Baixe Estratégias Controle Processos Industrial: Razão, Cascata, Seletivo, Inferencial e Feedfor e outras Notas de estudo em PDF para Biotecnologia, somente na Docsity!
Uergs – Unidade Bento Gonçalves Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia Instrumentação & Controle Monichara Marinello 3ª Lista de Exercícios
1) Cite quatro (4) estratégias de controle de processo.
Na automação industrial, controladores de processo são equipamentos responsáveis pelo controle de processo industrial ou parte dele através de algoritmos de controle específicos, tais como PID, lógica fuzzy ou redes neurais. Podem ser ainda equipamentos programáveis capazes de realizar diversos tipos de algoritmos lógicos e matemáticos. Em grande parte das configurações, um controlador é responsável por uma única malha de controle. Esses instrumentos são dedicados em sua função e podem enviar dados diversos para outros dispositivos ou outras malhas no processo. Entre outros, podemos encontrar em diversos tipos de plantas industriais, controladores de temperatura (pirômetros), vazão, pressão, nível, posicionamento, etc. A comunicação entre os controladores e demais componentes de sistemas de controle evoluiu de maneira semelhante, passando de sinais e comandos pneumáticos para transmissão através de corrente e tensão e posteriormente evoluíram para a utilização de redes, sendo que já existem inclusive instrumentos e controladores com comunicação wireless. As estratégias de controle que fazem uso de mais de duas variáveis em uma malha de controle fechada são:
- Controle de razão: Uma situação muito comum em unidades de processo é a necessidade de manter uma relação entre quantidades. Em unidades com escoamento contínuo, isto se traduz na necessidade de manter uma razão entre vazões de correntes distintas. O controle da razão é fundamental em processos com reação química, onde se deseja manter uma relação estequiométrica entre reagentes (relação ar/ combustível em uma fornalha, por exemplo), em processos de separação (refluxo em colunas de destilação) e de mistura ( blending ).
Geralmente, uma das vazões é determinada por outros sistemas da unidade ou fora dela. O objetivo do sistema de controle, então, é manipular a outra vazão para que, mesmo que a primeira vazão varie, a razão permaneça o mais constante possível. Uma forma de implementar o controle de razão consiste em medir as duas vazões e calcular a razão entre elas. Este valor calculado passa a ser a PV para um controlador de razão (FFC), que recebe um set point e manipula uma das vazões para que ela fique proporcional à outra.
Esta implementação apresenta uma desvantagem: em determinadas situações (partida, emergências), pode ser necessário controlar a vazão e não a razão. Um outro esquema, freqüentemente utilizado na prática, é o de utilizar um controlador de vazão para a segunda corrente de processo que opere em três modos: manual, automático e razão. Os modos manual e automático são os tradicionais; o modo automático permite que o operador forneça um set point de vazão. O modo razão utiliza um elemento (FY) que multiplica a vazão da primeira corrente por um set point de razão, determinando assim o set point do controlador de vazão.
refervedor. O controle seletivo opera por meio de elementos comparadores, que selecionam o maior ou o menor entre dois ou mais sinais, enviando somente um deles à válvula de controle (ou ao controlador escravo).
- Controle inferencial: Em alguns casos, a variável a ser controlada não pode ser medida de forma econômica. Uma abordagem é o controle inferencial, em que a variável controlada não é medida diretamente e sim calculada a partir de outras variáveis de processo que podem ser medidas mais facilmente. Um exemplo típico é o controle de composição. Em misturas binárias em fase vapor, a composição pode ser determinada a partir da pressão e da temperatura por meio de uma equação de estado. Outro exemplo extremamente comum é o controle de vazão mássica, que pode ser feito a partir de medições da vazão volumétrica, da temperatura e (no caso de gases) da pressão. Exemplos mais sofisticados incluem o cálculo do excesso de ar ou da carga térmica de uma fornalha e a modelagem de propriedades físicas de produtos (índice de octanagem de gasolinas, ponto de fluidez de plásticos, etc.).
- Controle feedforward: A implementação de estratégias de controle feedforward normalmente envolve o conhecimento de modelos do processo que permitam determinar o melhor valor da variável manipulada a partir do valor atual da(s) variável (is) monitorada(s). A imprecisão do modelo é um aspecto de segurança importante que dificilmente permite a implementação de estratégia feedforward "puras". Em geral, o valor calculado pelo controlador feedforward é enviado a um controlador feedback, aumentando a robustez do sistema.
- Controle multivariável: O uso de modelos que representam o comportamento dinâmico do processo permite a implementação de controladores que, por meio de simulação, podem calcular mais de um valor de saída, a partir de mais de uma variável de processo. Controladores que apresentam diversas PVs e diversas saídas são denominados controladores multivariáveis.Um dos controladores multivariáveis mais utilizados é o DMC ( dynamic matrix control ), ou suas variações. Este tipo de controlador é descrito no item 8.9 do livro texto, e não será incluído nesta homepage devido à grande quantidade de equações.
- Outras estratégias de controle avançado : Com a facilidade de implementação de algoritmos complexos em máquinas capazes de efetuar os cálculos necessários em
tempo hábil, diversas estratégias diferentes de controle avançado estão sendo utilizadas. Um dos campos recentes que recebe muita atenção (especialmente de marketing) é a aplicação de redes neurais e outras ferramentas derivadas do estudo de inteligência artificial (fuzzy logic, sistemas especialistas baseados em regras).
2) Qual a característica do controle em malha aberta? Quais são as suas vantagens e limitações? Consiste em aplicar um sinal de controle pré-determinado, esperando-se que ao final de um determinado tempo a variável controlada atinja um determinado valor ou apresente um determinado comportamento. Neste tipo de sistema de controle não são utilizadas informações sobre evolução do processo para determinar o sinal de controle a ser aplicado em um determinado instante. Mais especificamente, o sinal de controle não é calculado a partir de uma medição do sinal de saída. As características básicas de um sistema de controle que opera em malha aberta: imprecisão, nenhuma adaptação a variações externas (perturbações), dependência do julgamento e da estimativa humana. Por outro lado, estes tipos de sistemas são em geral simples e baratos, pois não envolvem equipamentos sofisticados para a medição e/ou determinação do sinal de controle. A tensão definida pelo controlador não depende da posicão angular do eixo. Vantagens : Baixo custo (necessita de menos componentes); Simplicidade (fácil de implementar na prática).
3) Faça um diagrama de um sistema em malha fechada. Cite quatro (4) aspectos positivos da utilização da realimentação.
Também chamado de controle retroativo (realimentação ou feedback) necessita de informações da saída do controlador através de elementos sensores ou transdutores, compara o sinal da saída com o set-point (referência) e corrige a saída caso a mesma esteja desviando-se dos parâmetros programados. No controle em malha fechada, informações sobre como a saída de controle está evoluindo são utilizadas para determinar o sinal de controle que deve
- ação proporcional ;
- ação integral ;
- ação derivativa.
5) O que é um Controlador Lógico Programável (CLP ou PLC)? O sinal de controle gerado pelo controlador PID é assim genericamente dado como: u(t) = K [ e(t) + 1/Ti ∫e(τ)dτ + Td.(d e(t)/dt) ] Quais são os três parâmetros de sintonia no controlador? Um Controlador Lógico Programável ou Controlador Programável, conhecido também por suas siglas CLP ou CP e pela sigla de expressão inglesa PLC (Programmable Logic Controller), é um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funções de controle de diversos tipos e níveis de complexidade. Geralmente as famílias de Controladores Lógicos Programáveis são definidas pela capacidade de processamento de um determinado numero de pontos de Entradas e/ou Saídas (E/S). Controlador Lógico Programável Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. Segundo a NEMA (National Electrical Manufacturers Association), é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização,contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas,vários tipos de máquinas ou processos. Um CLP é o controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por eventos discretos (SEDs), ou seja, com processos em que as variáveis assumem valores zero ou um (ou variáveis ditas digitais, ou seja, que só assumem valores dentro de um conjunto finito). Podem ainda lidar com variáveis analógicas definidas por intervalos de valores de corrente ou tensão elétrica.As entradas e/ou saídas digitais são os elementos discretos, as entradas e/ou saídas analógicas são os elementos variáveis entre valores conhecidos de tensão ou corrente. Os CLP's estão muito difundidos nas áreas de controle de processos ou de automação industrial. No primeiro caso a aplicação se dá nas indústrias do tipo contínuo, produtoras de líquidos, materiais gasosos e outros produtos, no outro caso a
aplicação se dá nas áreas relacionadas com a produção em linhas de montagem, por exemplo na indústria do automóvel. Num sistema típico, toda a informação dos sensores é concentrada no controlador (CLP) que de acordo com o programa em memória define o estado dos pontos de saída conectados a atuadores. Os CLPs tem capacidade de comunicação de dados via canais seriais. Com isto podem ser supervisionados por computadores formando sistemas de controle integrados. Softwares de supervisão controlam redes de Controladores Lógicos Programáveis. Os canais de comunicação nos CLP´s permitem conectar à interface de operação (IHM), computadores, outros CLP´s e até mesmo com unidades de entradas e saídas remotas. Cada fabricante estabelece um protocolo para fazer com seus equipamentos troquem informações entre si. Os protocolos mais comuns são Modbus (Modicon - Schneider Eletric), Profibus (Siemens), Unitelway (Telemecanique - Schneider Eletric) e DeviceNet (Allen Bradley), entre muitos outros. Redes de campo abertas como PROFIBUS-DP são de uso muito comum com CLPs permitindo aplicações complexas na indústria automobilística, siderurgica, de papel e celulose, e outras. O CLP monitora o estado das entradas e saídas, em resposta às instruções programadas na memória do usuário, e energiza ou desenergiza as saídas, dependendo do resultado lógico conseguido através das instruções de programa. O programa é uma seqüência de instruções a serem executadas pelo CLP para executar um processo. A tarefa do CLP é ler, de forma cíclica, as instruções contidas neste programa, interpreta-las e processar as operações correspondentes Um CLP deve realizar basicamente as seguintes funções: a) Processamento do programa e b) Varredura das entradas e saídas. Os principais pontos de aplicações dos CLP’s são: =>Máquinas: Máquinas operatrizes, máquinas têxteis, máquinas para fundição, máquinas para indústria de alimentos, etc. =>Indústria: Mineração, siderúrgicas, aciarias, laminadoras, etc.
