INSTRUMENTAÇÃO, CONTROLE E AUTOMAÇÃO

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1 INSTRUMENTAÇÃO, CONTROLE E AUTOMAÇÃO Pág.: 1/88

2 ÍNDICE Professor: Waldemir Loureiro Inrodução ao Conrole Auomáico de Processos... 4 Conrole Manual... 5 Conrole Auomáico... 5 Conrole Auo-operado... 6 Sisema de Conrole em Malha Abera... 7 Sisema de Conrole em Malha Fechada... 7 Arasos no Processo... 8 Tempo Moro... 8 Capaciância... 8 Resisência... 9 Arasos na Transferência... 9 Caracerísicas de Processos Indusriais Processo Conínuo Processo Desconínuo Processo Esável Processo Insável (ou Inegrador) Modos de Acionameno de Conroladores Ação Direa Ação Reversa Funções Maemáicas Uilizadas em Conrole Função Consane Função de 1ª Ordem Função de Tempo Moro Função Inegral Função Derivada Função Derivada Análise de Td Função Lead-Leag Ações de Conrole em Conroladores Indusriais Ação On-Off Ação Proporcional Ação Inegral Ação Proporcional + Inegral Série Ação Proporcional + Inegral Paralelo Ação Derivada Ação Proporcional + Derivada Série Ação Proporcional + Derivada Paralelo Ação Proporcional + Inegral + Derivada Série Ação Proporcional + Inegral + Derivada Paralelo Ação Proporcional + Inegral + Derivada Miso ou ISA Ação PI.D Ação PD.I Idenificação de Processos Indusriais Inrodução Modelos Tipos de Modelos Gráficos Maemáicos Compuacionais Idenificação de Processos em Malha Abera Pág.: 2/88

3 Idenificação de Processos Esáveis Resposa de um Processo de 1ª Ordem sem Tempo Moro Resposa de um Processo de 1ª Ordem com Tempo Moro Resposa de um Processo de Ordem n Méodo de BROIDA Idenificação de Processos Insáveis Resposa de um Processo de 1ª Ordem sem Tempo Moro Resposa de um Processo de 1ª Ordem com Tempo Moro Resposa de um Processo de Ordem n Idenificação de Processos em Malha Fechada Idenificação de Processos Esáveis Méodo de BROIDA Idenificação do Ganho Esáico Idenificação dos Parâmeros Dinâmicos Idenificação de Processos Insáveis Idenificação dos Parâmeros Sinonia de Processos Indusriais Méodo das Aproximações Sucessivas (Tenaiva e Erro) Sinonia de um Processo Esável Ajuse da Ação Proporcional Ajuse da Ação Derivada Ajuse da Ação Inegral Sinonia de um Processo Insável Ajuse da Ação Proporcional Ajuse da Ação Derivada Ajuse da Ação Inegral Méodo por Idenificação do Processo Sinonia de um Processo Esável Sinonia de um Processo Insável Méodo de Ziegler e Nicholls em Malha Fechada Conrole Mulimalhas Inrodução Conrole em Cascaa Cascaa na Variável Manipulada Cascaa na Variável Inermediária Resulados Comparaivos Ouro Exemplo de Cascaa Conrole de Razão ou Relação Conrole de Misura de Sucos Conrole de Combusão em Fornos Conrole de Combusão em Caldeiras Aquaubulares Conrole de Misura com Produos Sólidos Conrole FeedForward (Conrole Anecipaório) Conrole de Temperaura Conrole de Nível a 3 Elemenos Conrole Spli Range (Faixa Dividida) Aplicação Aplicação Conrole com Limies Cruzados (Conrole Seleivo) Pág.: 3/88

4 INTRODUÇÃO AO CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSOS: Professor: Waldemir Loureiro Com o crescimeno da economia mundial, cresce ambém a demanda por produos manufaurados. Para aender a esa crescene demanda, as indúsrias precisam produzir mais. Com a globalização e o aumeno da compeiividade, além de produzirem mais, as indúsrias precisam produzir melhor, iso é, produzir com maior qualidade, menores cusos e ainda lançarem no mercado, em períodos cada vez menores, novos produos. Esa arefa, com cereza, não poderia ser realizada se não houvesse o conrole auomáico de processos indusriais. Aravés do conrole auomáico, as indúsrias, além de produzirem mais, aumenam sua produividade, reduzem seus cusos, eliminam erros, ornando-se mais compeiivas. Para que um processo indusrial possa ser conrolado auomaicamene é necessário saber como ele esá se comporando para que possa ser corrigido caso hajam disparidades enre o seu comporameno e a performance dele esperada. Para faciliar o enendimeno de alguns ermos que serão abordados nese exo, a seguir serão dadas de forma sucina, suas definições: Processo Indusrial: qualquer operação ou seqüência de operações, envolvendo uma mudança de esado, de composição, de dimensão ou ouras propriedades que possam ser definidas relaivamene a um padrão. Pode ser conínuo ou em baelada (desconínuo). Variável de Processo: qualquer fenômeno físico ou físico/químico cuja quanidade, propriedade ou condição física é medida a fim de que se possa efeuar a sua indicação e/ou o conrole de um processo indusrial (ambém chamada variável conrolada). Variável Manipulada: é a variável que é operada com a finalidade de maner a variável conrolada no valor desejado. Se Poin: é um valor desejado esabelecido previamene como referência no qual a variável conrolada deve permanecer. Disúrbio: é uma condição que ende a afear adversamene o valor da variável conrolada. Desvio: represena o valor resulane da diferença enre o valor desejado e o valor da variável conrolada. Também chamado erro. Ganho: represena o valor resulane do quociene enre a axa de mudança na saída e a axa de mudança na enrada que a causou. Ambas, a enrada e a saída devem ser expressas na mesma unidade. CONTROLE MANUAL: O conrole manual, ao conrário do conrole auomáico, é aquele em que oda a operação de medição da variável conrolada, processameno da informação e auação no senido da correção em caso de erros, é realizada manualmene, aravés do elemeno humano. Pág.: 4/88

5 Consideremos como exemplo, o processo ípico de ajuse da emperaura da água em um chuveiro. A variável conrolada nese exemplo é a emperaura da água. A medição da variável é feia normalmene pelo ao da pessoa. O processameno desa informação é realizado pelo cérebro que compara a emperaura medida com o valor por ele desejado (se poin). Para que a água alcance o valor da emperaura ideal, a pessoa aua manualmene no regisro, abrindo-o ou fechando-o. Temos, porano, um ípico caso de conrole manual. CONTROLE AUTOMÁTICO: Como o próprio nome já indica o conrole auomáico é aquele em que odas as ações necessárias à manuenção do valor de uma variável no pono de ajuse desejado são realizadas auomaicamene, sem a inerferência do elemeno humano. Podemos exemplificar uilizando um processo semelhane ao já esudado aneriormene para o conrole manual. O fluxograma abaixo ilusra ese processo. TCV Água a ser aquecida I P IA Vapor Água aquecida SP TIC TT TE Fig.1: fluxograma de um processo conrolado auomaicamene emos porano, um processo ípico de conrole de emperaura de água em que o aquecimeno é feio por um rocador de calor a vapor. Ao conrário do conrole manual, onde a medição da emperaura da água quene era realizada pelo ao da pessoa, emos um elemeno sensor de emperaura (TE) que mede a emperaura da água quene e envia um sinal elérico correspondene à emperaura medida aé um ransmissor de emperaura (TT). Ese por sua vez gera um sinal elérico proporcional ao sinal recebido do sensor de emperaura de forma a poder ransmii-lo à disância. O processameno da informação, anes feio pelo cérebro da pessoa, é realizado por um conrolador de emperaura (TIC), aualmene microprocessado. O conrolador realiza a comparação enre o valor da emperaura e o valor desejado (sepoin), e gera um sinal de saída que irá promover a auação da válvula conroladora de emperaura (TCV), no senido de eliminar qualquer desvio enre os dois valores. A emperaura da água quene será, porano, conrolada auomaicamene, sem que em nenhuma fase do processo, haja a necessidade da auação do elemeno humano. Pág.: 5/88

6 CONTROLE AUTO-OPERADO: Conrole auo-operado é o conrole em que a energia necessária para movimenar a pare operacional pode ser obida direamene aravés da região de deecção, do sisema conrolado. Dese modo, ese conrole obém oda a energia necessária ao seu funcionameno do próprio meio conrolado. Ese conrole é largamene uilizado em aplicações de conrole de pressão e menos comumene no conrole de emperaura, nível, ec. A figura ao lado mosra a ilusração de um exemplo ípico de um sisema de conrole de pressão, uilizando uma válvula auo-operada. SP FIC Vem da medição de emperaura Válvula conroladora de vazão de combusível I P IA Fluido Poe de selagem Queimador Válvula auo-operada Fig.2: fluxograma de um processo auo-operado Pág.: 6/88

7 SISTEMA DE CONTROLE EM MALHA ABERTA: Professor: Waldemir Loureiro Um sisema de conrole em malha abera é aquele em que a ação de conrole independe do resulado da saída do processo. Ou seja, é o sisema em que a saída não em efeio sobre a ação de conrole. Enrada Conrolador Processo Saída Fig.3: diagrama em blocos de sisemas de conrole em malha abera Nese caso, conforme ilusrado no esquema acima, a saída não é medida ou realimenada à enrada, para efeio de comparação com o resulado desejado. Um exemplo práico dese ipo de sisema é o conrole de velocidade em uma eseira ergomérica. Uma vez ajusada a velocidade da eseira, esa não é medida ou comparada com o valor ajusado, para efeio de correção, caso não eseja exaamene no valor requerido. Ouro exemplo comum é o sisema de conrole em uma máquina de lavar roupas. Nese caso, fazse oda a programação previamene, e a máquina após a seqüência definida, não verifica o esado da roupa (se foi lavada saisfaoriamene ou não) para, caso necessário, iniciar nova seqüência auomaicamene. SISTEMA DE CONTROLE EM MALHA FECHADA: O sisema de conrole em malha fechada é aquele em que a ação de conrole depende de algum modo, do resulado da saída. Enrada Conrolador Processo Saída Medição Fig.4: diagrama em blocos de sisemas de conrole em malha fechada Conforme ilusrado acima, a saída sempre é medida e comparada à enrada, para que o resulado seja exaamene igual ao valor desejado. Porano, a saída possui um efeio direo na ação de conrole. Ao processo de medição da saída para que haja a comparação desa com o valor desejado, no senido de eliminar a defasagem enre ese e o valor da saída do processo, dá-se o nome de realimenação negaiva. Pág.: 7/88

8 ATRASOS NO PROCESSO: Professor: Waldemir Loureiro Todo processo possui caracerísicas que deerminam araso na ransferência de energia e/ou massa, o que conseqüenemene, dificula a ação de conrole, viso que esas caracerísicas são inerenes a cada processo. Porano, para se definir o sisema mais adequado de conrole, deve-se levar em consideração esas caracerísicas e suas inensidades. São elas: Tempo Moro. Capaciância. Resisência. TEMPO MORTO: Tempo moro é o inervalo enre o insane em que o sisema sofre uma variação qualquer e o insane em que esa variação começa a ser deecada pelo elemeno sensor. O empo moro pode ser represenado pelo símbolo grego θ (ea). CAPACITÂNCIA: A capaciância de um processo é uma medida das caracerísicas próprias do processo para maner ou ransferir uma quanidade de energia ou maerial com relação a uma quanidade uniária de alguma variável de referência. Em ouras palavras, é uma mudança na quanidade conida, por unidade mudada na variável de referência. Como exemplo veja o caso dos anques de armazenameno da figura abaixo. Neles a capaciância represena a relação enre a variação de volume e a variação de alura do maerial no anque. Assim, observe que embora os anques enham a mesma capacidade (100 m 3 ), apresenam capaciâncias diferenes. Nese caso, a capaciância pode ser represenada por: C = dv ; onde dv = Variação de Volume e dh = Variação na alura dh Ø = 4m Ø = 5,64 m = 4 2 m Fig.5: Tanque 1 Fig.6: Tanque 2 Capacidade Tanque 1 = π = 100 m 3 4 Capacidade Tanque 2 = π. (4 2) 2. 4 = 100 m 3 4 Pág.: 8/88

9 Capaciância Tanque 1 = 100 = 12,5 m 3 / m nível 8 Capaciância Tanque 2 = 100 = 25 m 3 / m nível 4 Professor: Waldemir Loureiro Ou seja, para cada unidade de nível, e para as mesmas vazões de enrada (ou de saída), o anque 1 enche (ou esvazia) mais rápido que o anque 2. RESISTÊNCIA: A resisência é uma oposição oal ou parcial à ransferência de energia ou de maerial enre capaciâncias. Na figura ao lado emos uma ilusração de um processo conendo uma capaciância e uma resisência. C R Fig.7: Processo com capaciância e resisência ATRASO DE TRANSFERÊNCIA: O efeio combinado de suprir uma capaciância aravés de uma resisência produz um empo de reardo enre as capaciâncias. Tal empo de reardo devido à resisência-capaciância (RC) é freqüenemene chamado de araso de ransferência. CARACTERÍSTICAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS: A escolha do ipo de conrole a se uilizar em um processo indusrial implica um bom conhecimeno do comporameno dese processo. O processo apresena uma grande inércia? É esável ou insável? Tem alo ganho? Possui empo moro? Se odos eses quesionamenos esiverem resolvidos haverão óimas condições para a especificação do conrole mais apropriado para a necessidade. Em ouras palavras, o melhor conrole é aquele que é aplicado em um processo perfeiamene conhecido. Pág.: 9/88

10 PROCESSO CONTÍNUO: Professor: Waldemir Loureiro Em um processo conínuo o produo final é obido sem inerrupções, como no caso da produção de vapor em uma caldeira. Fig.8: esquema básico de uma caldeira aquaubular PROCESSO DESCONTÍNUO: Um processo desconínuo é um processo em que seu produo final é obido em uma quanidade deerminada após odo um ciclo compleo de produção. A enrada de novas maérias primas só se dará após o encerrameno dese processameno. Como exemplo podemos ciar o processo básico de produção de massa para chocolae, ilusrado na figura abaixo. Eapas: 1) Inroduzir o produo A, B e C; 2) Aquecer a misura por 2 horas misurando coninuamene; 3) Escoar o produo final para dar início à nova baelada. A B C S S S Os processos desconínuos são ambém conhecidos como processos de baelada. M S Vapor Fig.9: esquema de um processo desconínuo Pág.: 10/88

11 PROCESSO ESTÁVEL: Professor: Waldemir Loureiro Considerando o nível do anque da figura abaixo, a vazão de saída Qs é função do nível L. Qe I P IA LIC SP LT Nível (L) Qs Fig.10: fluxograma de um processo esável Se L é consane, implica que Qs esá igual à Qe. No insane 0 provocamos um degrau na válvula e o nível começará a aumenar provocando ambém um aumeno na vazão de saída Qs. Após um período de empo o nível esabilizará em um novo paamar e isso implicará que a vazão de saída Qs será igual à vazão de enrada Qe. Quando isso ocorre, afirma-se que o processo considerado é um processo esável ou nauralmene esável. A resposa de um processo esável a uma variação em degrau na enrada, pode ser visualizada abaixo: Fig.11: comporameno de um processo esável a uma variação em degrau Pág.: 11/88

12 PROCESSO INSTÁVEL (OU INTEGRADOR): Professor: Waldemir Loureiro Modificando o processo anerior com escoameno naural por um escoameno forçado, acrescenando uma bomba de vazão consane Qs, conforme represenado abaixo, e dermos o mesmo degrau de aberura na válvula, observaremos que o nível não se esabilizará. Qe I P IA LIC SP LT Nível (L) Qs Fig.12: fluxograma de um processo insável Processos com esa caracerísica recebem o nome de processos insáveis ou inegradores. A resposa de um processo insável a uma variação em degrau na enrada, pode ser visualizada abaixo: Fig.13: comporameno de um processo insável a uma variação em degrau Pág.: 12/88

13 MODOS DE ACIONAMENTO DE CONTROLADORES: Professor: Waldemir Loureiro Um conrolador esará sempre moniorando o valor da variável conrolada () e comparando-a com o valor desejado (SP), para que na ocorrência de um desvio enre eses dois valores (erro), aue visando a sua eliminação. Um conrolador genérico possui porano, um circuio de comparação enre a e o SP, e o seu diagrama em blocos podemos demonsrar no esquema abaixo: + - e Ações de Conrole SP Fig.14: diagrama em blocos básico de um conrolador em ação direa Exisem 2 modos de acionamenos em um conrolador. Os modos de acionameno DIRETO ou acionameno REVERSO. Diz-se que um conrolador esá funcionando no modo de acionameno DIRETO ou simplesmene na AÇÃO DIRETA quando, manido o SP consane, um aumeno na em relação ao valor desejado, provoca um aumeno no sinal de saída do conrolador. Nesa condição, omando como base o diagrama acima, eremos a expressão do erro dada por: e = - SP Diz-se que um conrolador esá funcionando no modo de acionameno REVERSO ou simplesmene na AÇÃO REVERSA quando, manido o SP consane, um aumeno na em relação ao valor desejado, provoca um decréscimo no sinal de saída do conrolador. Desa forma há, porano, uma inversão dos sinais na enrada do circuio subraor e o diagrama em blocos do conrolador, passa a ser: SP + - e Ações de Conrole Fig.15: diagrama em blocos básico de um conrolador em ação reversa A expressão do erro será dada por: e = SP - Em resumo emos: SP FIXO AÇÃO Sinal Saída Direa + Direa - Reversa - Reversa + Pág.: 13/88

14 FUNÇÕES MATEMÁTICAS UTILIZADAS EM CONTROLE: Professor: Waldemir Loureiro Função Consane: A E(s) H(s) K H(s) = S(s) S(s) E(s) K. A = K(s) 0 0 Fig.16: diagrama em blocos da função consane e gráficos do sinal de enrada e do sinal de saída do bloco Função de 1ª Ordem: H(s) A E(s) s S(s) A 63,2% 0 0 Fig.17: diagrama em blocos da função de 1ª ordem e gráficos do sinal de enrada e do sinal de saída do bloco Função de Tempo Moro: H(s) A E(s) e θ.s S(s) A θ Fig.18: diagrama em blocos da função de empo moro e gráficos do sinal de enrada e do sinal de saída do bloco 0 1 Função Inegral: H(s) ou qualquer ouro n.º. A E(s) 1 Ti. s S(s) s = ſ 0 2A A Fig.19: diagrama em blocos da função inegral e gráficos do sinal de enrada e do sinal de saída do bloco Função Derivada: Pág.: 14/88

15 H(s) ou qualquer ouro n.º. A E(s) Td. s S(s). s = d/d 0 0 Td Fig.20: diagrama em blocos da função derivada e gráficos do sinal de enrada e do sinal de saída do bloco Obs.: Td é o pono em que a rea angene à curva da derivada cruza o eixo do empo Função Derivada 2: E(s) H(s) 1 + Td. s S(s) E(s) H(s) Td. s + + S(s) Fig. 21: diagrama em blocos da função derivada 2 e seu diagrama equivalene S(s) = E(s) + E(s). Td.s S(s) = E(s). [ 1 + Td.s] H(s) = S(s) / E(s) H(s) = 1 + Td.s E(s) H(s) Td. s + + S(s) A 0 A Fig.22: diagrama em blocos da função derivada 2 e gráficos do sinal de enrada e do sinal de saída do bloco 0 Td Análise de Td: Pág.: 15/88 E E(s) H(s) K S(s) K. E 45º 0 0

16 E 45º E(s) H(s) K. s S(s) K AÇÃO DERIVADA 0 0 K. E K AÇÃO DERIVADA 0 Td Fig.23: diagrama em blocos para análise do empo de derivada Td é o empo que a ação proporcional pura levaria para aingir o valor K na saída. ou ainda, o empo que leva para a ação proporcional aingir o valor que a ação derivada ainge no empo 0 (zero). Conclui-se porano, que não exisirá ação derivada sem que exisa a ação proporcional. LEAD LAG (avanço e araso): H(s) avanço E(s) 1 + T lead. s 1 + T lag. s S(s) araso E(s) 1 + T lead. s T lag. s S(s) T lead > T lag T lag = 0 A E T lead = 0 T lag > T lead Pág.: 16/88 0 Fig.24: diagrama em blocos da função lead leag, seu diagrama equivalene e gráficos do sinal de enrada e dos sinais de saída do bloco

17 AÇÕES DE CONTROLE DE CONTROLADORES INDUSTRIAIS: Já foi viso que no conrole auomáico, efeua-se sempre a medição da variável conrolada (), compara-se ese valor medido com o valor desejado (SP) e a diferença enre eses dois valores é enão processada para finalmene modificar ou não a posição de um elemeno final de conrole. O processameno é feio aravés de cálculos maemáicos e cada ipo de cálculo é denominado ação de conrole e êm o objeivo de ornar os efeios correivos no processo em quesão, os mais adequados. Exisem 4 ipos de ações básicas de conrole que podem ser uilizadas isoladamene ou associadas enre si. São elas: Ação ON-OFF; Ação PROPORCIONAL; Ação INTEGRAL; Ação DERIVADA. AÇÃO ON-OFF: De odas as ações de conrole, a ação ON-OFF é a mais simples e ambém a mais baraa, e por isso, exremamene uilizada ano em sisemas de conrole indusrial como domésico. Como o próprio nome indica, ela só permie duas posições para o elemeno final de conrole, ou seja, energizado (ou abero) ou desenergizado (ou fechado). Assim, a variável manipulada é rapidamene mudada para o valor máximo ou o valor mínimo, dependendo se a variável conrolada esá maior ou menor que o valor desejado. O fao dese conrole levar a variável manipulada sempre a uma das suas posições exremas faz com que a variável conrolada oscile coninuamene em orno do valor desejado. Esa oscilação varia em freqüência e ampliude em função do inervalo enre as ações e ambém em função da variação da carga. SP Valor Médio Off se ON OFF Fig.25: resposa caracerísica de um conrole on-off Pág.: 17/88

18 Com iso, o valor médio da grandeza sob conrole será sempre diferene do valor desejado, provocando o aparecimeno do erro de OFF SET. Basicamene, odo conrolador do ipo ON-OFF apresena as seguines caracerísicas: A correção independe da inensidade do erro. O ganho é infinio. Provoca oscilações no processo. Deixa sempre um erro de off-se. O esquema abaixo ilusra um processo uilizando um sisema de conrole de nível do ipo on-off. S 110 VAC BÓIA Fig.26: esquema de conrole do ipo On-Off Pág.: 18/88

19 AÇÃO PROPORCIONAL: Professor: Waldemir Loureiro Foi viso que na ação ON-OFF, quando a variável conrolada se desvia do valor ajusado, o elemeno final de conrole realiza um movimeno brusco de ON (liga) para OFF (desliga), e viceversa, provocando uma oscilação no resulado de conrole. Para eviar al ipo de movimeno foi desenvolvido um ipo de ação no qual a ação correiva produzida por ese mecanismo é proporcional ao valor do desvio. Tal ação denominou-se ação proporcional. Diagrama em blocos: + - e() P Kp SP Fig.27: diagrama em blocos da ação proporcional Equação: () = +/- Kp. e() + S 0 - no domínio do empo (s) = +/- Kp. e(s) + S 0 - no domínio da freqüência Sendo S 0 chamado polarização. É o sinal de saída do conrolador quando = SP em regime manual OU é o sinal de saída do conrolador que provocou a igualdade enre a e SP no início do processo de sinonia. Curva em malha abera: e e + Kp. e S 0 - Kp. e ação direa ação reversa Fig.28: curvas de resposa da ação proporcional em malha abera É imporane salienar que os gráficos das curvas em malha abera das ações direa e reversa não corresponderão necessariamene à polaridade real do sinal de saída do conrolador. O sinal ser posiivo ou negaivo dependerá do ipo da ação e da polaridade do erro. Os gráficos apresenados darão apenas o enendimeno de que eses sinais esarão sempre em senidos oposos. Pág.: 19/88

20 Curva em malha fechada (conrolador em auomáico): SP = SP Kp 3 Kp 2 Kp 1 < Kp 2 < Kp 3 OFF SET Kp 1 Fig.29: curvas de resposa da ação proporcional em malha fechada OFF SET = ΔSP 1 + Kp. Gs ΔSP = variação do se poin Kp = ganho da ação proporcional do conrolador Gs = ganho do processo Banda ou Faixa Proporcional: A ação proporcional de um conrolador pode ser expressa pelo ganho proporcional (Kp) ou pela banda proporcional (BP). A banda proporcional é definida como a variação em percenual (%) da enrada do conrolador (erro) necessária para variar sua saída em 100%. As relações enre o ganho Kp e a banda proporcional (BP) são: BP (%) = 100 Kp Kp = 100 BP (%) Basicamene odo conrolador do ipo proporcional apresena as seguines caracerísicas: a) Correção proporcional ao desvio; b) Exisência de uma realimenação negaiva; c) Deixa erro de off-se após uma variação de carga. Verifica-se porano, que pela inrodução dos mecanismos da ação proporcional, elimina-se as oscilações no processo provocados pelo conrole liga-desliga, porém o conrole proporcional não consegue eliminar o erro de off-se, viso que quando houver um disúrbio qualquer no processo, a ação proporcional não consegue eliminar oalmene a diferença enre o valor desejado e o valor medido (variável conrolada). Uma observação imporane que deve ser feia é a de que como o valor do erro de off-se depende direamene do ganho da ação proporcional, ornando-se cada vez menor à medida que o ganho aumena, à medida que o ganho da ação proporcional aumena, aumena a possibilidade do aparecimeno de oscilações da variável de processo. Pág.: 20/88

21 AÇÃO INTEGRAL: Professor: Waldemir Loureiro Ao uilizar o conrole proporcional, conseguimos eliminar o problema das oscilações provocadas pela ação ON-OFF e ese seria o conrole aceiável na maioria das aplicações se não houvesse o inconveniene da não eliminação do erro de off-se sem a inervenção do operador. A inervenção do operador em pequenos processos é aceiável, porém em grandes planas indusriais, iso se orna impraicável. Para resolver ese problema e eliminar o erro de off-se, desenvolveu-se uma nova ação de conrole denominada ação inegral. A ação inegral vai auar no processo ao longo do empo enquano exisir diferença enre o valor desejado e o valor medido. Assim, o sinal de correção é inegrado no empo. Enquano a ação proporcional aua de forma insanânea quando aconece um disúrbio em degrau, a ação inegral vai auar de forma gradaiva aé a eliminação do erro por compleo. Diagrama em blocos: + - e() I 1 e() d Ti SP Fig.30: diagrama em blocos da ação inegral Equações: () = +/- 1 Ti e() d + S 0 - no domínio do empo 1 (s) = +/- Ti. s + S 0 - no domínio da freqüência Curva em malha abera: e e + 2e ação direa + e S 0 - e - 2e ação reversa Fig.31: curvas de resposa da ação inegral em malha abera Pág.: 21/88 Ti 2Ti

22 As principais caracerísicas do conrole inegral são: a) Correção depende não só do erro mas ambém do empo em que ele perdurar; b) Ausência do erro de off-se; c) Quano maior o erro maior será a velocidade de correção; d) No conrole inegral, o movimeno da válvula não muda de senido enquano o sinal de desvio não se inverer. A ação inegral é inroduzida principalmene para eliminar o erro de off-se deixado pela ação proporcional, auando enão, aé que o desvio vole a ser nulo. No enano, como a ação ingegral é uma função do empo, sua resposa é lena e por iso, desvios grandes em curos espaços de empo não são devidamene corrigidos. Tipicamene, a ação inegral não é usada sozinha, vindo sempre associada à ação proporcional, pois dese modo em-se o melhor das duas ações de conrole. A ação proporcional corrige os erros insananeamene e a ação inegral se encarrega de eliminar em longo prazo qualquer desvio que permaneça (erro de off-se). Tempo de Inegral: Como viso na equação maemáica da ação inegral, o empo de inegral (Ti) é faor deerminane no resulado da ação inegral. Quano maior o empo de inegral, menor será o resulado da ação inegral. E quano menor o empo de inegral, maior será o resulado da ação inegral. Em conroladores indusriais, se o PID é do ipo paralelo, o empo de inegral represena o empo necessário para que o conrolador repia na saída o valor do erro, conforme viso no gráfico da ação inegral pura. Já se o PID é do ipo série, o empo de inegral represena o empo necessário para que o conrolador repia na saída o valor do erro vezes o ganho da ação proporcional (Kp.e), como será viso à frene. A unidade de Ti (minuos/repeições ou segundos/repeições) confirma esas definições. Ganho da ação Inegral: Ti = empo/repeições A ação inegral pode ser definida ambém pelo ganho da ação inegral, normalmene represenado por Ki. A relação exisene enre o ganho da ação inegral (Ki) e o empo de inegral (Ti) é dada pela equação: Ki = 1 Ti Ti = empo / repeições Ki = repeições / empo Pág.: 22/88

23 AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL (SÉRIE): Professor: Waldemir Loureiro Diagrama em blocos: + - e(s) P Kp I 1 Ti. s + + SP Fig.32: diagrama em blocos da ação proporcional + inegral série Equações: () = +/- Kp. e() +/- 1 Ti Kp. e() d + S 0 - no domínio do empo Kp () = +/- Kp. e() +/- e() d + S 0 Ti Kp 1 (s) = +/- Kp. e(s) +/-.. e(s) + S 0 - no domínio da freqüência Ti s (s) = +/- Kp +/- e(s) Kp Ti. s H(s) = +/- Kp +/- Kp Ti. s Curva em malha abera: e e + Kp. e ação direa + Kp. e S 0 - Kp. e - Kp. e Ti ação reversa Ti = empo necessário para a saída do conrolador repeir na saída o valor de Kp. e Fig. 33: curvas de resposa da ação proporcional + inegral série em malha abera Pág.: 23/88

24 Curva em malha fechada (conrolador em auomáico): Professor: Waldemir Loureiro SP Ti 3 Ti 2 Ti 1 = SP Ti 1 > Ti 2 > Ti 3 Fig.34: curvas de resposa da ação proporcional + inegral série em malha fechada Quano menor o valor de Ti, maior será a ação inegral. AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL (PARALELO): Diagrama em blocos: P Kp + - e(s) I + + SP 1 Ti. s Fig.35: diagrama em blocos da ação proporcional +inegral paralelo Equações: () = +/- Kp. e() +/- 1 Ti e() d + S 0 - no domínio do empo (s) = +/- Kp. e(s) +/- 1 Ti. s. e(s) + S 0 - no domínio da freqüência (s) = +/- Kp +/- e(s) 1 Ti. s H(s) = +/- Kp +/- 1 Ti. s Pág.: 24/88

25 Curva em malha abera: Professor: Waldemir Loureiro e e 2e e + Kp. e S 0 - Kp. e - e - 2e Ti 2Ti Curva em malha fechada (conrolador em auomáico): ação direa ação reversa Fig.36: curvas de resposa da ação proporcional + inegral paralelo em malha abera Ti = empo necessário para a saída do conrolador repeir na saída o valor de e SP Ti 3 Ti 2 Ti 1 = SP Ti 1 > Ti 2 > Ti 3 Fig.37: curvas de resposa da ação proporcional + inegral paralelo em malha fechada Quano menor o valor de Ti, maior é a ação inegral. AÇÃO DERIVADA: Foi viso aé agora que o conrolador proporcional em sua ação, proporcional ao desvio e que o conrolador inegral em sua ação proporcional ao desvio versus o empo. Em resumo, eles só auam em presença do desvio. Mas o conrolador ideal seria aquele que impedisse o aparecimeno de desvios, o que na práica seria difícil. No enano, pode ser obida a ação de conrole que reaja em função da velocidade do desvio, ou seja, não impora a ampliude do desvio, mas sim a velocidade com que ele aparece. Ese ipo de ação é comumene chamado de ação derivada. Ela aua, fornecendo uma correção anecipada do desvio, iso é, no insane em que o desvio ende a aconecer ela fornece uma correção de forma a prevenir o sisema quano ao aumeno do desvio, diminuindo assim o empo de resposa. Pág.: 25/88

26 Diagrama em blocos: + - e() D Td. d e() d SP Fig.38: diagrama em blocos da ação derivada Equações: () = +/- Td. d e() + S 0 no domínio do empo d (s) = +/- Td. s + S 0 no domínio da freqüência Curva em malha abera: e e Fim de escala ação direa S 0 ação reversa Fim de escala Fig.39: curvas de resposa da ação derivada em malha abera As principais caracerísicas do conrole derivaivo são: a) A correção é proporcional à velocidade de desvio. b) Não aua caso o desvio for consane. c) Quano mais rápida a razão de mudança do desvio, maior será a correção. Como esa ação de conrole depende somene da axa de variação do desvio e não da ampliude dese, não deve ser uilizada sozinha, pois ende a produzir movimenos rápidos no elemeno final de conrole ornando o sisema insável. No enano, para processos com grandes consanes de empo, ela pode vir associada à ação proporcional e principalmene às ações proporcional e inegral. Pág.: 26/88

27 Esa ação não deve ser uilizada em processos com resposa rápida e não pode ser uilizada em qualquer processo que apresene ruídos no sinal de medição, al como vazão, pois nese caso a ação derivaiva no conrole irá provocar rápidas mudanças na medição devido a eses ruídos. Iso causará grandes e rápidas variações na saída do conrolador, o qual irá maner a válvula em consane movimeno, danificando-a e levando o processo à insabilidade. Tempo de Derivada: O empo de derivada é faor deerminane no resulado da ação derivada, conforme viso na equação maemáica que rege a ação de conrole. A definição para o empo de derivada é: o empo que a ação proporcional pura levaria para aingir na saída o valor que a ação derivada aingiria no empo igual a zero Em ouras palavras, é o empo em que a ação derivada aneciparia a ação proporcional pura na correção de um desvio. AÇÃO PROPORCIONAL + DERIVADA (SÉRIE): Diagrama em blocos: + - e(s) P Kp D Td. s + + SP Fig.40: diagrama em blocos da ação proporcional + derivada série Equações: () = +/- Kp. e() +/- Td. d Kp. e() + S 0 - no domínio do empo d () = +/- Kp. e() +/- Kp. Td. d e() + S 0 d (s) = +/- Kp. e(s) +/- Kp. Td. s. e(s) + S 0 - no domínio da freqüência (s) = +/- Kp +/- Kp. Td. s e(s) H(s) = +/- Kp +/- Kp. Td. s Pág.: 27/88

28 Curva em malha abera: e Professor: Waldemir Loureiro e + Kp. e ação direa S 0 - Kp. e ação reversa Fig.41: curvas de resposa da ação proporcional + inegral série em malha abera Curva em malha fechada comparações: SP PD OFF SET P = SP Te 2 Te 1 Fig.42: gráfico comparaivo enre ações de conrole Te = empo de esabilização Te1 > Te2 Pág.: 28/88

29 Curva em malha fechada comparações (coninuação): PD PI SP OFF SET = SP Fig.43: gráfico comparaivo enre ações de conrole AÇÃO PROPORCIONAL + DERIVADA (PARALELO): Diagrama em blocos: P Kp + - e(s) D + + SP Td. s Fig.44: diagrama em blocos da ação proporcional + derivada paralelo Equações: () = +/- Kp. e() +/- Td. d e() + S 0 - no domínio do empo d (s) = +/- Kp. e(s) +/- Td. s. e(s) + S 0 - no domínio da freqüência (s) = +/- Kp +/- Td. s e(s) H(s) = +/- Kp +/- Td. s Pág.: 29/88

30 Curva em malha abera: e Professor: Waldemir Loureiro e + Kp. e ação direa S 0 - Kp. e ação reversa AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVADA (SÉRIE): Diagrama em blocos: Fig.45: curvas de resposa da ação proporcional + derivada paralelo em malha abera + - e(s) P Kp I 1 Ti. s + + D Td. s + + SP Fig.46: diagrama em blocos da ação proporcional + inegral + derivada série Equação: P I D () = +/-. Kp. e() +/- Kp e() d +/- Kp. Td. d e() + S 0 Ti d Onde = Ti + Td Ti Pág.: 30/88

31 Curva em malha abera: e e ação PID ação derivada. Kp. e ação inegral ação proporcional S 0 Fig.47: curvas de resposa da ação proporcional + inegral + derivada série em malha abera Curva em malha fechada comparações: PID PI SP P = SP Fig.48: gráfico comparaivo enre ações de conrole NOTA: A curva em malha fechada é a mesma para qualquer configuração do conrolador PID (série, paralelo ou miso). Pág.: 31/88

32 AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVADA (PARALELO): Diagrama em blocos: P Kp + - e(s) I 1 Ti. s SP D Td. s Fig.49: diagrama em blocos da ação proporcional + inegral + derivada paralelo Equação: P I D () = +/- Kp. e() +/- 1 e() d +/- Td. d e() + S 0 Ti d Percebe-se a ausência do parâmero Kp, influenciando as ações inegral e derivada, como ocorre na ação proporcional + inegral + derivada em série. Curva em malha abera: e e ação derivada ação PID Kp. e S 0 ação inegral ação proporcional Pág.: 32/88 Fig.50: curvas de resposa da ação proporcional + inegral + derivada paralelo em malha abera

33 Curva em malha fechada: Professor: Waldemir Loureiro Se a curva em malha fechada da ação PID paralelo é a mesma da ação PID série, como idenificar se o conrolador é série ou paralelo? Se na práica, o prolongameno da curva em malha abera coincidir com o valor de. Kp. e(), o conrolador é série. Se coincidir com o valor de Kp. e() o conrolador é paralelo. AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVADA (MISTO ou ISA): Diagrama em blocos: I SP + - e(s) P Kp 1 Ti. s D Td. s Fig.51: diagrama em blocos da ação proporcional + inegral + derivada miso ou ISA OU I SP + - e(s) 1 Ti. s D Td. s P Kp Fig.52: diagrama em blocos da ação proporcional + inegral + derivada miso ou ISA Equação: P I D () = +/- Kp. e() +/- Kp e() d +/- Kp. Td. d e() + S 0 Ti d Pág.: 33/88

34 A equação é a mesma para os dois diagramas. Professor: Waldemir Loureiro Percebe-se que a equação acima é idênica à equação da configuração PID série. Curva em malha abera: e e ação derivada ação PID Kp. e S 0 ação inegral ação proporcional Fig.53: curvas de resposa da ação proporcional + inegral + derivada miso ou ISA em malha abera Curva em malha fechada: Como idenificar se um conrolador é PID paralelo ou miso, uma vez que as curvas em malha fechada são idênicas? Resposa: pelas curvas das resposas em malha abera. Kp. e Kp. e Kp - miso Kp - paralelo Kp S 0 Fig.54: curvas de resposa da ação proporcional + inegral + derivada miso ou ISA e paralelo em malha abera Pág.: 34/88

35 Se a inclinação da curva de resposa do PID em malha abera ficar maior com um aumeno no KP, o PID é miso, pois o aumeno na inclinação é provocado por uma inegral maior, e nese caso, o aumeno na ação inegral foi efeio do aumeno no Kp, o que só ocorre no PID miso. AÇÃO PI.D: Diagrama em blocos: D Td. s SP + - e(s) P Kp I 1 Ti. s Fig.55: diagrama em blocos da ação PI.D A ação proporcional e a ação inegral auam sobre o erro e a ação derivada aua sobre a variável de processo. AÇÃO PD.I: Diagrama em blocos: D Td. s SP + - e(s) P Kp I 1 Ti. s Fig.56: diagrama em blocos da ação PD.I A ação proporcional e a ação derivada auam sobre a variável de processo e a ação inegral aua sobre o erro. Pág.: 35/88

36 IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS: Professor: Waldemir Loureiro INTRODUÇÃO: Idenificar um processo é deerminar a função de ransferência em orno do pono de funcionameno dese processo, seguindo um modelo previamene escolhido, raduzindo seu comporameno com a maior fidelidade possível. A função de ransferência é a equação maemáica que descreve a relação enre a saída de um processo em função sua(s) enrada(s) e de seu ganho. A função de ransferência real de um processo indusrial é praicamene impossível de deerminar. É necessário, porano, uilizarmos um modelo que represene o mais próximo possível o processo real. A idenificação de um processo é realizada aravés da deerminação dos parâmeros do processo que caracerizam o modelo escolhido por meio da uilização de regisradores gráficos ou sisemas supervisórios. O conhecimeno dos parâmeros caracerísicos do processo permie: Projear conroladores baseados no conhecimeno da dinâmica do processo; Deerminar a configuração do conrolador PID; Ajusar as ações do conrolador PID em malha fechada; Definir o modelameno maemáico do processo denro dos conroladores digiais, afim de realizar o conrole por modelo inerno de referência. MODELOS: A relação enre as variáveis de um sisema pode ser observada por meio de um modelo (LJUNG, 1987) que descreve a dinâmica do processo. A aplicação deermina a complexidade do modelo e o grau de sofisicação. Os modelos simples são usados para propósios exploraórios e para ober caracerísicas primárias do sisema. Os modelos complexos são usados para verificação dealhada do desempenho do sisema de conrole e sua oimização. TIPOS DE MODELOS: Gráficos: As resposas dos sisemas lineares são descrias graficamene aravés de exciações conhecidas: degrau, impulso... As caracerísicas não-lineares ambém podem ser obidas nos modelos gráficos. Maemáicos: Uilizados em aplicações avançadas e descrevem as relações enre as variáveis do sisema em ermo de expressões maemáicas como as equações diferenciais. Pág.: 36/88

37 Compuacionais: São obidos aravés de marizes de sisemas por auxílio de programas compuacionais e normalmene os modelos não são descrios analiicamene para gerar um modelo maemáico, amanha a complexidade. IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS EM MALHA ABERTA: Caracerísicas: Smih, 1972 A idenificação é realizada em off line ; Os parâmeros do modelo são deerminados a parir da resposa em malha abera; A deerminação dos parâmeros do modelo é via consrução gráfica e os cálculos são simples sem a necessidade de ferramenas compuacionais. A idenificação do processo é realizada pela caracerização da resposa de sua saída a uma exciação em degrau em sua enrada. O degrau deve ser grande o basane para produzir os dados necessários, mas não ão grande a pono de perurbar a operação do processo ou irá-lo de seus limies normais, ou ainda sair da região de linearidade em orno do pono de operação. (Anderson, 1980). Qualquer que seja o modelo escolhido, o processo deverá esar isolado de perurbações exernas durane o ensaio. Perurbações Gerador de Degrau I P IA In Processo Ou REGISTRADOR Medição da Saída Fig.57: fluxograma simplificado para idenificação de processos Definido o modelo, o procedimeno para idenificação dos parâmeros do processo em malha abera de maneira geral é: Esabilizar a no pono de funcionameno escolhido. O sisema pode não ser linear (ver curva esáica). Esa análise é imporane em função de um fuuro pono de funcionameno; Passar o conrolador para o modo manual (malha abera); Fazer uma mudança em degrau na válvula com a ajuda do comando manual do conrolador. Ese degrau deverá ser suficiene para ober uma resposa mensurável da variável conrolada e não muio grande, eviando assim, que a ulrapasse os limies da linearidade do processo; Reirar a curva de resposa do processo pelo regisrador ou pelo sisema supervisório. Pág.: 37/88

38 IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS ESTÁVEIS: Resposa de um processo de 1ª ordem SEM empo moro: Função de Transferência: H(s) = Gs 1 + s no domínio da freqüência () = Δ. Gs. (1 e -/ ) no domínio do empo Gs = ganho esáico do processo; = consane de empo do processo. A consane de empo é um parâmero que mosra a velocidade do processo. O ganho esáico é a relação enre o resulado da variação da saída do processo em função de uma variação na enrada. H(s) = Gs 1 + s Gs = Δ (%) Δ (%) = 1 0 ou = (0,632. Δ) Fig.58: curva de resposa de um processo esável de 1ª ordem sem empo moro a uma variação em degrau na enrada Podemos considerar que após 5 vezes o valor da consane de empo o processo esará esabilizado. Se () = Δ. Gs. (1 - e -/ ) Para = 5 () = Δ. Gs. (1 - e -5 ) () = Δ. Gs. (1 0,006) Pág.: 38/88 Fig.59: curva de resposa de um processo esável de 1ª ordem sem empo moro a uma variação em degrau na enrada com indicaivo das 5 consanes de empo necessárias à esabilização do processo

39 () = 0,993. Δ. Gs Professor: Waldemir Loureiro Resposa de um processo de 1ª ordem COM empo moro: Função de Transferência: H(s) = Gs. e-θs 1 + s no domínio da freqüência () = Δ. Gs. (1 e -( θ)/ ) no domínio do empo Gs = ganho esáico do processo; = consane de empo do processo; θ = empo moro. O empo moro é o empo que a saída do processo leva para perceber a variação da enrada. H(s) = Gs = Gs. e-θs 1 + s Δ (%) Δ (%) θ Fig.60: curva de resposa de um processo esável de 1ª ordem com empo moro a uma variação em degrau na enrada = 2 1 ou = (0,632. Δ) - 1 θ = 1 0 Pág.: 39/88

40 Resposa de um processo de ordem n: Professor: Waldemir Loureiro No meio indusrial, o mais comum são processos de enésima ordem cuja resposa a um degrau é mosrado na figura abaixo: B A 1 2 Fig.61: curva de resposa de um processo esável de enésima ordem a uma variação na enrada A função de ransferência de um processo de ordem n, no domínio da freqüência é: H(s) = (1 + 1 s). Gs. e -θs (1 + 2 s)... (1 + n s) Como é impossível deerminar as diferenes consanes de empo ( 1, 2, 3... n ) devemos enão escolher um modelo maemáico que se aproxima ao máximo desa função de ransferência. Para a idenificação de processos de enésima ordem, porano, uiliza-se um modelo maemáico para processos de 1ª ordem. Méodo de BROIDA: O méodo de BROIDA procura como modelo a função de ransferência: H(s) = Gs. e-θs 1 + s Gs = ganho esáico do processo; = consane de empo do processo; θ = empo moro. O méodo de BROIDA propõe modelizar um processo de enésima ordem por uma curva de primeira ordem com empo moro. Pág.: 40/88

41 Se esudarmos o pono de inflexão (I) nos sisemas de ordem 2 (n=2) aé ordem 6 (n=6), podemos verificar que para n=2 o pono de inflexão se siua a 28% de Δ e para n=6 o pono de inflexão se siua a 40% de Δ. n 2 0,28 3 0,32 4 0,36 5 0,38 6 0,40 Fig.62: abela com os números de ordem do processo X os ponos de inflexão I BROIDA fez passar a função de ransferência de primeira ordem com empo moro enre o pono A (a 28% de Δ) e o pono B (a 40% de Δ), conforme figura a seguir: Δ H(s) = (1 + 1 s). Gs. e -θs (1 + 2 s)... (1 + n s) H(s) = Gs. e-θs 1 + s 40% de Δ B 28% de Δ A θ 1 2 Fig.63: curvas de resposa de um processo esável de ordem n e um processo esável de 1ª ordem com empo moro H(s) = Gs = Gs. e-θs 1 + s Δ (%) Δ (%) = 5,5 (2 1) θ = 2,8 1 1,8 2 Pág.: 41/88

42 IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS INSTÁVEIS (INTEGRADORES): Resposa de um processo de 1ª ordem SEM empo moro: Função de Transferência: H(s) = K s K = coeficiene de inegração do sisema. K = Δ(%) Δ(%). Δ(s) A unidade de K é 1/Tempo, iso é s -1 ou min -1. A curva de resposa de um processo inegrador de 1ª ordem sem empo moro a uma variação em degrau na enrada, pode ser visualizada na figura a seguir: Δ Δ Δ Fig.64: curva de resposa de um processo insável de 1ª ordem sem empo moro a uma variação na enrada Pág.: 42/88

43 Resposa de um processo de 1ª ordem COM empo moro: Professor: Waldemir Loureiro Função de Transferência: H(s) = K. e e-θs -θs s K = coeficiene de inegração do sisema. K = Δ(%) Δ(%). Δ(s) θ = empo moro. A unidade de K é 1/Tempo, iso é s -1 ou min -1. A curva de resposa de um processo inegrador de 1ª ordem com empo moro a uma variação em degrau na enrada, pode ser visualizada na figura a seguir: Δ Δ Δ θ Fig.65: curva de resposa de um processo insável de 1ª ordem com empo moro a uma variação na enrada Pág.: 43/88

44 Resposa de um processo de ordem n: Professor: Waldemir Loureiro Os sisemas inegradores de enésima ordem possuem a seguine função de ransferência: H(s) = K s (1 + 1 ). (1 + 2 )...(1 + n ) Como é impossível deerminar as diferenes consanes de empo ( 1, 2, 3... n ) devemos enão escolher um modelo maemáico que se aproxima ao máximo desa função de ransferência. Para a idenificação de processos de enésima ordem, porano, uiliza-se um modelo maemáico para processos de 1ª ordem. Os sisemas inegradores de enésima ordem podem ser aproximados a um sisema inegrador com empo moro. A função de ransferência para o modelo será: H(s) = K. e e-θs -θs s A idenificação do coeficiene de inegração (K) é similar a um processo de 1ª ordem: Δ(%) K = Δ(%). Δ(s) Pág.: 44/88

45 O empo moro pode ser idenificado pelo empo enre o início da variação na enrada e o empo referene ao prolongameno da curva de resposa (assínoa) no eixo do empo. Δ Δ Δ θ Fig.66: curva de resposa de um processo insável de enésima ordem a uma variação na enrada H(s) = K s (1 + 1 ). (1 + 2 )...(1 + n ) H(s) = K. e e-θs -θs s Δ θ θ Fig.67: curvas de resposa de um processo insável de ordem n e um processo insável de 1ª ordem com empo moro Pág.: 45/88

46 IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS EM MALHA FECHADA: Professor: Waldemir Loureiro Diagrama em blocos: SP(s) - + Conrolador C(s) (s) Processo H(s) (s) Fig.68: diagrama em blocos de um sisema em malha fechada Para realizar a deerminação dos parâmeros de um processo em malha fechada, é necessário escolher o modelo, e em função do modelo escolhido, deerminar os parâmeros de sua função de ransferência. IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS ESTÁVEIS: Méodo de BROIDA: O méodo de BROIDA procura como modelo a função de ransferência: H(s) = Gs. e-θs 1 + s Gs = ganho esáico do processo; = consane de empo do processo; θ = empo moro. Idenificação do Ganho Esáico do Processo (Gs): Procedimeno Genérico: Esabilizar a variável conrolada () em orno do pono de funcionameno (conrolador em manual ou auomáico); Quando o erro for igual a zero, colocar o conrolador com ação proporcional pura, iso é, empo de inegral máximo e empo de derivada igual a zero; Passar o conrolador para auomáico; Provocar um degrau no se poin denro da faixa de rabalho permiida. O degrau sempre deverá er dimensões permissíveis para não gerar danos; Calcular ou medir o erro de off-se (ε). Pág.: 46/88

47 Em processos nauralmene esáveis, a nunca aingirá o valor do SP, com o conrolador proporcional puro, deixando sempre o erro de off se (ε). O gráfico a seguir ilusra esa curva de resposa. SP e Off Se ΔSP Δ Fig.69: curva de resposa de um processo com conrole proporcional puro a uma variação de se poin Gs = Δ ε. Gc Gc = Ganho do Conrolador ε = Erro de off se ε = ΔSP 1 + Gc. Gs Gm = Gc. Gs Gm = Ganho da Malha Fechada Pág.: 47/88

48 Idenificação dos Parâmeros Dinâmicos ( e θ): Professor: Waldemir Loureiro Procedimeno Genérico: Esabilizar a variável conrolada () em orno do pono de funcionameno (conrolador em manual ou auomáico); Quando o erro for igual a zero, colocar o conrolador com ação proporcional pura (Kp = 1). Tempo de inegral máximo e empo de derivada igual a zero; Passar o conrolador para auomáico; Provocar um degrau no se poin denro da faixa de rabalho permiida. Para garanir que a não ulrapasse os limies permissíveis durane o ensaio, é recomendável que o degrau no sepoin seja dado em forma de pulso e com limies compaíveis aos limies do processo. Após a variação do sepoin o processo enderá a enrar em oscilação. Aumenar progressivamene o Kp aé ober a oscilação conínua do processo; Da oscilação conínua, serão exraídos o período de oscilação (Tosc) e o ganho críico do processo (Gcr). Com o Tosc e o Gcr calcula-se a consane de empo ( ) e o empo moro (θ). ΔSP Se a oscilação apresenar a caracerísica da figura ao lado, significa que o ganho do conrolador (Kp) esá muio grande. Deve-se, porano, reduzi-lo e refazer o ensaio. Fig.70: curva de resposa de um processo em oscilação conínua com ampliude crescene Pág.: 48/88

49 ΔSP Se a oscilação apresenar a caracerísica da figura ao lado, significa que o ganho do conrolador (Kp) esá muio pequeno. Deve-se, porano, aumená-lo e refazer o ensaio. Fig.71: curva de resposa de um processo em oscilação conínua com ampliude decrescene Tosc Ganho correo da ação proporcional (Kp). ΔSP Δ Denominado ganho críico (Gcr). Fig.72: curva de resposa de um processo em oscilação conínua com ampliude consane Pelo modelo de BROIDA, as equações para consane de empo e empo moro são: = Tosc Gcm Tosc arc g Gcm2-1 θ = 1-2 Gcm = Gcr. Gs Gcr = ganho críico Gs = ganho esáico do processo arc g em radianos Gcm = ganho críico da malha Pág.: 49/88

50 IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS INSTÁVEIS (INTEGRADORES): Função de Transferência: K = 2 Tosc. Gcr H(s) = K. e e-θs -θs s θ = Tosc 4 Em processos nauralmene insáveis ou inegradores a variável conrolada sempre aingirá o valor do se poin, com o conrolador proporcional puro. SP e Δ ΔSP Fig.73: curva de resposa de um processo insável a uma variação no se poin Idenificação dos Parâmeros (K e θ): Procedimeno Genérico: Esabilizar a variável conrolada () em orno do pono de funcionameno (conrolador em manual ou auomáico); Quando o erro for igual a zero, colocar o conrolador com ação proporcional pura (Kp = 1). Tempo de inegral máximo e empo de derivada igual a zero; Passar o conrolador para auomáico; Provocar um degrau no se poin denro da faixa de rabalho permiida. Para garanir que a não ulrapasse os limies permissíveis durane o ensaio, é recomendável que o degrau Pág.: 50/88

51 no sepoin seja dado em forma de pulso e com limies compaíveis aos limies do processo. Aumenar o de Kp aé ober a oscilação críica. O valor de Kp que deerminar a oscilação críica será o ganho críico (Gcr). Ober da curva o valor do período de oscilação (Tosc). Tosc ΔSP Fig.74: curva de resposa de um processo em oscilação conínua com ampliude consane K = 2 Tosc. Gcr θ = Tosc 4 Pág.: 51/88

52 SINTONIA DE PROCESSOS INDUSTRIAIS: Professor: Waldemir Loureiro Sinonia de processos indusriais é o esudo realizado visando deerminar a configuração e os parâmeros de um conrolador PID para uma melhor sinonia de uma malha de conrole indusrial. É necessário definir e configurar o modo de acionameno do conrolador. Se ação direa ou ação reversa. É imporane ressalar que os parâmeros enconrados para uma sinonia são adequados apenas àquele pono de funcionameno. Para ouro pono de funcionameno, será necessária nova idenificação e nova sinonia. Os méodos esudados serão: Méodo por Aproximações Sucessivas (Tenaiva e Erro); Méodo por Idenificação do Processo (BROIDA); Méodo de Ziegler e Nichols. MÉTODO DAS APROXIMAÇÕES SUCESSIVAS (TENTATIVA E ERRO): SINTONIA DE UM PROCESSO ESTÁVEL: Ajuse da Ação Proporcional: Com o conrolador em modo manual, esabilizar a variável conrolada () no pono de funcionameno (SP). Ajusar no conrolador ganho da ação proporcional menor que 1 (Kp = 0,5 por exemplo), empo da ação inegral máximo (Ti máximo = ação inegral mínima) e empo da ação derivada igual a zero (Td = 0). Quando o erro for nulo, reornar o conrolador ao modo auomáico. Provocar uma variação no SP (10 a 15%) e verificar a resposa do processo em um regisrador gráfico ou sisema supervisório. ΔSP Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o ganho da ação proporcional esá baixo. Aumenar o ganho ou diminuir a banda proporcional do conrolador e refazer o ensaio. Pág.: 52/88 Fig.75: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com baixo ganho da ação proporcional

53 ΔSP Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o ganho da ação proporcional esá alo. Diminuir o ganho ou aumenar a banda proporcional do conrolador e refazer o ensaio. Fig.76: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com alo ganho da ação proporcional ΔSP Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o ganho da ação proporcional esá correo. Passar à deerminação do empo de derivada. Fig.77: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com ganho correo da ação proporcional Pág.: 53/88

54 Ajuse da Ação Derivada: Professor: Waldemir Loureiro Com o conrolador em modo manual, esabilizar a variável conrolada () no pono de funcionameno (SP). Conservar o valor de ganho proporcional (Kp) conseguido no ensaio anerior. Ajusar o empo da ação inegral no máximo (Ti máximo = ação inegral mínima). Ajusar um empo de derivada pequeno (Td = alguns segundos apenas). Um primeiro valor do empo de derivada pode ser obido pela expressão: Td = θ/3 θ = empo moro Quando o erro for nulo, reornar o conrolador ao modo auomáico. Provocar uma variação no SP (10 a 15%) e verificar a resposa do processo em um regisrador gráfico ou sisema supervisório. Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o empo de derivada esá baixo. Aumenar o empo de derivada. ΔSP Fig.78: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com empo de derivada baixo Pág.: 54/88

55 Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o empo de derivada esá alo. Diminuir o empo de derivada. ΔSP Fig.79: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com empo de derivada alo ΔSP Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o empo de derivada esá correo. Passar à deerminação do empo de inegral. Fig.80: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com empo de derivada correo Pág.: 55/88

56 Ajuse da Ação Inegral: Professor: Waldemir Loureiro Com o conrolador em modo manual, esabilizar a variável conrolada () no pono de funcionameno (SP). Conservar os valores de ganho proporcional (Kp) e de empo de derivada conseguidos no ensaio anerior. Ajusar um empo da ação inegral pequeno (Ti pequeno = ação inegral relaivamene ala). Um primeiro valor do empo de inegral pode ser obido pela expressão: Ti = Te - θ Te = empo de esabilização em malha fechada Quando o erro for nulo, reornar o conrolador ao modo auomáico. Provocar uma variação no SP (10 a 15%) e verificar a resposa do processo em um regisrador gráfico ou sisema supervisório. Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o empo de inegral esá alo. Diminuir o empo de inegral. ΔSP Fig.81: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com empo de inegral alo Pág.: 56/88

57 Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o empo de inegral esá baixo. Aumenar o empo de inegral. ΔSP Fig.82: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com empo de inegral baixo ΔSP Se a curva de resposa se aproximar à da figura ao lado, o empo de inegral esá correo. A sinonia por aproximações sucessivas esá concluída. Fig.83: curva de reposa de um processo a uma variação no se poin com empo de inegral correo Pág.: 57/88

58 SINTONIA DE UM PROCESSO INSTÁVEL: Professor: Waldemir Loureiro O processo e o criério de performance para a sinonia de um processo esável é adequado à sinonia de um processo insável. Ajuse da Ação Proporcional: Colocar no conrolador um ganho baixo da ação proporcional (Kp = 0,2 ou BP% = 500%) e procurar por aproximações sucessivas o valor da ação proporcional que dê uma curva de resposa próxima à curva da figura a seguir: Kp alo Kp correo ΔSP Kp baixo Fig.84: curvas de reposa de um processo a uma variação no se poin com ganho da ação proporcional alo, baixo e ganho correo. Pág.: 58/88

59 Ajuse da Ação Derivada: Colocar no conrolador um empo de derivada baixo (por exemplo Td = 0,3.θ) e procurar por aproximações sucessivas o valor da ação derivada que dê uma curva de resposa próxima à curva da figura a seguir: Td alo Td baixo ΔSP Td correo Ajuse da Ação Inegral: Fig.85: curvas de reposa de um processo a uma variação no se poin com empo de derivada alo, baixo e empo de derivada correo. Colocar no conrolador um empo de inegral grande (por exemplo Ti = 10.θ) e procurar por aproximações sucessivas o valor da ação inegral que dê uma curva de resposa próxima à curva da figura a seguir: Ti muio pequeno Ti correo ΔSP Ti muio grande Pág.: 59/88 Fig.86: curvas de reposa de um processo a uma variação no se poin com empo de inegral alo, baixo e empo de inegral correo.

60 MÉTODO POR IDENTIFICAÇÃO DO PROCESSO: SINTONIA DE UM PROCESSO ESTÁVEL: Após a idenificação do processo seguindo o modelo de função de primeira ordem com empo moro (méodo de BROIDA), uilizar a abela abaixo para definir a esruura do conrolador. > 20 > 10 e < 20 > 5 e < 10 > 2 e < 5 > 1 e < 2 < 1 θ On-Off PID Mulimalhas Conrole avançado Uilizar a abela abaixo para definir os valores dos parâmeros do conrolador PID. P PI Esruura do conrolador Fig.87: abela para idenificação da esruura de conrole X caracerísica de um processo esável Tipo Ação P (puro) PI (série) PI (paralelo) PID ( série) PID (paralelo) PID (miso) Kp 0,8. Gs. θ 0,8. Gs. θ 0,8. Gs. θ 0,85. Gs. θ θ + 0,4 1,2. Gs θ + 0,4 1,2. Gs Ti Máximo Gs. θ 0,8 Gs. θ 0,85 +0,4. θ Td zero zero zero 0,4. θ 0,35. Gs θ. θ + 0,25. Fig.88: abela para idenificação dos parâmeros de um conrolador PID em processos esáveis Pág.: 60/88

61 SINTONIA DE UM PROCESSO INSTÁVEL: Professor: Waldemir Loureiro Após a idenificação do processo seguindo o modelo inegrador puro com empo moro (méodo de BROIDA), uilizar a abela abaixo para definir a esruura do conrolador. K. θ < 0,05 > 0,05 e < 0,1 > 0,1 e < 0,2 > 0,2 e < 0,5 > 0,5 e < 0,6 > 0,6 Esruura do conrolador On-Off P PI PID Mulimalhas Conrole avançado Fig.89: abela para idenificação da esruura de conrole X caracerísica de um processo insável Uilizar a abela abaixo para definir os valores dos parâmeros do conrolador PID. Ação Tipo P (puro) PI (série) PI (paralelo) PID ( série) PID (paralelo) PID (miso) 0,8 0,8 0,8 0,85 0,9 0,9 Kp K. θ K. θ K. θ K. θ K. θ K. θ Ti Máximo 5. θ K. θ 2 0,15 4,8. θ K. θ 2 0,15 5,2. θ Td zero zero zero 0,4. θ 0,35 K 0,4. θ Fig.90: abela para idenificação dos parâmeros de um conrolador PID em processos insáveis Pág.: 61/88

62 MÉTODO DE ZIEGLER E NICHOLLS EM MALHA FECHADA: Professor: Waldemir Loureiro Ese méodo é uilizado ano para processos esáveis como para processos insáveis, mas não é adapado a processos rápidos (vazão por exemplo), nem processos com grande empo moro. O méodo consise em colocar a variável conrolada () em oscilação consane. O período de oscilação (Tosc) e o ganho críico que gerou a oscilação (Gcr), permiem calcular os valores dos parâmeros PID do conrolador. Uilizar a abela abaixo para definir os valores dos parâmeros do conrolador PID. Ação Tipo P (puro) PI (série) PI (paralelo) PID ( série) PID (paralelo) PID (miso) Gcr Gcr Gcr Gcr Gcr Gcr Kp 2 2,2 2,2 3,3 1,7 1,7 Ti Máximo Tosc 1,2 2. Tosc Gcr Tosc 4 0,85. Tosc Gcr Tosc 2 Td zero zero zero Tosc 4 Gcr. Tosc 13,3 Tosc 8 Fig.91: abela para idenificação dos parâmeros de um conrolador PID segundo o méodo de Ziegler & Nicholls CONTROLE MULTIMALHAS: INTRODUÇÃO: Tendo em visa a complexidade e as caracerísicas específicas de cada processo indusrial, pode ser necessário a uilização de écnicas de conrole regulaório mais elaboradas para que se consiga o perfeio funcionameno de um sisema de conrole. Às écnicas de conrole regulaório que se uilizam de mais de uma malha de conrole para produzir a perfeia regulação dese sisema, damos a denominação conrole mulimalhas CONTROLE EM CASCATA: O conrole em cascaa é uilizado para melhorar a performance de uma malha de conrole em feedback simples, diminuindo os efeios de uma ou mais perurbações que auam: sobre a variável manipulada (); sobre uma oura variável chamada variável inermediária. Pág.: 62/88

63 No conrole em cascaa a malha de conrole que conrola direamene a variável conrolada do sisema é denominada malha mesre. O conrolador da malha mesre é normalmene chamado conrolador mesre, primário ou maser. A oura malha da cascaa denominada malha escrava esará conrolando a variável manipulada ou uma oura variável inermediária. O conrolador da malha escrava é normalmene chamado conrolador escravo, secundário ou slave. A malha mesre é normalmene uma malha de resposa lena, enquano a malha escrava é normalmene uma malha de resposa rápida. CASCATA NA VARIÁVEL MANIPULADA: Analisemos a malha de conrole em feedback simples represenada no fluxograma abaixo: Produo a ser aquecido FCV Q Qc I P IA Vapor Ts Produo aquecido SP TIC TT TE Fig.92: fluxograma de malha de conrole em realimenação simples Nesa malha emos o conrole da emperaura do produo aquecido na saída do rocador de calor pela manipulação da vazão de vapor. Esando sinonizado correamene, a resposa do sisema de conrole para uma variação no se poin (SP) será: SP e ΔSP Δ Fig.93: curva de resposa de um processo conrolado por realimenação simples a uma variação no se poin Pág.: 63/88

64 ou seja, o conrole feedback simples é perfeiamene saisfaório para o conrole de um processo quando ocorrem alerações em seu se poin. Analisemos agora, o processo ilusrado no fluxograma abaixo: Produo aquecido Ts FORNO TE SP TT TIC TCV Produo a ser aquecido I P IA Qc PE PI COMBUSTÍVEL AR Fig.94: fluxograma de malha de conrole em realimenação simples Esá represenada uma malha em feedback simples, para o conrole da emperaura do produo aquecido na saída do forno, por meio da manipulação da vazão de combusível. Os gráficos abaixo represenam a resposa dese sisema a uma variação na vazão Qc, causada por uma redução na pressão de linha (PE). PE PE Qc Ts TCV Fig.95: curvas do comporameno de Qc, Ts e TCV em função da variação em PE em uma malha de conrole por realimenação simples Pág.: 64/88

65 Imediaamene após a diminuição na pressão PE, a vazão de combusível diminui consideravelmene. Com a redução na vazão de combusível, após o empo moro caracerísico do processo, a emperaura do produo na saída do forno (Ts) começa ambém a cair. O sisema de conrole enão inicia a manipulação da válvula conroladora de emperaura (TCV) abrindo-a, para que a vazão Qc vole a subir e conseqüenemene a emperaura Ts vole a se esabilizar. Observa-se, porano, que o sisema de conrole não foi capaz de eviar a aleração na variável conrolada (emperaura do produo na saída do forno), após uma aleração na variável manipulada (vazão de combusível). Nesa siuação, é necessário a uilização do conrole em cascaa, visando eviar que alerações na variável manipulada, possam acarrear alerações indesejadas na variável conrolada. O fluxograma a seguir, ilusra a configuração desa esraégia de conrole: Produo aquecido Ts FORNO TE PE FE FT SP Qc TT TIC FIC PI SPR FCV I P COMBUSTÍVEL IA Produo a ser aquecido Fig.96: fluxograma de malha de conrole em configuração cascaa na variável manipulada Os gráficos abaixo represenam a resposa dese sisema a uma variação na vazão Qc, causada por uma redução na pressão de linha (PE). AR PE PE Qc Ts TCV Pág.: 65/88 Fig.97: curvas do comporameno de Qc, Ts e TCV em função da variação em PE em uma malha de conrole em cascaa

66 Imediaamene após a diminuição na pressão PE, a vazão de combusível diminui consideravelmene. Com a redução na vazão Qc, a malha de conrole de vazão imediaamene manipula a válvula FCV abrindo-a, visando a correção da vazão de combusível. O sisema de conrole, porano, após uma aleração na variável manipulada, não espera que a variável conrolada se alere para iniciar sua auação. Com a uilização da cascaa, a fica praicamene imune às mudanças na. CASCATA NA VARIÁVEL INTERMEDIÁRIA: O conrole em cascaa ambém é uilizado para melhorar a performance de uma malha de conrole diminuindo os efeios de uma ou mais perurbações que auam sobre uma variável inermediária. O fluxograma a seguir ilusra uma malha de conrole em cascaa na variável inermediária: Produo aquecido Ts1 FORNO TE 1 SP TT 1 TIC 1 SPR TIC 2 TE 2 TT 2 Ts2 CARGA FCV I P IA Qc PI COMBUSTÍVEL AR Fig.98: fluxograma de malha de conrole em configuração cascaa na variável inermediária Nesa malha emos o conrole da emperaura do produo aquecido na saída do forno aravés da manipulação da vazão de combusível. A posição da variável inermediária (Ts2) é al que possa assumir as perurbações e imediaamene auar na variável manipulada anes mesmo da variável conrolada senir. Nese exemplo a malha escrava corrige rapidamene as perurbações de pressão e emperaura do combusível, parâmeros caloríficos do combusível, emperaura do ar, ec. Pág.: 66/88

67 RESULTADOS COMPARATIVOS: Professor: Waldemir Loureiro O conrole em cascaa, de maneira geral, não melhora a resposa da variável conrolada a uma aleração de sepoin em comparação com a esraégia feedback simples. SP e Feedback simples ΔSP Cascaa Δ Fig.99: gráficos comparaivos enre a esraégia feedback simples e cascaa para uma mudança no se poin do processo Para alerações na variável manipulada, ou variáveis inermediárias ou variações na carga do sisema de conrole, a cascaa é a écnica de conrole regulaório que apresena resposas saisfaórias. PE ΔPE Ts Cascaa Feedback simples MUDANÇA NA Fig.100: gráficos comparaivos enre a esraégia feedback simples e cascaa para uma mudança na variável manipulada do processo OUTRO EXEMPLO DE CASCATA: Oura aplicação comum para o conrole em cascaa é no conrole de nível de água em caldeiras. A variável conrolada é o nível de água no ubulão, a variável manipulada é a vazão de água na enrada do ubulão. Pág.: 67/88

68 VAPOR SP LT LIC SPR FIC FCV I P FT ÁGUA FE PE Fig.101: fluxograma de uma malha de conrole de nível a dois elemenos Esa configuração da esraégia de conrole é ambém denominada conrole de nível a dois elemenos. CONTROLE DE RAZÃO OU RELAÇÃO: Oura écnica de conrole regulaório basane uilizada é o conrole de razão ou relação. Esa esraégia é normalmene uilizada quando da necessidade de se er a quanidade de uma variável, definida por um percenual da quanidade de oura variável, em um processo de misura. O fluxograma abaixo ilusra um sisema de conrole que se uiliza desa écnica: Pág.: 68/88

69 CONTROLE DE MISTURA DE SUCOS: Professor: Waldemir Loureiro FIC SPR S = K. E1 FY % E1 FCV FT 1 I P FT 2 FE 1 QA QB FE 2 M Fig.102: fluxograma de uma malha de conrole na configuração razão para misuras em proporções específicas Esá represenada uma malha de conrole para a obenção da quanidade de um produo A em relação a uma quanidade definida do produo B. Esraégia comum na fabricação de sucos, em que a quanidade do concenrado é esabelecida pela quanidade de água. Como exemplo, suponhamos que a relação enre a quanidade de concenrado (QA) e a quanidade de água (QB), seja 1:10, iso é, para cada 10 pares de água seja necessário uma pare de concenrado. Nesa hipóese, a equação maemáica do bloco FY será: S = 0,1. E1 Caso a vazão de água (QB) eseja em 100% da faixa, a saída do FY esará em 10%. Eses 10% serão o sepoin remoo do conrolador de vazão de concenrado (QA), que auará na malha de maneira a esabelecer a vazão QA nese paamar, garanindo a relação necessária enre as vazões QB e QA de 1:10. É imporane ressalar que as faixas das vazões QA e QB devem ser iguais. Noa-se nese sisema que apenas uma variável é conrolada. CONTROLE DE COMBUSTÃO EM FORNOS: Oura aplicação do conrole de razão é no conrole da combusão em fornos. Para uma combusão perfeia é necessário que a relação enre a quanidade de combusível e ar seja ideal. Pág.: 69/88

70 O fluxograma abaixo ilusra ese sisema de conrole: Professor: Waldemir Loureiro FT 1 I P IA Vem da malha de Temperaura COMBUSTÍVEL FE E1 % FORNO 1 FY S = K. E1 SPR FIC AR FT 2 I P IA FE 2 Fig.103: fluxograma de uma malha de conrole na configuração razão para conrole da combusão em fornos Havendo uma variação na vazão de combusível (por exemplo, em função de uma variação no sisema de conrole de emperaura) a malha de conrole de vazão de ar, imediaamene ajusa esa vazão conforme a relação esabelecida no FY. Suponhamos, por exemplo, que a relação ideal enre a vazão de ar e a vazão de combusível seja de 3:1, ou seja para cada unidade de vazão de combusível seja necessário 3 vezes mais vazão de ar. Nesa hipóese, a equação do bloco FY será: S = 3. E1 Se em deerminado momeno a vazão de combusível, anes esabilizada em 15%, sofre uma variação, aumenando para 30%, a vazão de ar, anes em 45%, ambém aumena na proporção definida pelo bloco maemáico indo para 90%. Pág.: 70/88

71 OUTROS EXEMPLOS: Professor: Waldemir Loureiro CONTROLE DE COMBUSTÃO EM CALDEIRAS AQUATUBULARES: VAPOR PT COMBUSTÍVEL FE 1 FT 1 FIC 1 I P IA PIC SP FUMAÇA %O 2 AE SPR AIT E1 % FIC SPR 2 S FY Bias ARC SP FE 2 FT 2 I P IA ÁGUA < > AR AY Fig.104: fluxograma de uma malha de conrole na configuração razão para conrole da combusão em caldeiras aquaubulares com análise dos percenuais de O 2 na saída da chaminé CONTROLE DE MISTURA COM PRODUTOS SÓLIDOS: % E1 FY S SPR FIC 2 M I P IA FT 2 ÁGUA WE SE FE M SY FIC 1 FT 1 Fig.105: fluxograma de uma malha de conrole na configuração razão para conrole de misura com produos sólidos Pág.: 71/88

72 CONTROLE FEEDFORWARD (CONTROLE ANTECIPATÓRIO): A esraégia desa écnica é anecipar o efeio de perurbações que irão aingir o processo, aravés da monioração das perurbações e da compensação anecipada aos seus efeios. Ou seja, elemenos do conrole feedforward capam a presença de perurbações e omam ações correivas que compensam quaisquer efeios que a perurbação iria provocar no processo. A implemenação de esraégias de conrole feedforward normalmene envolve o conhecimeno de modelos do processo que permiam deerminar o melhor valor da variável manipulada a parir do valor aual da(s) variável(is) moniorada(s). O fluxograma abaixo ilusra um sisema de conrole que se uiliza desa écnica: L/L % FY 2 FY 1 FCV Produo a ser aquecido E1 FY 3 E2 S I P Qc FT Q FE Produo aquecido Ts COMBUSTÍVEL TE FORNO TIC TT SP Fig.106: fluxograma de uma malha de conrole na configuração feedforward Nese esquema de conrole da emperaura do produo aquecido na saída do forno, são levadas em consideração, além da variável conrolada, possíveis perurbações de carga no sisema (variável moniorada). Caso houvesse um aumeno na vazão do produo a ser aquecido (aumeno de carga), a emperaura do produo na saída do forno normalmene enderia a diminuir. De maneira genérica, o aumeno de carga provocará um aumeno no sinal da saída do FY3, que provocará uma maior aberura da válvula conroladora de combusível. Ese acréscimo na vazão de combusível enderá a compensar os efeios da perurbação na carga. Os relés de compuação FY1 e FY2 deerminam a relação maemáica exisene no modelo, de forma a compensar as caracerísicas esáicas e dinâmicas da carga e da variável manipulada (vazão de combusível) em relação à variável conrolada (emperaura do produo na saída do forno). Pág.: 72/88

73 Esudo dos relés FY1 e FY2: Professor: Waldemir Loureiro Suponhamos que a relação enre a vazão da carga (Q) e a emperaura do produo na saída do forno (Ts) seja dada pelas curvas em malha abera abaixo: Q ΔQ = 10% Ts 0 ΔTs = 10% θ = 5s = 10s θ Fig.107: curvas da variação de Ts em função da variação em Q Suponhamos agora que a relação enre a vazão de combusível (Qc) e a emperaura do produo na saída do forno (Ts) seja dada pelas curvas em malha abera abaixo: Qc ΔQc = 10% Ts 0 ΔTs = 20% θ = 10s = 10s θ Fig.108: curvas da variação de Ts em função da variação em Qc Observamos que os ganhos esáicos de cada subprocesso são diferenes, iso é, o ganho do processo Q X Ts é igual a 1, enquano o ganho do processo Qc X Ts é igual a 2. Pág.: 73/88

74 Observamos ambém que os parâmeros dinâmicos (empo moro e consane de empo) de cada subprocesso são ambém específicos. O relé FY1, porano, irá igualar os ganhos esáicos de cada subprocesso. Caso haja por exemplo, uma variação de 10% na vazão da carga Q, a emperaura Ts iria ender a diminuir os mesmos 10% (ganho esáico enre Q e Ts = 1). Para que a emperaura Ts não sofra com a variação em Q, a vazão de combusível deverá subir. Como o ganho esáico enre a vazão de combusível Qc e a emperaura Ts é igual a 2, com um aumeno de 10% em Q, a vazão de combusível só poderá aumenar 5%, pois um aumeno de 5% em Qc provocará um aumeno de 10% em Ts, compensando a variação da vazão da carga ambém igual a 10%. Para esa hipóese, enão, o relé FY1 deveria er uma consane de proporcionalidade igual a 0,5. Já o relé FY2 (lead-leag) irá promover o acero enre as caracerísicas dinâmicas de cada subprocesso. Como observado nos gráficos aneriores, o empo moro enre a vazão de carga Q e a emperaura Ts é de apenas 5 segundos. Já o empo moro enre a vazão de combusível Qc e a emperaura Ts é de 10 segundos. Caso haja por exemplo, uma variação na carga dos mesmos 10%, em apenas 5 segundos a emperaura Ts irá perceber esa variação e irá começar a cair. Já uma variação na vazão de combusível, somene será deecada pela emperaura Ts após 10 segundos. Para que haja a compensação desa diferença, e a emperaura não sofra alerações com uma aleração da carga, é necessário a uilização do bloco maemáico lead-leag, para adianar o efeio do sinal do ransmissor de vazão de carga e compensar esa diferença de 5 segundos. Para esa hipóese, enão, o relé FY2 deveria er a seguine equação (no domínio da freqüência): H(s) = s s O Tlead e o Tleag são dados pela somaória da consane de empo e o empo moro de cada subprocesso. No exemplo, como as consanes de empo são iguais a expressão poderia ser: H(s) = s 1 + 5s Pág.: 74/88

75 CONTROLE DE NÍVEL A TRÊS ELEMENTOS: Uma oura aplicação para a esraégia feedforward é o conrole de nível em caldeiras. Esa configuração é chamada conrole de nível a 3 elemenos, e pode ser visualizada no fluxograma a seguir: VAPOR E2 LY E1 FT1 S SPR LT LIC FIC SP FCV I P IA FT2 ÁGUA Fig.109: fluxograma de uma malha de conrole de nível a 3 elemenos Nesa aplicação as alerações na vazão de vapor (maior ou menor demanda), são aplicadas a um bloco maemáico que promove a anecipação da correção na vazão de água de enrada. Observa-se nese modelo uma conjugação das esraégias do conrole feedforward e do conrole em cascaa, pois além da anecipação, caracerísica do conrole feedforward, o conrolador de nível (mesre) deermina o se poin do conrolador de vazão de água (escravo), caracerísica do conrole em cascaa. Esudo do relé LY: A equação do sinal de saída do relé LY é: S = K1.E1 +/- K2.E2 + bias K1 e K2 são as consanes de proporcionalidade enre a vazão de vapor e a vazão de água, endo em visa as possíveis diferenças nas ubulações e às diferenças inerenes às massas de água e vapor, o que leva à diferenes vazões mássicas em ubulações iguais. Para esa análise consideremos que a FCV é uma válvula do ipo NF (normalmene fechada). Nesa hipóese o FIC deve er o modo de acionameno reverso (ação reversa), pois com um aumeno na acima do se poin, a saída do conrolador deve ser reduzida para que a vole à normalidade. Pág.: 75/88

76 O modo de acionameno do LIC pode ser definido de forma aleaória. Caso o conrolador seja de ação direa a equação da saída do relé LY será: S = K1.E1 - K2.E2 + bias Caso o conrolador seja de ação reversa a equação da saída do relé LY será: S = K1.E1 + K2.E2 + bias Cálculo do bias: Vamos supor uma condição ideal de funcionameno: se poin do nível igual a 50% e as vazões de água e vapor em 30%. Consideraremos o LIC em ação direa. Em uma condição ideal, faremos a saída do LIC igual a 50%. Para uma vazão de água igual a 30%, a saída do relé LY deve esar em 30%. Para esa condição a equação do relé LY fica igual a: 30% = 30% - 50% + bias NOTA: para efeio práico consideraremos as consanes K1 e K2 iguais a 1. Nesa condição, para efeio da igualdade na equação, o valor do bias deve ser igual a 50%. A equação porano fica: S = E1 E2 + 50% Vamos supor agora que a vazão de vapor aumenou para 40%. Considerando a siuação ideal anerior, eremos: S = 40% - 50% + 50% S = 40% Com a saída do relé LY igual a 40%, eremos o se poin do conrolador de vazão de água ambém em 40%, o que levará esa vazão para ese novo paamar, promovendo a garania de esabilidade do nível. CONTROLE SPLIT-RANGE (FAIXA DIVIDIDA): O conrole spli-range é uma monagem paricular que uiliza-se no mínimo de duas válvulas conroladoras moduladas pelo mesmo conrolador. Esa monagem é normalmene aplicada quando: a rangeabilidade necessária para uma dada aplicação não pode ser obida com uma única válvula. seja necessário uilizar duas variáveis manipuladas de efeios oposos ou complemenares sobre o processo. Pág.: 76/88

77 O fluxograma abaixo ilusra um sisema de conrole que se uiliza desa écnica: SP FIC FCV FT I P IA 1 FE FCV 2 I P IA Fig.110: fluxograma de uma malha de conrole uilizando a esraégia spli range Suponhamos nesa hipóese que seja necessário o conrole de pequenas vazões em uma larga faixa de medição. A uilização de uma única válvula com CV (coeficiene de vazão) apropriado à esa deerminada faixa de medição pode não ser adequado ao conrole de vazões menores. Como exemplo, imaginemos que a vazão máxima de uma deerminada linha seja 10 liros/min. Para esa faixa de aplicação seria conveniene a uilização de uma válvula com CV igual a 10. Se a rangeabilidade desa válvula fosse por exemplo de 10:1, em vazões menores que 10% da faixa nominal, esa válvula não maneria suas caracerísicas de exaidão. Para permiir porano, o conrole de vazões menores, como por exemplo de 0,1 a 1 liro/min nesa mesma linha, seria necessário o emprego da esraégia spli-range, com a uilização de uma oura válvula de CV menor (por exemplo, CV igual a 1), em paralelo com a oura válvula de CV igual a 10. Como o sinal de modulação das válvulas vem de um único conrolador, os posicionadores de cada válvula devem ser ajusados para rabalharem cada um com uma fração do sinal de saída do conrolador. Pág.: 77/88

78 Para esa aplicação, os sinais para cada válvula esão represenados no gráfico abaixo: Curso da Válvula (%) 100 FCV2 FCV Fig.111: curvas da saída do conrolador X cursos das válvulas FCV1 e FCV2 para a malha de conrole ilusrada acima. Saída do Conrolador (ma) Oura aplicação do conrole spli-range é visualizado no esquema a seguir: SP PIC PCV 1 PT I P IA PCV 2 I P IA Exausão de gás Admissão de gás Fig.112: fluxograma de uma malha de conrole uilizando a esraégia spli range. Nese fluxograma vemos o conrole da pressão inerna de um reservaório feia por duas válvulas conroladoras. Uma válvula permie a admissão de gás no reservaório; a oura faz a exausão do gás quando a pressão inerna no reservaório esiver acima de limies permissíveis. Como no exemplo anerior, as duas válvulas são moduladas por um único conrolador. Da mesma forma, porano, os posicionadores das válvulas devem ser ajusados para rabalharem cada um com uma fração do sinal de conrole. Pág.: 78/88

79 Para esa aplicação, os sinais para cada válvula esão represenados no gráfico abaixo: Curso da Válvula (%) 100 PCV1 PCV2 CONTROLE COM LIMITES CRUZADOS (CONTROLE SELETIVO): O conrole com limies cruzados é uma esraégia de conrole uilizada quando a proporção enre duas variáveis deve ser manida e, em caso de disúrbios, seja necessário garanir o privilégio de uma delas. O fluxograma a seguir ilusra esa esraégia Fig.113: curvas da saída do conrolador X cursos das válvulas PCV1 e PCV2 para a malha de conrole ilusrada acima. Saída do Conrolador (ma) SP TIC 101 FY 101A > FY 101B < FY 102A FIC SP 102 FY 102B X SP FIC 103 FCV FCV FT 102 I P 102 IA 103 IA I P FT 103 AR GÁS FE 102 FE 103 TE 101 TT 101 Fig.114: fluxograma de malha de conrole com limies cruzados. Pág.: 79/88

80 Nesa esraégia o conrolador da vazão de ar recebe como sepoin a vazão de gás e o conrolador da vazão de gás recebe como sepoin a vazão de ar. Daí o nome conrole com limies cruzados. Dois seleores de sinal (maior e menor) são inroduzidos de forma que o sepoin para o conrolador da vazão de ar é o maior sinal enre a demanda proveniene do conrolador de emperaura e a necessidade de ar proveniene da medição de vazão de gás. O sepoin para o conrolador da vazão de gás é o menor sinal enre a demanda proveniene do conrolador de emperaura e a necessidade de gás proveniene da medição de vazão de ar. Na demanda ascendene, a vazão de ar é chamada a subir primeiro. Na demanda decrescene, a vazão de gás é soliciada a descer primeiro, garanindo o excesso de ar nas manobras ou disúrbios do sisema. Observa-se nesa esraégia que o relé FY 102B (relé muliplicador) proporciona a relação ideal enre a vazão de ar/gás. O relé muliplica o sinal proveniene da vazão de gás para ober a vazão de ar. Qar = K. Qgás Em conraparida o relé FY 102A (relé divisor), divide a vazão de ar para ober a vazão de gás. Qgás = Qar/K. Na fala de ar (válvula de conrole emperrada, por exemplo), o gás erá liberdade para aingir valores abaixo dos valores exigidos pelo ar, mas não para cima, caso o conrolador assim soliciar. Na fala de gás (fala de pressão, por exemplo), o ar erá liberdade para aingir valores acima dos valores exigidos pelo gás, mas não para baixo, caso o conrolador assim soliciar. Se o conrolador soliciar aumeno da demanda e o ar não responder, o gás erá um limie superior no valor soliciado pelo ar. Se o conrolador soliciar uma diminuição da demanda e o gás não corresponder, o ar erá um limie inferior no valor exigido pelo gás. 6.1 FIELDBUS FOUNDATION Conceios PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO FOUNDATION fieldbus é um proocolo de comunicação bidirecional usado para comunicação enre insrumenação de campo e sisemas de conrole. Ele foi desenvolvido especificamene para aplicações de conrole de processo. Pág.: 80/88

81 Fig. 6.1 Evolução dos devices Há muios ipos de buses no mercado aualmene, mas eles não foram odos criados igualmene. Para conrole discreo de manufaura, o ipo de bus mais comum é descrio como sensor bus. Ele é projeado para inerfacear disposiivos discreos como chaves. O próximo nível de bus é chamado de device bus que geralmene raa de disposiivos discreos mais complexos ais como acionameno de moores ou válvulas discreas. O próximo nível de bus é genericamene chamado de fieldbus. É projeado para lidar com disposiivos complexos e fornecer informação da variável de processo. Fieldbus é o mais apropriado para manusear conrole de processo e diagnósicos. Há diversos barramenos Fieldbus no mercado, mas o mais apropriado para conrole regulaório de processo é FOUNDATION Fieldbus. Por que FOUNDATION fieldbus é a escolha cera? É projeado para conrole de processo É um padrão mundial É um proocolo que independe de fornecedor É projeado para conrole de processo: Ao conrário de ecnologias de fieldbus originalmene projeadas para aplicações discreas de manufaura, o FOUNDATION fieldbus foi projeado especificamene para aender às necessidades da indúsria de processo - incluindo variáveis de processo, conrole de processo deerminísico em empo real e diagnósicos. É um padrão mundial: Com FOUNDATION fieldbus, não há qualquer perigo em ficar preso a "padrões" regionais ou proprieários. A ecnologia é um subconjuno dos padrões Fieldbus ISA S50 e IEC É conrolado não por apenas um único fornecedor, mas pela Fieldbus FOUNDATION, enidade independene, sem fins lucraivos, que cona com a paricipação de mais de 100 empresas incluindo usuários e os principais fornecedores de auomação de processo no mundo. Pág.: 81/88

82 É abero a fornecedores e abero à inovação: Professor: Waldemir Loureiro Com FOUNDATION fieldbus se em o benefício de uma ecnologia abera, independene do fabricane, com múliplas opções para odos os produos: de chips a disposiivos e sisemas. E pode ser expandido de forma que a nova funcionalidade pode ser adicionada sem requerer reprogramação no sisema de conrole. FOUNDATION Fieldbus oferece benefícios únicos na lucraividade nas áreas de ineroperabilidade, informações inegradas, conrole no campo e facilidade de uso Sobre a Tecnologia FOUNDATION O Foundaion Fieldbus é um sisema da comunicação oalmene digial, em série e bidirecional que coneca equipamenos fieldbus ais como sensores, auadores e conroladores. O fieldbus é uma rede local (LAN) para auomação e insrumenação de conrole de processos, com capacidade de disribuir o conrole no campo. Ao conrário dos proocolos de rede proprieários, o Fieldbus não perence à nenhuma empresa, ou é regulado por um único organismo ou nação. A ecnologia é conrolada pela Fieldbus Foundaion uma organização não lucraiva que consise em mais de 100 dos principais fornecedores e usuários de conrole e insrumenação do mundo. O Foundaion Fieldbus maném muias das caracerísicas operacionais do sisema analógico 4-20 ma, ais como uma inerface física padronizada da fiação, os disposiivos alimenados por um único par de fios e as opções de segurança inrínseca, mas oferece uma série de benefícios adicionais aos usuários Benefícios Enquano FOUNDATION fieldbus maném muias das caracerísicas desejadas de um sisema analógico 4-20 ma, ais como inerface física padronizada para a fiação de campo, disposiivos alimenados no próprio barrameno e opções de segurança inrínsica, a ecnologia oferece uma série de benefícios adicionais ao usuário. Ineroperabilidade Ineroperabilidade permie que insrumenos digiais sejam conecados no barrameno fieldbus e eles se comuniquem enre si e com a rede de sisemas de conrole. Cada disposiivo passa por rigorosos eses de conformidade e ineroperabilidade pela Foundaion anes que seja cerificado e regisrado como em conformidade com FOUNDATION fieldbus e auorizado a porar o logo da Fieldbus Foundaion. FOUNDATION fieldbus em ineroperabilidade habiliada por uma combinação de device descripions e blocos funcionais. Uma caracerísica singular do FOUNDATION fieldbus é que à medida que novas funcionalidades e novos disposiivos esão disponíveis, oda a funcionalidade de odos os disposiivos é disponibilizada para odo disposiivo novo. Não é preciso reconsruir, reconfigurar ou reprogramar. Com a ineroperabilidade, um disposiivo Fieldbus pode ser subsiuído por um disposiivo similar com maior funcionalidade de um ouro fornecedor na mesma rede do Fieldbus, manendo as caracerísicas originais. Iso permie aos usuários mesclar disposiivos de campo e sisemas de vários fornecedores. Disposiivos individuais Fieldbus podem ambém ransmiir e receber a informação de mulivariáveis, comunicando-se direamene um com o ouro sobre o barrameno Fieldbus, permiindo que novos disposiivos sejam adicionados ao barrameno sem inerromper o conrole. Dados de Processo Mais Compleos Com o Foundaion Fieldbus, as variáveis múliplas de cada disposiivo podem ser razidas ao sisema de conrole da plana para a análise, arquivo, análise de endência, esudos de Pág.: 82/88

83 oimização de processo e geração de relaórios. Ese acesso aos dados mais exaos e de ala resolução, permie um ajuse fino do processo para melhor operação, reduzindo o empo ocioso da plana. Esas caracerísicas permiem um maior desempenho e lucraividade mais elevada da plana. Visa expandida do processo Disposiivos modernos Fieldbus, com comunicação poderosa microprocessada permiem que os erros de processo possam ser reconhecidos mais rapidamene e com uma maior cereza. Como conseqüência, os operadores de plana são noificados de condições anormais ou da necessidade de manuenção preveniva, e podem omar melhores decisões sobre a produção. Os problemas que diminuem a eficiência operacional são corrigidos mais rapidamene, permiindo um aumeno no rendimeno enquano que o cuso de maéria prima e os problemas de emissões perigosas diminuem. Melhor Segurança da Plana A ecnologia Fieldbus ajuda as planas a maner as exigências de segurança, cada vez mais resrias. Fornecendo operadores com noificação e aviso anecipados de circunsâncias perigosas pendenes e auais, o Fieldbus permie a ação correiva anes de uma parada não planejada. As poencialidades de diagnósico ampliadas da plana reduzem ambém a necessidade do acesso freqüene às áreas perigosas, minimizando assim os riscos do pessoal no campo. Manuenção Proaiva Mais Fácil As poencialidades ampliadas de diagnósico dos disposiivos de campo possibiliam moniorar e regisrar condições como o desgase da válvula e enupimeno do ransmissor. O pessoal da plana pode execuar a manuenção proaiva sem esperar uma parada programada, eviando ou reduzindo assim o empo ocioso da plana. Redução de Cusos de Fiação e de Manuenção O Foundaion Fieldbus usa a fiação exisene e as conexões muli-drop fornecem economias significaivas nos cusos de insalação. Iso inclui reduções nos cusos de barreira de segurança inrínseca e de cabos, paricularmene nas áreas onde a fiação esá já no lugar. Redução de cuso adicional pode ser conseguida com a redução do empo necessário para a consrução e parida, bem como com a simplificação da programação das funções do conrole e da lógica, usando os blocos de função embuidos nos disposiivos. De acordo com esimaivas auais, há agora sisemas Foundaion Fieldbus em operação em mais de 25 países. Esima-se hoje que aproximadamene 80 por ceno de odas as novas insalações de sisemas de conrole de plana que uilizam a ecnologia fieldbus são compaíveis com o Foundaion Fieldbus. "Ineroperabilidade permie a você escolher os melhores insrumenos para as suas necessidades. Se você não esiver saisfeio com um fornecedor específico, você pode subsiuí-lo por ouro - e normalmene com mudanças muio pequenas na configuração do sisema." Informações Inegradas de Conrole e Diagnósicos FOUNDATION Fieldbus aumena a quanidade e qualidade de informações úeis dos disposiivos de campo. Além de simplesmene comunicar variáveis, os blocos funcionais oferecem informação com significaivo valor agregado como diagnósicos e indicadores de saus. Os Device Descripions (DDs) provêem uma forma de ornar odas as informações disponíveis para ouros disposiivos, sisemas de conrole e aplicaivos. Com fieldbus, os insrumenos de campo ornam-se servidores de dados e podem fornecer diagnósicos exensos que permiem a você conduzir uma manuenção prediiva e preveniva. Pág.: 83/88

84 Fig. 6.2 Visão do fluxo de informações Facilidade de Uso O uso e a implemenação consisene de Device Descripion Languages (DDLs) e blocos funcionais por odos os fornecedores ornam o FOUNDATION fieldbus muio fácil de ser uilizado. Você não precisa reprogramar seu sisema de conrole para novos disposiivos. Ouro exemplo dessa facilidade é a capacidade de aribuição auomáica de endereço para os disposiivos, economizando empo e mão-de-obra. Fig. 6.3a Reirada de componenes alimenados Pág.: 84/88

85 Fig. 6.3b Ferramenas de configuração A arquieura PlanWeb ambém oferece uma única ferramena de configuração para configuração do conrole e do disposiivo e você pode adicionar disposiivos ou mudar a configuração online. A solução PlanWeb ambém oferece uma única ferramena para documenação, simulação, reinameno e verificação online. Todos os disposiivos fieldbus da Emerson Process Managemen são independenes de polaridade (+)(-)24 Vcc de modo que você não precisa passar horas checando a polaridade em cada uma das conexões durane o comissionameno. Conrole Regulaório no Campo FOUNDATION Fieldbus oferece odos os blocos funcionais necessários para aender o conrole básico e regulaório nos disposiivos de campo. É o único proocolo que supora essa variedade de conrole no campo. Blocos funcionais - incluindo conrole PID - podem ser execuados nos disposiivos de campo e esses disposiivos podem conversar direamene enre si sem passarem pelo sisema de conrole. Isso significa que com um ransmissor e uma válvula você pode auomaizar e conrolar uma malha. Se você perder sua conexão do sisema de conrole, a malha - e a sua plana - podem coninuar rodando. O conrole no campo pode: Reduzir o cuso para auomação; Aumenar a confiabilidade (inegridade de uma malha); Permiir maior capacidade do sisema de conrole para funções de conrole avançado e inegração com sisemas corporaivos. "Para mim, o pono mais imporane no enano, foi o fao de que pudemos insalar o conrole de uma malha fechada no campo. Porque isso é possível, a varredura sincronizada ocorre enre as operações de medição e conrole." Pág.: 85/88

86 6.2 PROTOCOLO HART O proocolo de comunicações HART é mundialmene reconhecido como um padrão da indúsria para comunicação de insrumenos de campo ineligenes 4-20mA, microprocessados. O uso dessa ecnologia vem crescendo rapidamene e hoje virualmene odos os maiores fabricanes de insrumenação mundiais oferecem produos doados de comunicação HART. O HART é field-proven, fácil de usar e fornece uma comunicação digial em dois senidos, alamene capaz e simulâneo com sinalizador 4-20mA analógico usado pelos equipamenos radicionais da insrumenação. Fig. 6.5 Proocolo de comunicação HART Solução Original de Comunicação Ao conrário de ouras ecnologias digiais de comunicação, o proocolo HART fornece uma solução original de uma comunicação inversa compaível com a base insalada da insrumenação no uso hoje. Esa compaibilidade inversa assegura-se de que os invesimenos em cabografar exisenes e as esraégias auais do conrole remanesçam bem seguros no fuuro. Projeado para complemenar o radicional 4-20mA analógico, os supores ao proocolo HART duas comunicações digiais para processos de medidas e conrole dos proocolos. Pág.: 86/88

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