aula-instrumentação e controle (cap_01)
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Instrumentação e Controle
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Instrumentação e Controle•Capítulo 1:
INTRODUÇÃO A SISTEMA DE CONTROLE
• Capítulo 2:
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
• Capítulo 3:
CONDICIONADORES DE SINAIS
• Capítulo 4:
MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DE PROCESSO
•Capítulo 5:
ELEMENTO FINAL DE CONTROLE
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Instrumentação e Controle•Capítulo 6:
DIAGRAMA DE BLOCOS
•Capítulo 7:
CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS DE PROCESSOS
•Capítulo 8:
MODELOS DE SISTEMAS FÍSICOS
•Capítulo 9:
AÇÕES DE CONTROLE
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Introdução
Com a evolução da eletrônica que possibilitou o advento das telecomunicações e dos sistemas computacionais, surgiram novas tecnologias que permitiram a criação de equipamentos que não só substituem a força muscular do homem como na mecanização mas que também têm a capacidade de tomada de decisões. A estas tecnologias é dado o nome de AUTOMAÇÃO.
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Introdução
Automação Industrial é o conjunto de técnicas e/ou equipamentos destinadas a tornar automáticos vários processos produtivos em uma indústria, de modo a eliminar ou reduzir bastante a intervenção humana nos mesmos.
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Introdução
A Automação tornou-se uma parte importante e integral dos modernos processos industriais e de fabricação.
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Objetivos
Os principais objetivos da Automação Industrial são:
•Redução de custos;
•Aumento da Produtividade;
•Maior segurança na operação da unidade produtiva;
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•Valorização do ser humano, liberandos-o de tarefas repetitivas e insalubres;
•Aumento da qualidade de vida ( maior conforto);
•Menor custo do produto e aumento da produtividade;
•Criação de empregos diretos e indiretos;
Aspectos Positivos e Negativos
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•Maior velocidade de processamento e decisão;
•Maior confiabilidade.
•Maior número de aquisições para processamento;
•Qualidade do produto e satisfação do cliente;
Aspectos Positivos e Negativos
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Aspectos Positivos e Negativos
•Exigência de profissional mais qualificado (desemprego);
•Por ser um processo irreversível, imprevisibilidade das consequências , só passíveis de serem avaliadas no futuro (meio ambiente);
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Aspectos Positivos e Negativos
•Acesso as novas tecnologias somente para grandes empresas;
•Somente realizam as tarefas para os quais foram Programados;(Exemplo Sistema de Empacotamento);
•Desvalorização do trabalho artesanal, aumentando cada vez mais a dependência tecnológica;
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Um SISTEMA DE CONTROLE recebe sinais de entrada provenientes dos vários SENSORES e TRANSDUTORES dos processos e/ou máquinas a serem controlados (PROCESSO CONTROLADO), compara essas medidas com os valores desejados e pré-determinados e executa, através de um SOFTWARE de CONTROLE, operações lógicas e matemáticas de modo a gerar os sinais de correção que vão comandar os ATUADORES acerca do controle e atuação mais apropriada a cada instante no SISTEMA CONTROLADO.
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Um Sistema de Controle é um conjunto de dispositivos que mantém uma ou mais grandezas físicas dentro de condições definidas na sua entrada.
Os dispositivos que o compõe podem ser elétricos, mecânicos, ópticos e até seres humanos.
As grandezas físicas controladas são várias, mas as mais comuns são: temperatura, pressão, vazão, nível, velocidade, etc.
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Sistema: é uma combinação de componen-tes que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Processo:•É um equipamento ou dispositivo que possibilita a troca de energia entre grandezas físicas;•É o meio físico a ser controlado.
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Transdutores (sensores):
•Forma pela qual o processo se comunica com o sistema de controle;
•Transformam uma informação física em um sinal eletrônico;
•Praticamente todos os parâmetros físicos podem ser medidos através de sensores e transdutores;
Caracterização dos Sistemas Automatizados
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Transdutores (sensores):
O princípio de funcionamento dos transdutores está baseado na variação de um sinal elétrico, gerada devido a variação de um parâmetro físico
Caracterização dos Sistemas Automatizados
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Transdutores (sensores) - Exemplos:
•Termoresistor (Pt100): Varia sua resistência de acordo com a temperatura.•Tacogerador: Gera uma tensão proporcional a velocidade no qual é submetido.•Termopar: Gera uma tensão elétrica quando submetido a uma temperatura.•Célula de Carga: Varia sua resistência de acordo com a força que lhe é aplicada .
Caracterização dos Sistemas Automatizados
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
Atuadores:Os atuadores são responsáveis pela variação de parâmetros do processo a ser controlado. Praticamente todas as ações físicas realizáveis por um operador humano sobre um processo podem ser realizadas (com maior precisão) por um atuador controlado eletronicamente
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
Atuadores - Exemplos: Motores elétricos - Controle de movimentos de rotação e deslocamentos;
Cilindros Hidráulicos e Pneumáticos - Controle de deslocamentos;
Eletroválvulas - Controle de fluxo;
Bombas - Controle de fluxo e de nível;
Resistências elétricas - Controle de aquecimento;
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Controle:
É o elemento utilizado para calcular a ação de controle necessário para levar o processo a condição ótima.
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Sinais presentes em uma Malha de Controle:• SP (Set Point)• PV (Process Value)• MV (Variável Manipulada• AC (Ação de Controle)• ERRO• Distúrbio ou Pertubações• Sinal Imagem
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Caracterização dos Sistemas Automatizados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
•Sistema Regulador X Sistema Servo•Controle Monovariável X Multivariável
• Automático X ManualMaior número de aquisições para processamento
Maior velocidade de processamento e decisão;
Maior confiabilidade.
• Lógico X Contínuo• Analógico X Digital
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Estratégias de Controle Básicas
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
• Controle Malha Aberta X Malha Fechada• Controle Antecipatório
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Estratégias de Controle Básicas
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Controle Malha Aberta:• A variável manipulada é ajustada manualmente, e não se modifica se o valor da controlada difere do valor desejado; não há sensor para observar algum eventual desvio, nem realimentação, para corrigí-lo.
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Estratégias de Controle Básicas
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Controle Malha Fechada:• Os sistemas de MF verificam a ocorrência de desvios, pois contém um sensor, que monitora a saída, fornecendo um sinal que retorna à entrada, formando uma malha de realimentação.
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Estratégias de Controle Básicas
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Controle Malha Fechada:•Vantagens:
Mais precisa na combinação dos valores desejado e real para a variável;Menos sensível a distúrbios;Menos sensível a variações nas características dos componentes;Aumento na velocidade de resposta;
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Estratégias de Controle Básicas
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Controle Malha Fechada:•Desvantagens:
Perda no ganho, em função de transferência de um sistema em malha aberta é reduzida de um fator para , em razão do ramo de realimentação com função de transferência ;Grande possibilidade de instabilidade;Sistema mais complexo e, além de mais caro, também é mais propício a danos;
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Estratégias de Controle Básicas
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Controle Antecipatório:Estratégia em que ação de controle depende do valor de um distúrbio mensurável, e procura agir antes que as variações do mesmo afetem a variável controlada.
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 1: Regulador de Watt
LUVADESLIZANTE
ESFERA
EIXO DE ROTAÇÃO
ROTAÇÃO DE TRABALHO
PIVÔ
VÁLVULA DECONTROLE
PARAFUSODE AJUSTE
ALAVANCA
(acoplado ao eixo da máquina a vapor)
VAPOR VINDODA CALDEIRA
HASTE
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 1: Regulador de Watttorque resistente [N.m]
+
_
ESFERAS
MEDIDOR
DE
CONTROLE
VÁLVULA
DEAMPLIFICAÇÃO
MECÂNICA
MÁQUINAPARAFUSO DE
DE VELOCIDADE
AJUSTE + ESCALA
REGULADOR DE WATT
A VAPOR
deslocamento da
luva deslizante [mm]velocidade de
rotação [r.p.m.]
PIVÔ + ALAVANCAvelocidade de
rotação [r.p.m.]
vazão devapor [Kg/h]
deslocamento dahaste [mm]
deslocamento dopivô [mm]
velocidade
desejada[r.p.m.]
pressão do vapor [psi]
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 2: Trocador de Calor
líquido àtemperaturaambiente
líquido aquecido
válvula de controle
trocador de calor
fonte devapor
condensado
TT
TCVM [4 a 20 mA]^ VC [4 a 20 mA]^
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 2: Trocador de Calor
trocador
calor
transmissor
temperatura
controlador válvula
fonte devapor
bomba delíquido
temperaturade referência
temperaturacontrolada
controlede de
(TC)
de
(TT)
VMVM^
VR VC
VC VC
[ C]o
[ C]o[ C]o
[mA]
[mA] [Kg/h]
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 3: CONTROLE DE POSIÇÃO DE ANTENA
+
_E
AmplificadorDiferencial
+
_
MCC
r c
ANTENA
vr
vc+_ va
REDUÇÃO
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 3: CONTROLE DE POSIÇÃO DE ANTENA
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 4: ESTUFA
PIDBanco deResistências
PT100
RetificadorControlado
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 5: TORRE DE RESFRIAMENTO
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Exemplos de Sistemas Realimentados
NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO
Exemplo 6: LAMINADOR