos Industriais, podendo Representar 1 Parte ou 1 Elemento da Unidade Produtiva ; Processo Industrial Descontínuo se caracteriza pelo fato do Produto Final ser Obtido Apenas em Certa Quantidade Após 1 Ciclo Op. Completo, Enquanto Novas Entradas de Matéria Prima SÓ Ocorrerão Depois do Encerramento Total do Mesmo Ciclo Funcional (Batelada / Batch) ;

28 Processos Produtivos Contínuos Procedimentos Funcionais que se Caracterizam pelo fato do(s) Produto(s) Final(is) ser(em) Obtido(s) por fato do(s) Produto(s) Final(is) ser(em) Obtido(s) por Tarefas de Preparação Bem Elaboradas, Fluxo de Produção Quase Sem Interrupções, Uniformidade nos Eventos Funcionais, Altas Taxas de Produção, fazendo Produtos & Processos se tornarem Interdependentes, apresentarem Pouca Flexibilidade nas Tarefas Op. & apresentarem Pouca Flexibilidade nas Tarefas Op. & Baixas Dependências de Mão de Obra Direta, o que Favorece Muito a Implementação das Técnicas para Automação & Controle Op. de Processos Produtivos ; Ex.: Medições de Peso, Nível, Vazão,... Produção de Vapor, Energia Elétrica, Petróleo, Gás & Derivados, Produtos Químicos &/ou Farmacêuticos em geral,...

29 ContínuosEmMassaEmLotesPorProjeto VolumesProduzidosMuitoAltosAltosMédiosBaixos Variedade Produzida PequenaMédiaGrandePequena FlexibilidadeBaixaMédiaAltaAlta M. O. D. BaixaMédiaAltaAlta Tipo Layout PorProdutoPorProdutoPorProcessoPorProcesso OciosidadeBaixaBaixaMédiaAlta LeadtimesBaixoBaixoMédioAlto Fluxo Info.s BaixoMédioAltoAlto ProdutosContínuos Em Lotes Unitário AutomaçãoAlta Alta / Média Baixa Tipificação Op. dos Processos Produtivos

30 Sistema Malha Fechada Auto-Controlada Malha Funcional Auto-Controladapara Monitoramento da Pressão Mínima de Combustível de Combustível Modo Funcional aonde a Estrutura Técnica da Malha de Controle Obtém Sinais Op. & às vezes, Até Mesmo os seus Níveis de Energia, Diretamente do Meio Controlado, Por Intermédio das Conexões de seus Sensores

31 Controlador Regulador de Pressão Diferencial Piloto-Operado Controlador Regulador Piloto-Operado em Aço Carbono para Controle do Fluxo Axial de Gás ( Sistemas Distribuição ) com Altos Níveis Op. de Vazão & Pressão ; ( Sistemas Distribuição ) com Altos Níveis Op. de Vazão & Pressão ; Versões Falha Abre & Falha Fecha ; Ø : 1 ; 2 ; 3 ; 4 & 6 Pmáx Entrada : 100 bar Regulagem : 0,5 a 52 bar

32 Controlador Regulador de Pressão Diferencial Piloto-Operado 1) Válvula Bloqueio Manual 6) Válvula Alívio Parcial 2) Filtro com Dreno 7) Manômetro Pressão Saída 3) Manômetro Pressão Entrada 8) Válvula de Purga 4) Válvula Auto-Bloqueio 9) Válvula Bloqueio Manual 5) Ctrl. Reg. Pressão Diferencial

33 Sistemas de Controle Automático Descontínuo ( Controle Binário em Malha Aberta ) Também denominados de Sistemas de Controle Op. On - Off ou Tudo ou Nada, operam Sinais &/ouOn - Off ou Tudo ou Nada, operam Sinais &/ou Funções que Agem Apenas sob 2 Valores Padrões de Ajuste ( 0% ou 100% ) em relação às Grandezas Variáveis sob Controle, mas, Eventualmente, podem ser Projetados para Assumirem Valores Escalonados Entre Limites Mínimos & Máximos 0 a 100% ; Considerado o Mais Simples dos Modos Automáticos de Controle Op. possui Atuação Rápida, mas é Menos Adaptável que outros Métodos Funcionais, embora seja Adequado para Uso Freqüente em Vários Tipos de Processos aonde suas Variáveis sofrerão certas Oscilações Contínuas em torno de seus Set Points ;

34 Faixas de Atuação Op. On - Off de certos Processos podem possuir Pequenas Extensões &/ou até apresentar Características Repetitivas, fazendo que este Tipo de Metodologia de Regulação Op., também seja conhecida por Controle de Intervalo Diferencial (Differential Gap Control ou D. G. C.), quando a Saída do Controlador se Mantêm em Valor Fixo Até que Entrada(s) Sofra(m) Variações &/ou Distúrbios equivalentes aos próprios Variações &/ou Distúrbios equivalentes aos próprios Níveis de Sensibilização do Intervalo Pré-Ajustado ; Sistemas de Controle Binário são Geradores de Ações de Chaveamento Op. Usadas para as Aplicações com Múltiplos Acionamentos & Diversas Variáveis, mesmo assim, como Metodologia Técnica são Considerados 1 Modo Específico de Chaveamento Digital & Não um Sistema Tradicional Controlador de Processos Op. ;

35 Controle On - Off para Níveis de Fluidos

36 Se durante Processos sob Controle On - Off ocorrerem Eventos com Distúrbios ( Desvios, Off - Sets, Droops ou Limit Shoots ) nasOff - Sets, Droops ou Limit Shoots ) nas Faixas de Ajustes Adotadas ou Alterações nas Variáveis Controladas Gerando Dificuldades para se Manterem tais Faixas Pré-Ajustadas, Em Especial quando este Sistema de Controle Atuar sobre Mais de 1 Situação Op., os seus Sinais de Saída se tornarão Dependentes de : 1. Tendências Diretas dos Erros ; 1. Tendências Diretas dos Erros ; 2. Ações Pregressas do Controlador ; 2. Ações Pregressas do Controlador ; 3. Experiências Prévias do Operador ; 3. Experiências Prévias do Operador ;

37 Resposta & Sinal Funcional do Controlador On - Off cuja Saída Sofre Oscilações Significativas em torno do Set Point ( 0,5 ), Demonstrando Limitações Op. em relação ao Comportamento Dinâmico & no Regime Permanente da Variável Controlada, Reforçando seus Baixos Níveis de Precisão & Ajuste, além dos Altos Níveis de Ruído & Desgaste de seus Componentes Op. : SAÍDA CTRL

38 Controle Automático Descontínuo em 2 Posições Sem Histerese Modo de Controle Op. aonde as Alterações a serem Efetuadas nas Variáveis de Processo são Definidas APENAS através de 1 Set Point no Controlador que Efetuará a Função Op. de Comparação entre Valores Medidos no Elemento Sensor / Transmissor com o Valor Ajustado & Havendo Diferenças, Enviará os Sinais Op. ao Elemento Final de Controle, durante Tempo Necessário para Diminuição dos Erros no Processo sob Regulação Op. ;

39 Controle Automático Descontínuo 2 Posições Sem Histerese 1 –Entrada de VaporVariável Manipulada 1 – Entrada de Vapor ( Variável Manipulada ) 2 –Saída do Líquido AquecidoVariável Controlada 2 – Saída do Líquido Aquecido ( Variável Controlada ) 3 –Saída do Condensado 3 – Saída do Condensado 4 –Entrada do Líquido a ser Aquecido 4 – Entrada do Líquido a ser Aquecido 5 –Serpentina para Aquecimento Op. 5 – Serpentina para Aquecimento Op. 6 –Reservatório Aquecido a VaporProcesso 6 – Reservatório Aquecido a Vapor ( Processo ) 7 –Medição do Sinal TemperaturaSensor 7 – Medição do Sinal Temperatura ( Sensor ) 8 –Válvula com Servo Motor ElétricoE. F. C. 8 – Válvula com Servo Motor Elétrico ( E. F. C. ) Válvula

40 Controle Automático Descontínuo de 2 Posições Com Histerese Modo de Controle Op. aonde a Faixa de Alterações Possíveis a serem Efetuadas nas Variáveis de Processo é Pré-Fixada por 2 Set Points ( Mínimo & Máximo ) no Controlador, visando-se Permitir as Atuações Mais Rápidas & Precisas nos Eventos Op. dos Processos que estão sendo Regulados Automaticamente ;

41 Reservatório Alimentado com Ar Comprimido à Pressão Constante de 1,2 Kgf /cm2, sendo que a Descarga Contínua poderá ser Modificada por Válvula de Descarga, visando Regular as Variações de Descarga envolvidas neste Processo Op. que estará sendo Controlado ; envolvidas neste Processo Op. que estará sendo Controlado ; Elemento de Controle ( Pressostato Diferencial ) Regulará a Válvula colocada em Série na Entrada do Reservatório & Registrador Gráfico colocada em Série na Entrada do Reservatório & Registrador Gráfico aponta Variações Pressão x tempo à Velocidade Plotter = 1 mm / s ;

42 Entre tempos 1, 2 & 3 ( 0 a 2,95 minutos ), o Pressostato Acionou Fechamento da Válvula quando a Pressão era 0,8 Kgf / cm2 & a Abertura da mesma quando Pressão a 0,5 Kgf / cm2, com a Diferença entre Pressão de Abertura (Pa) & Fechamento (Pf) sendo considerada Zona Diferencial ou Diferencial de Pressão ; Nos tempos 1, 2 & 3 ( 2,95 a 5,00 min. ), Diferencial de Pressão ( Pf – Pa ) = 0,1 Kgf / cm2, que está Dentro da Faixa Op. na qual ( Pf – Pa ) = 0,1 Kgf / cm2, que está Dentro da Faixa Op. na qual o Dispositivo Controlador (Pressostato), NÃO Precisou Intervir ;

43 Controle Descontínuo por Largura de Pulsos Controlador apresenta 2 Níveis de Saída : Alto & Baixo ( On - Off ) & os Tempos de Permanência nestes Níveis irão Depender Diretamente dos Índices de Erros Op., com os Períodos dos Sinais de Saída do Controlador sendo Dependentes das Ações de Correção de Erros ;

44 Controle Descontínuo de Três Posições Controlador poderá Fornecer Sinal de Saída em 3 Níveis ( 0, 50 & 100% ), Definidos em Função das Amplitudes & dos tempos em que a Variável Controlada se Situará Dentro da Zona Diferencial de Atuação Funcional ;

45 Controle Descontínuo de Três Posições E1 = Erro Máximo Positivo E2 = Erro Máximo Negativo E2 = Erro Máximo Negativo Saída Controlador = 100% Saída Controlador = 100% quando Ep (%) > E1 Saída Controlador = 50% quando E2 < Ep (%) < E1 Saída Controlador = 0% quando Ep (%) < E2 ZDC Modo de Controle utilizado quando se deseja Reduzir Comportamentos Cíclicos de Variáveis Controladas, assim como Picos de Erros ( Overshoot & Undershoot ) Inerentes aos Processos sob Controle Funcional

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