Fundamentos de Automação. Controle de Processos

Transcrição

1 Ministério da educação - MEC Secretaria de Educação Profissional e Técnica SETEC Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul Campus Rio Grande Fundamentos de Automação Controle de Processos CURSO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Prof. Maurício Soares Ortiz

2 Considerações sobre o Controle de processo Os processos industriais exigem controle na fabricação de seus produtos. Processos com diversos tipos de produtos: fabricação dos derivados do petróleo; produtos alimentícios; indústria de papel e celulose. Em todos estes processos é absolutamente necessário controlar e manter constantes algumas variáveis, tais como: pressão, vazão, temperatura, nível, ph, condutividade, velocidade, umidade... Os instrumentos de medição e controle permitem manter constantes as variáveis do processo, objetivando a melhoria em qualidade, o aumento em quantidade do produto e a segurança. 2

3 Terminologia de um controle de processo Processo: qualquer operação onde pelo menos uma propriedade química ou física possa variar ao longo do tempo. Variável controlada: propriedade que se deseja controlar, corresponde a saída do processo. Variável manipulada: propriedade que pode ser modificada diretamente pela ação do controlador e cuja variação irá afetar a variável controlada, corresponde a entrada do processo. Valor desejado (setpoint): valor de referência para a variável controlada. Em geral é determinado por um operador baseado nas necessidades do processo. Elemento primário (sensor): dispositivo que utiliza energia do processo para proporcionar uma medida da variável controlada. Elemento final de controle (atuador): dispositivo que recebe o sinal do controlador e altera a variável manipulada (ex: válvulas, relés, etc). Controlador: dispositivo que compara o valor da variável controlada com o valor desejado, calcula a ação corretiva necessária e emite o sinal de correção para o atuador. 3

4 Terminologia de um controle de processo Processo: qualquer operação onde pelo menos uma propriedade química ou física possa variar ao longo do tempo. 4

5 Terminologia de um controle de processo Variável controlada: propriedade que se deseja controlar, corresponde a saída do processo. 5

6 Terminologia de um controle de processo Variável manipulada: propriedade que pode ser modificada diretamente pela ação do controlador e cuja variação irá afetar a variável controlada, corresponde a entrada do processo. 6

7 Terminologia de um controle de processo Valor desejado (setpoint): valor de referência para a variável controlada. Em geral é determinado por um operador baseado nas necessidades do processo. 7

8 Terminologia de um controle de processo Elemento primário (sensor): dispositivo que utiliza energia do processo para proporcionar uma medida da variável controlada. 8

9 Terminologia de um controle de processo Elemento final de controle (atuador): dispositivo que recebe o sinal do controlador e altera a variável manipulada (ex: válvulas, relés, etc). 9

10 Terminologia de um controle de processo Controlador: dispositivo que compara o valor da variável controlada com o valor desejado, calcula a ação corretiva necessária e emite o sinal de correção para o atuador. 10

11 Diagrama tradicional de Controle de Processo Setpoint + desvio - Controlador correção Atuador variável manipulada Processo variável controlada Transmissor Sensor realimentação O diagrama acima representa o controle de um processo baseado em realimentação, alcançado pela realização de três operações básicas: medição da variável controlada; comparação da variável controlada com o valor desejado e ação corretiva. Vários sistemas de controle não possuem a etapa de realimentação, estes são denominados controle em malha aberta, neste caso o controlador não recebe a informação da variável controlada e, portanto, não pode corrigir automaticamente eventuais desvios em relação ao valor desejado. 11

12 Malha aberta Na malha aberta, a informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar qualquer entrada do sistema para compensar variações nas variáveis do processo. Na figura mostrada a seguir, a informação de temperatura do fluido de saída, não afeta no controle do fluido de entrada na entrada do vapor para o sistema. 12

13 Malha aberta Em um sistema de malha aberta, a ação de controle independe da saída. A Figura dá um exemplo simples: a alimentação de água para um reservatório é comandada por uma válvula manual. Desde que as vazões de suprimento e de processo costumam variar, esse sistema exige a periódica intervenção de um operador para manter o nível de água acima do mínimo necessário e abaixo do máximo (evitar transbordamento). 13

14 Malha fechada Na malha fechada, a informação sobre a variável controlada, com a respectiva comparação com o valor desejado, é utilizada para manipular uma ou mais variáveis do processo. 14

15 Malha fechada Em um sistema de malha fechada, a ação de controle é dependente da saída. No exemplo da figura, o controle manual anterior é substituído por um automático: o sinal de um sensor de nível é enviado a um dispositivo controlador que abre ou fecha a válvula de controle de acordo com valores pré-ajustados de níveis mínimo e máximo. Desde que a variação de nível depende da vazão do processo, essa saída comanda indiretamente a entrada de água no reservatório. 15

16 Atividade Explique o que é uma variável de processo. Diferencie malha aberta e malha fechada, cite os instrumentos presentes em cada um dos tipos de malhas. Cite exemplos de processos que utilizem cada um dos tipos de malhas. 16