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CONTROLE AVANÇADO Prof. André Laurindo Maitelli DCA-UFRN.

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1 CONTROLE AVANÇADO Prof. André Laurindo Maitelli DCA-UFRN

2 CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS

3 Controle de Processos Industriais

4

5 Controle de Processos

6 Processos Industriais campoSensor, Transmissor, Válvula de Controle: campo (junto ao processo); sala de controlecampo;Controlador: sala de controle ou campo; Equipamentos de controle: analógicos ou digitais; 3 a 15 psi 4-20 mA, 0-10 VdcSistemas analógicos: sinais de ar pressurizado (3 a 15 psi) ou sinais de corrente/tensão (4-20 mA, 0-10 Vdc).

7 Controlador Industrial Manual ou Automático;Modos de Operação: Manual ou Automático; Direta ou ReversaAções de Controle: Direta ou Reversa –A escolha da ação de controle depende da ação da MV sobre a PV no processo, da ação da válvula e do sensor.

8 Características de um Controlador Industrial Indicar o valor da Variável de Processo (PV); Indicar o valor da saída do controlador, a Variável Manipulada (MV); Indicar o Set Point (SP); Ter um chave para selecionar entre modo manual ou automático; Ter uma forma de alterar o valor do SetPoint quando o controlador está em automático; Ter uma forma de alterar MV quando o controlador está em manual; Ter um modo de seleção entre ações direta e reversa do controlador.

9 CONTROLE FEEDFORWARD

10 O que é ? Controle feedforward usa o conhecimento das perturbações para agir sobre o sistema antes que as mesmas afetem o erro; Desvantagens: –necessidade de medição das perturbações –Necessidade do conhecimento do modelo do processo e da perturbação

11 Controle Feedforward

12 G c (s)G(s) G n (s) Y(s) R(s) E(s) N(s) Controle Convencional

13 Influência da entradaInfluência das perturbações Se as perturbações são mensuráveis, o controle feedforward é um método útil para cancelar os seus efeitos na saída do processo. Controle Convencional

14 G c (s)G(s) G n (s) Y(s) R(s) E(s) N(s) G ff (s) + saída perturbação controlador feedforward Controle Feedforward

15 A vantagem deste tipo de controle é que a ação corretiva ocorre antecipadamente, ao contrário do controle por realimentação, em que a ação corretiva acontece somente depois da saída ser afetada. Controle Feedforward

16 Sistema de controle de temperatura Exemplo

17 Exemplo Perturbação: –mudança vazão de saída da torre (depende do nível da torre); –seu efeito não pode sentido imediatamente, devido aos atrasos envolvidos no sistema; –um controlador convencional agirá somente quando houve um erro; –um controlador feedforward que receberá a também a informação da vazão, poderá agir mais cedo sobre a válvula de vapor.

18 Exemplo

19 CONTROLE EM CASCATA

20 O que é ? É um método simples, envolvendo dois controladores por realimentação em cascata; Set-PointO controle em cascata é definido como a configuração onde o sinal de saída de um controlador é o Set-Point gerado pelo outro controlador.

21 G c1 (s) G c2 (s) G 2 (s)G 1 (s) - R 1 (s) R 2 (s)Y 2 (s) Y 1 (s) laço secundário laço primário Controle em Cascata

22 G c1 (s) + - G 1 (s) R 1 (s) R 2 (s)Y 2 (s) Y 1 (s) Equação característica: primáriosecundário

23 Controle Convencional – exemplo LC + - G(s) SP H

24 Controle em Cascata - exemplo LC FC G 1 (s)G 2 (s) - SP 2 Q H malha de vazão malha de nível SP 1

25 Controle em Cascata - exemplo Considerando: Controle convencional: - + LGR

26 Controle em Cascata - exemplo Controle em cascata: laço secundário laço primário LGR-primário -2 LGR-secundário

27 COMPENSAÇÃO DO TEMPO MORTO

28 É o atraso entre a variação do sinal de controle (MV) e o início da variação da saída (PV). Exemplos: –Transporte de fluidos em linhas longas; –Variável controlada medida por analisador de linha; –Elemento final de controle lento; Um controlador convencional não funciona bem com tempo morto, pois a ação de controle demora um certo tempo para ser detectada. Tempo morto tempo morto

29 Compensação do tempo morto Considerando: G c1 (s) e -sτ G(s) + - R(s) Y(s) A FT de malha fechada é:: (I)

30 Compensação do tempo morto Idéia: deslocar o tempo morto para fora da malha de controle (II) G c (s) G(s) + - R(s) e -sτ Y(s) Para isto, projetaremos um controlador a fim de que a FT de malha fechada seja:

31 Compensação do tempo morto G c (s) G(s) + - R(s) e -sτ Y(s) (1-e -sτ )G(s) + - G c1 (s) Igualando as equações (I) e (II) temos:

32 Compensação do tempo morto O controlador G c (s) é projetado de forma usual; O controlador de Smith realimenta a saída sem o atraso (não pode ser obtida na prática); O controlador modifica a variável controlada da seguinte forma: –Quando o controlador enviar uma ação de controle ao processo, o controlador imediatamente responde pelo processo para que a resposta seja isenta do tempo morto; –Após o tempo morto, à medida que o processo começar a responder, o controlador vai retirando a sua ação de acordo com a dinâmica do processo.

33 CONTROLE OVERRIDE

34 Controle Override Também chamado de controle seletivo; É uma forma de controle multivariável em que uma única variável manipulada (MV) pode ser ajustada usando-se várias variáveis controladas (PV), uma de cada vez; Escolhe-se a variável principal que estará na maior parte do tempo atuando na variável manipulada, sendo as outras apenas variáveis de restrição.

35 Coluna de Destilação - exemplo

36 Deve-se controlar a vazão de vapor para o refervedor (trocador de calor para aquecimento) de fundo de uma coluna de destilação, atuando na única válvula do sistema; Entretanto, o nível deste refervedor não pode ser menor que um valor para não perder o selo de líquido; Solução: controle override.

37 Vantagens Quando não existem graus de liberdade suficientes no processo, pode-se controlar preferencialmente uma variável até que uma outra atinja o seu limite operacional; Forma simples de respeitar as restrições do processo e evitar que o sistema de segurança atue parando a planta.

38 Cuidados na implementação Prever proteção contra saturação do sinal de saída dos controladores que não estiverem sendo selecionados para atuar no elemento final de controle; Implementar uma estratégia de rastreamento dinâmico forçando a saída dos controladores que não estão controlando a válvula a seguir a posição atual da válvula (saída do seletor).

39 Controle Override – Exemplo 2 Quando a pressão do gás de saída do compressor ultrapassa um valor pré-ajustado, o controle passa a ser exercido pela malha de pressão, ao invés da malha de fluxo, através da chave HSS ativada por valores altos. override Controle override para proteção de um compressor

40 Controle Override – Exemplo 3 Inicialmente o controle busca manter a pressão na linha de vapor. Quando o nível se torna muito baixo, o controle passa a ser exercido pela malha de nível. override Controle override para proteção de geradores de vapor

41 CONTROLE SPLIT RANGE

42 Controle Split Range Em certas aplicações, uma única malha de controle de fluxo pode ser suficiente para garantir um bom desempenho do sistema em uma grande faixa de operação; Split RangeControle de fluxo do tipo Split Range usa dois controladores (um com uma válvula de controle pequena e o outro com uma válvula de controle grande), ambos em paralelo; Para fluxos pequenos, a válvula grande é fechada e a válvula pequena garante um controle de fluxo de boa qualidade; Para grandes fluxos, ambas as válvulas estão abertas.

43 Exemplo split-rangeControle de pressão em split-range:

44 Exemplo Se a pressão começar a subir, o controlador deve primeiro fechar toda a válvula que admite gás e em seguida abrir a válvula de alívio; Assim, supondo o controlador em ação direta, entre 0 e 50% na saída do PID, a válvula que admite gás vai da posição toda aberta para a posição toda fechada; Na faixa entre 50 e 100% na saída do PID, a válvula que alivia gás vai da posição fechada para a posição toda aberta.

45 Controle Split Range – Exemplo 2

46 Controle Split Range – Exemplo 3 Split Range Controle de Temperatura Split Range

47 Controle Split Range – Exemplo 2 Split Range Controle de Temperatura Split Range T > T ref Resfriar T < T ref Aquecer

48 CONTROLE DE RELAÇÃO

49 O que é ? Existem muitas situações nos processos industriais onde é necessário manter duas variáveis numa proporção ou relação definida; Uma variável flutua livremente de acordo com as exigências do processo e é chamada de variável livre; A outra variável é proporcional à variável livre e é chamada de variável manipulada; Exemplos: a mistura de aditivos à gasolina, mistura proporcional de reagentes de um reator químico e a mistura de fluxos quentes e frios para se obter uma determinada temperatura da mistura.

50 Controle de Relação - Exemplo


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