1 introducao a controle-lamartine(ppt3)

Introdução ao
Controle Automático
Autor: José Lamartine de A. L. Neto
Professor das disciplinas “Controle de Variáveis Industriais” e
“Controle Avançado de Processos Industriais”
do curso técnico de Automação Industrial do CEFET-BA

Introdução ao controle de processos

Quando eu completar este capítulo, gostaria de
poder fazer o seguinte.

- Explicar o conceito de feedback aplicado para controlar

-Explicar e identificar os três elementos em um loop de
feedback

- Ser capaz de aplicar feedback manualmente a alguns
processos químicos.

José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2
José CEFET-

Introdução ao controle de processos

Esquema do ensino:

- Por que razão um curso de Controle de Processo?
- Perguntas básicas sobre o controle
- O que é um sistema de feedback?
- Por que é necessário controlar?
- Por que é possível controlar?
- Como é documentado o projeto de controle?
- Workshop
- Guias de auto-estudo

José CEFET-

Por que razão um curso de controle de processo?

-Quando eu executo uma experiência, como faço para
manter a temperatura ou o nível em valores desejados?

-Como faço para fabricar produtos com qualidade elevada
quando as matérias-primas mudam as propriedades?

-Quanto tempo eu tenho de responder a situação de perigo?

Cada profissional da área necessita de conhecimentos
básicos sobre controle. Existem muitas oportunidades
emocionantes para carreira de um Técnico especialista.

José CEFET-

Por que razão um curso de controle de processo?

-- Começamos com a análise do estado de equilíbrio, porque é
mais fácil e importante.
-- Estamos construindo conhecimentos especializados em
cima de fundamentos (fluidos, transferência de calor,
termodinâmica, etc) e em unidades de processo (destilação,
CSTR, etc.) Agora, temos exemplos que precisamos
controlar!
-- Temos que controlar o nosso conhecimento básico antes de
integrar em projetos mais avançados.
É um momento perfeito para aprender a "unidade" do
processo. Com esta visão, somos capazes de entender
plantas que podem ser controladas de forma segura e
produzir produtos de alta qualidade.
José CEFET-

O que é um sistema de controle feedback?

Vejamos alguns exemplos primeiro. Em seguida, iremos
desenvolver um conceito geral.

-Descreva seu método para a
condução de um automóvel.

-Você poderia conduzir um carro
sem olhar pelo pára-brisas?

- O que deve ser fornecido pelo
projetista do carro?

- Pode um "bom design" eliminar
a necessidade de orientar?
José CEFET-


Vejamos alguns exemplos primeiro. Em seguida, iremos
desenvolver um conceito geral.

-Descreva como funciona
aquecimento doméstico.

-Descrever o comportamento
dinâmico de T (termostato).

-O que deve ser fornecido pelo
designer casa?

-Pode um "bom design" eliminar a
necessidade de alterar o
aquecimento? José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA
José CEFET- 2008.2


Porque é que a temperatura oscila?

Variável
Controlada:
temperatura
ambiente

Variável
Manipulada:
Vazão de óleo
combustível

Será esta forma de controlar boa o suficiente para todas
as variáveis em um processo industrial?
Dica: se disser "sim", o curso acabou!
José CEFET-


O sistema de controle tem três elementos básicos

Valor desejado

CONTROLADOR

Elemento
Final de controle Sensor
PROCESSO
Entradas Saídas

José CEFET-


Qual é o elemento final de controle típico
para controle de processos ?

Qual o
significado
das setas?

Como vamos selecionar a
localização dos sensores?
José CEFET-


CONTROLE (verbo): Para manter as condições desejadas em um
sistema físico, adaptando as variáveis selecionadas no sistema.

CONTROLE FEEDBACK: faz uso de uma saída de um sistema
para influenciar a entrada do mesmo sistema.
Input = causa output = efeito
José CEFET-


Cuidado: Equívoco comum na terminologia!

José CEFET-



Vernacular Comum

Feedback negativo: "Você é
um idiota!"

Feedback positivo: Essa foi
uma boa ideia. Obrigado!
José CEFET-



Vernacular Comum Engenharia e Ciência

Feedback negativo: "Você é Feedback negativo: Ação
um idiota!" para reduzir o erro de desejar.

Feedback positivo: Essa foi Feedback positivo: Ação para
uma boa ideia. Obrigado! aumentar o erro de desejar.
José CEFET-



Vernacular Comum Engenharia e Ciência

Feedback negativo: "Você é Feedback negativo: Ação
um idiota!" para reduzir o erro.

BOM Feedback positivo: Ação para
Feedback positivo: Essa foi
uma boa ideia. Obrigado! aumentar o erro.
José CEFET-

Porque é que é necessário controlar?

Uma palavra: PERTURBAÇÕES!
Exemplos no CSTR da figura.

Queremos alcançar o seguinte:

1. Segurança
2. Proteção Ambiental.
3. Proteger os equipamentos.
4. O bom funcionamento.
5. Qualidade dos produtos
6. Lucro
7. Acompanhamento e diagnóstico

José CEFET-

Porque é que é necessário controlar?

Uma palavra:
PERTURBAÇÕES!

Exemplos na torre de
destilação da figura.

José CEFET-

Então precisamos...

...entender o esquema de fluxos de informações. O que entra
e o que sai em um processo. Estas informações são vitais e
são chamadas de VARIÁVEIS. São elas a Principal, a
Secundária e a Manipulada.

José CEFET-

Tipos de distúrbios ou Perturbações

ALIMENTAÇÃO

DEMANDA

SET POINT

José CEFET-

Breve Histórico do controle:

• James Watt: construção do regulador centrífugo para controle de velocidade de uma
máquina a vapor no século XVIII

• Minorsky, 1922: sistema de pilotagem de navios. Estabilidade - Equações Diferenciais

• Nyquist, 1932: procedimento para determinar estabilidade de sistemas em malha fechada

• Hazen, 1934: Introdução da termo “servomecanismo” para sistemas de controle de
posição. Projeto de servomecanismos e relés capazes de seguir uma entrada variável.

• Década de 1940: Métodos de resposta em frequência tornaram possível aos engenheiros
projetar sistemas de controle lineares com realimentação.

• Ziegler-Nichols em 1942: métodos básicos, visam obter uma mesma resposta pré-
especificada para o sistema de controle em malha fechada

• Coração da Teoria de Controle Classico, 1940-1950: Desenvolvimento do método do lugar
das raízes em projeto de sistema de controle (SISO)

• Evolução para sistemas MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output), a partir de 1960

• Estado da arte: controle ótimo, utilização de computadores, desenvolvimento da
computação evolucionária permitindo sistemas com apredizado e treinamento.

José CEFET-

INSTRUMENTAÇÃO
Ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação,
registro e controle de processos de fabricação, visando a
otimização na eficiência desses processos.

O uso de instrumentos em processos industriais, visa a obtenção de
um produto de melhor qualidade com menor custo, menor tempo
e com considerável redução de mão de obra.

A utilização de instrumentos nos permite:

- Incrementar e controlar a qualidade do produto;
- Aumentar a produção e o rendimento;
- Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e quantidade
Produzida, além de ter em mãos, dados relativos à economia dos
processos.

José CEFET-

FLUIDO AQUECIDO

VAPOR FLUIDO A SER
AQUECIDO

CONDENSADO

PROCESSO INDUSTRIAL TÍPICO

Variável Controlada: Temperatura
Meio Controlado: Fluido
Variável Manipulada: Vazão
Agente de Controle: Vapor

José CEFET-

Controle Manual

José CEFET-

Controle Manual – resultado obtido
VALOR
DESEJADO VALOR
(SET-POINT) OBTIDO

+

0

-
ERRO

TEMPO

“O controle manual não permite a eliminação do
erro, resultando em uma variação de amplitude
excessiva, do valor da variável que se deseja
controlar”.

José CEFET-

Ações presentes no ato de controlar...
ENTRADA DE
ÁGUA FRIA
SAIDA DE
PROCESSO ÁGUA QUENTE

MEDIÇÃO
ENTRADA

DE VAPOR
COMPARAÇÃO

VÁLVULA DE
ONDE ESTÁ A
CONTROLE MEDIÇÃO?

CORREÇÃO
ONDE ESTÁ O
CONTROLE ?
ONDE ESTÁ O
CONTROLE CONTROLADOR?

José CEFET-

Porque é que é possível controlar?

O Controle só é possível se for fornecido a
infraestrutura necessária durante o projeto.
Parte 1: Instrumentos de comando ou controle

José CEFET-

Porque é que é possível controlar?

O Controle só é possível se for fornecido a
infraestrutura necessária durante o projeto.
Parte 2: Equipamentos de processo

José CEFET-

Onde o controle é feito?

Sensores,
Indicadores locais, e
válvulas no processo

Cabos potencialmente
longo com
centenas de metros
Display de variáveis, cálculos,
e os comandos de válvulas estão
centralizadas na Sala de Controle
Mostra um estilo mais
velho -painel de controle
José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA
José CEFET- 2008.2

Onde o controle é feito?

Sensores,
Indicadores locais, e
válvulas no processo

longo com longo com
centenas de metros de metros
centenas
Display de variáveis, cálculos,
e os comandos de válvulas estão
Mostra um painel centralizadas na Sala de Controle
moderno com controle
baseado computador
José CEFET-

Controle Automático – sistema fechado
MALHA DE CONTROLE

CONTROLADOR
TRANSMISSOR DE
ENTRADA DE S.P. TEMPERATURA

LÍQUIDO
MISTURADOR

SENSOR DE
TEMPERATURA
ENTRADA DE
VAPOR
SAIDA DE
LÍQUIDO
VÁLVULA DE
CONTROLE

CONDENSADO

José CEFET-

Com a ação do Controle Automático...

VALOR
VALOR DESEJADO
DESVIO OBTIDO (SET-POINT)

+

0

- ERRO

TEMPO

“O controle automático permite através de sua ação a
redução do erro, com um tempo de atuação e precisão
impossíveis de se obter no controle manual”.

José CEFET-

O Controle Automático

ENTRADA DE
ÁGUA FRIA
PROCESSO SAIDA DE
ÁGUA QUENTE

SENSOR
ENTRADA MEDIÇÃO
DE VAPOR
MALHA DE
CONTROLE
CORREÇÃO FECHADA
VÁLVULA DE COMPARAÇÃO
CONTROLE

CONTROLADOR
AUTOMÁTICO
SET POINT DE CAMPO

José CEFET-

Terminologia Básica

• Planta (Plant): Parte de um equipamento ou conjunto de partes de uma
máquina que funcionam integrados como um sistema. No contexto deste
curso estaremos usando o termo planta como qualquer objeto físico a ser
controlado.

• Processo: Neste curso estaremos utilizando este termo para identificar
qualquer operação a ser controlada

• Sistema de controle automático: sistema no qual a entrada de referência,
ou a saída desejada, ou é constante ou varia lentamente no tempo. O
principal objetivo é manter a saída real em um valor desejado, na presença
de perturbações.

• Servomecanismo: sistema de controle com realimentação no qual a saída
pode ser uma posição, velocidade ou aceleração.

José CEFET-

Terminologia Básica

• Variável de Processo: é qualquer variável física que possui o valor alterável
com o tempo e com o espaço.

• Variável controlada – é aquela que se quer manter constante mesmo que
haja influência de outras variáveis que tenderiam a modificar o seu valor.

• Perturbação (distúrbio): Sinal que tende a afetar adversamente o
comportamento da saída do sistema. Uma perturbação pode ser externa,
funcionando como uma entrada, ou interna ao sistema.

• Variável Secundária: fonte principal de perturbações para o processo,
refletindo na Variável Principal.

• Variáveis de carga: todas as demais variáveis menos a principal e a
manipulada.

• Variável manipulada – aquela usada pelo sistema de controle para
compensar os efeitos das perturbações (ou distúrbios).

José CEFET-

Obrigado pela atenção!!!
atenção!!!

Contatos
joselamartine@yahoo.com.br
lamartine@cefetba.br

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José CEFET-

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