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.

1.7 Controle Feedback 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..

1.8 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.

Os instrumentos podem ser classificador por: a) Função 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.

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido 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.

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido 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.

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido 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.

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido 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.

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido 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.

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido Tipo Digital Nesse tipo, “pacotes de informações” sobre a variável medida são enviados para uma estação receptora, através de sinais digitais modulados e padronizados.

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido 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)

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido 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.