TEORIA DE CONTROLE - REVISÃO NP1

Transcrição

1 1 1. Após inúmeros problemas de parada e manutenção em um sistema antigo de tratamento de efluentes, foi proposto à equipe de manutenção que modernize e automatize esse sistema. O sistema é composto por: tanques motores chaves fim de curso lâmpadas de sinalização chaves de nível válvulas solenoide medidores de nível medidores de pressão válvulas de controle proporcional Nessa automação serão utilizados os seguintes equipamentos: Controlador Lógico Programável (CLP) terminal de supervisão e controle a) A estrutura do sistema de automação é composta por blocos denominados: planta, processamento, entradas, saídas e interface homem-máquina (IHM). Com base nessas informações, elabore um diagrama de blocos do sistema a ser implantado, denominando cada bloco, e inserindo em cada um os componentes e equipamentos mencionados. 2. Observe o circuito de controle digital para o sistema apresentado na figura abaixo, cuja função é encher ou esvaziar um reservatório industrial por meio de duas eletroválvulas, sendo uma para entrada do líquido, e outra, para esvaziamento do reservatório. As informações fornecidas pelo sensor de nível máximo do tanque e pela chave C devem ser processadas pelo circuito de controle para atuar nas eletroválvulas, de forma a encher totalmente o tanque (chave C na posição encher) ou esvaziá-lo totalmente (chave C na posição esvaziar). Convenções: Sensor A: - presença de líquido = nível lógico 1 - ausência de líquido = nível lógico 0 Chave C: - encher = nível lógico 1 - esvaziar = nível lógico 0 Eletroválvulas E1 e E2: - abrir (deixar passar líquido) = nível lógico 1 - fechar (bloquear passagem de líquido) = nível lógico 0 Tendo por referência as informações acima, elabore a tabela da verdade ou de funcionamento do circuito de controle para o acionamento das eletroválvulas E1 e E2, em função dos estados possíveis de C e A;

2 2 3. Um conceito de integração, proposto pela filosofia de manufatura integrada, utiliza a tecnologia da informação para integrar todas as funções técnicas e operacionais da empresa relacionadas à produção. Em manufatura integrada, o ciclo produtivo inicia-se com o pedido do cliente, o qual fornece as especificações do produto que deseja adquirir, bem como informações adicionais. As informações referentes à especificação do produto são detalhadas na engenharia de projeto, por meio de um sistema CAD. Com o auxílio de sistema CAPP, a engenharia elabora um plano de processo e verifica a disponibilidade de recursos, assim como as informações necessárias para o efetivo planejamento e gerenciamento da fabricação propriamente dita. Os principais benefícios alcançados com a adoção dessa filosofia incluem. I melhoria na qualidade do produto e aumento do lead-time produtivo. II melhoria dos serviços prestados ao cliente e aumento dos estoques intermediários. III redução dos níveis de estoques e aumento da produtividade. IV aumento da flexibilidade e melhoria no desempenho dos escalonadores. V diminuição na redundância de informações, mas aumento na interferência do operador. Estão certos apenas os itens A I e II. B I e IV. C II e V. D III e IV. E III e V. 4. O circuito a seguir é encontrado em uma máquina com a finalidade de se obter uma tensão de referência por meio da medição da tensão sobre o resistor R1. Em determinado momento, foi necessário mudar a tensão de referência para 2 V. Considerando que os componentes são ideais para se obter uma tensão de 2 V no voltímetro do circuito anterior, mantendo-se a mesma corrente no amperímetro do circuito, é necessário substituir: a) a fonte por uma de 4 V e o resistor R1 por um de 400ohms e R2 e R3 por resistores de 200 ohms b) o resistor R1 por um resistor de 200 ohms e R2 por um de 800 ohms c) o resistor R1 por um de 400 ohms e R2 por um de 1600 ohms d) o resistor R1 por um de 1K ohms e) a fonte por uma de 4 V.

3 3 5. Considere um chuveiro elétrico no qual a temperatura da água pode ser selecionada pelo usuário entre a temperatura ambiente e 50ºC. A resistência do chuveiro dissipa energia elétrica em forma de calor para aquecer a agua, e é alimentada por um conversor CA/CC, de modo que a tensão pode ser alterada, variando assim, a potência. Para levantar a característica dinâmica do sistema, um engenheiro aplicou um degrau de 0V a 40V no instante 10 segundos, com vazão de água constante, obtendo a resposta de temperatura mostrada na figura abaixo. Pode-se observar que inicialmente, a água está em temperatura ambiente. Resposta do degrau do sistema em malha aberta não controlado Posteriormente, o engenheiro decidiu implementar um controle de temperatura em malha fechada utilizando um compensador proporcional integral Gc(s) = Kp + K/s. Com base nos dados apresentados, considerando que o sistema é linear e de primeira ordem, faça o que se pede a seguir. a) Obtenha a função de transferência da malha aberta (sem o controlador) que relaciona a tensão de entrada com a temperatura de saída. b) Qual é o efeito da ação integradora do compensador no sistema em malha fechada?

4 4 6. Considerando um sistema de aquecimento de uma fornalha a gás natural, como mostra a figura. Deseja-se controlar a temperatura no interior de fornalha por meio da abertura de uma válvula proporcional de gás, sendo a temperatura medida por um sensor de temperatura. Alterações na temperatura ambiente e na vazão do gás podem alterar significativamente a temperatura da fornalha. Em relação ao tema, faça o que se pede nos itens a seguir. a) Identifique a variável: de processo, manipulada e as variáveis de perturbação que possam existir. b) Desenhe um diagrama de blocos representando o sistema de controle em malha fechada. c) Para controlar uma temperatura média de 500ºC, especifique o melhor tipo de sensor, justificando sua resposta. 7. Atualmente, muitos sistemas têm sido desenvolvidos na parte física do processo de automação industrial, destacando-se a transmissão de informação para controle das operações. As redes fazem a comunicação entre diferentes setores com o objetivo de trocar informações. As chamadas redes de chão de fábrica a) Dificultam o processo de manutenção b) Aumentam os custos do projeto e da instalação c) Ampliam a troca de informações entre os fornecedores d) Perdem eficiência quanto ao desuso dos recursos computacionais e) Reduzem a velocidade e a agilidade no acesso às informações do processo

5 5 8. A maioria das empresas procura, atualmente, otimizar a conectividade de suas redes através da automação baseada em soluções da tecnologia da informação. Já é comum a interligação de controladores e de outros dispositivos com tendência aos barramentos de campo, que serão gradualmente integrados a outros sistemas de automação. Tendo em vista a necessidade crescente de segurança no sistema de automação, os usuários podem assumir alguns cuidados, como a) Promover mudança radical dos sistemas existentes b) Promover investimentos no controle do envio de mensagens c) Adotar senhas de segurança para evitar violações d) Reduzir o uso de operações on-line e) Evitar a comunicação entre os sistemas existentes 9. Um sistema dinâmico, utilizado para controle de uma rede automatizada, forneceu dados processados ao longo do tempo e que permitiram a construção do quadro com os dados abaixo. a) L1 C1 = c) L1 C2 = h(x) = 2x - 10 b) L2 C1 = cos60 d) L2 C2 = 10 A partir dos dados assinalados, mantendo-se a mesma disposição, construiuse uma matriz M. O valor do determinante associado à matriz M é a) 4,55 b) -1,47 c) -49,67 d) 1, Os sistemas de controle envolvem componentes de diferentes tipos. Na engenharia de controle é comum representar esses componentes por modelos matemáticos. A respeito desses modelos, observe as afirmativas a seguir. I - As relações entre entrada-saída de muitos componentes não lineares deverão ser linearizadas em torno dos pontos de operação, para limitar a faixa de variáveis. II - O modelo matemático deve representar os aspectos essenciais de um componente físico. III - As previsões do comportamento do sistema, baseadas no modelo matemático, devem ser razoavelmente precisas. Está correto o que se afirma em: a) I, apenas b) II, apenas c) I e III, apenas d) II e III, apenas e) I, II e III

6 6 11. O engenheiro responsável por sistemas de automação deve atender às especificações das tarefas a serem realizadas. Alguns desses fatores devem ser interpretados através de modelos matemáticos. Um fator que NÃO está associado a interpretações através de modelos matemáticos é o(a) a) Frequência de entrada da rede b) Amortecimento do sistema c) Velocidade de resposta d) Precisão do estado estacionário e) Confiabilidade 12. Um sistema de controle é formado por componentes físicos, conectados ou relacionados de maneira a comandar, dirigir ou regular a si mesmo ou a outros sistemas. Os sistemas de controle podem ser classificados, de forma geral, em sistemas de malha aberta e de malha fechada e sistemas digitais e analógicos. Com relação a esse assunto, julgue os itens subsequentes. a) A figura acima mostra um sistema de controle com realimentação, esse processo é notoriamente mais oneroso, porém muito mais eficiente para o controle fino dos processos industriais e é classificado como sistema de controle de malha aberta b) Aplicar um sinal de controle pré-determinado, esperando-se que ao final de um determinado tempo a variável controlada atinja um determinado valor ou apresente um determinado comportamento. Neste tipo de sistema de controle não são utilizadas informações sobre evolução do processo para a determinar o sinal de controle a ser aplicado em um determinado instante. Mais especificamente, o sinal de controle não é calculado a partir de uma medição do sinal de saída. A esse processo classificamos como sistema de controle em malha fechada c) Um sistema de controle é um dispositivo ou conjunto de dispositivos que comandam o comportamento de outros dispositivos. Na era da modernidade, o seu uso é disseminado: desde uma simples boia que controla o nível de um tanque d'água até os sistemas digitais das aeronaves mais sofisticadas. Sendo assim em um sistema de malha aberta, a ação de controle independe da saída d) Os sistemas práticos não sofrem ações de distúrbios e ruídos, isto é variações que não podem ser controladas, mas afetam a operação e, por isso, precisam muitas vezes ser minimizadas através de dispositivos de compensação, filtragem, etc. Exemplo: vibrações, interferências eletromagnéticas, etc.

7 7 13. Para que os processos possam funcionar com certo grau de confiabilidade, é necessário o uso de ferramentas de controle. Tais ferramentas podem controlar os processos por inteiro ou apenas parte deles. Os controles, normalmente, são feitos através de dois tipos de malhas de controle: a malha aberta e a malha fechada. Uma diferença básica desses dois tipos de malhas é que a malha: a) Fechada necessita de um operador para efetuar os ajustes necessários para o controle do processo. b) Fechada tem mais eficiência, apresentando equipa- mentos mais simples e custo de instalação mais barato que a aberta. c) Aberta necessita de operador bastante qualificado no processo, visto que ele tem a função de interação com o sistema d) Aberta é mais simples e, por isso, apresenta custo de instalação menor, necessitando mais interação do operador. e) Aberta é mais simples e, por isso, apresenta custo de instalação menor, necessitando maior especialização para a manutenção por parte do operador ) De acordo com as afirmativas abaixo marque verdadeiro ou falso e justifique sua resposta. a) Um sistema em que uma variável reguladora ajusta várias variáveis de saída, todas de interesse, é dito sistema multivariável. b) O conceito de realimentação negativa é muito importante na teoria de controle. Quando se aplica realimentação negativa a um sistema amplificador ou eletromecânico, o ganho desse sistema se torna um pouco menos estável, mas aumenta substancialmente, tornando o sistema muito mais versátil. c) A ação de controle liga-desliga (ON-OFF) apresenta o inconveniente de faze r que a saída oscile em torno do valor de referência apresentado na entrada do sistema. 15. Segundo a norma IEC 50(351), um sistema de controle pode ser dividido nas seguintes partes: a) Equipamentos de controle e sistema controlado b) Malha aberta e malha fechada c) Controle contínuo e controle discreto d) Controle manual e controle automático e) Hardware e software.

8 8 16. O projeto de engenharia de sistemas de controle é a principal tarefa do engenheiro, neste contexto ele deve ser criativo e atender as necessidades de desempenho desejadas. Para essa construção o efeito desejado deve ser estável, esta é a exigência fundamental. Por fim, espera-se do projeto de sistema de controle, reduzir ou eliminar o sinal de erro de regime estacionário. Sendo essas as exigências primordiais de um projeto de controle bem sucedido conceitue os itens abaixo e cite exemplos. a) Planta b) Processos c) Variável Controlada d) Sistema e) Distúrbio 17. É objetivo de um controle, em processos industriais, manter os valores de suas variáveis dentro de uma faixa aceitável para sua operação. Nesse contexto, a figura abaixo representa um tipo de controle: a) Manual típico b) Por antecipação (Feedforward) c) Por bandas d) Por realimentação (Feedback)