Como estudar esta apostila. 3) caso não consiga resolver o exercício, olhar a resolução, entendendo cada passo.

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1 CONTROLE DE PROCESSOS APOSTILA TEÓRICA COM EXERCÍCIOS RESOLVIDOS (CONCURSOS SISTEMA PETROBRAS - CESGRANRIO) Autor: Sandro Arduino sandroarduino78@gmail.com Como estudar esta apostila 1) Ler a teoria na sequência e velocidade que achar conveniente. 2) fazer os exercícios e exemplos da apostila sem olhar a resolução. 3) caso não consiga resolver o exercício, olhar a resolução, entendendo cada passo. 4) caso tenha dificuldade com a resolução ou queira fixar a teoria, revisar o respectivo tópico da apostila referente aquele assunto do exercício. 5) resolver o mesmo exercício agora sem consulta, procurando lembrar todos os passos. 6) resolver todos os exercícios simulando uma prova, avaliando os erros cometidos.

2 NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSOS Público-alvo: Profissionais de automação, prestadores de serviço, estudantes e curiosos. Carga Horária estimada: 12 horas. Pré-requisitos: Não há (qualquer pessoa pode fazer este curso). Objetivos: com este material, você poderá: Conhecer os tipos de sinais de controle de processos industriais; Definir e entender conceitos importantes de controle d eprocessos; Diferenciar sistemas de malha fechada e malha aberta; Listar os principais modelos de controle; Praticar exercícios, para se preparar para concursos ou dar aulas sobre o tema. Cursos relacionados: Sistemas Supervisórios (SCADA) CLP Linguagem Ladder Redes - Introdução Redes Industriais Controle PID Sensores para Automação Introdução à Robótica Integração de Projetos de Automação Automação Residencial Elementos de Máquinas Autocad Pneumática Projetos com Microprocessador Arduino 2

3 ÍNDICE 1. SISTEMAS DE CONTROLE INDUSTRIAL 1.1 Introdução 1.2 Sinais de Controle 1.3 Sistemas de Controle Definições Exemplo de Análise de Controle de Processo EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO Sistemas de Controle em Malha Aberta e Malha Fechada 1.4 Modelos de controle EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO EXERCÍCIOS DE CONCURSOS - SISTEMAS DE CONTROLE BIBLIOGRAFIA 3

4 1. SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL 1.1 Introdução Neste módulo vamos ver as principais formas de controle de processos e os elementos que compõe um sistema automático de controle. A automação de processos utiliza, e geral, os seguintes elementos: elementos de controle, de alarme, de monitoração, de supervisão e de intertravamento. Abaixo se enumera a descrição de cada função: Supervisão: monitorar, alarmar e controlar. Ex: SCADA. o o o Alarme: medir e chamar atenção. Ex: painéis sinópticos, lâmpadas. Monitoração: medir e acompanhar. Ex: IHM, gráficos. Controle: medir e atuar. Ex: Controladores PID. Intertravamento: medir e proteger através de atuações interligadas. Ex: CLPs. Instrumentação: mede e atua. Ex: sensores, válvulas. Figura 1: Elementos dos sistemas automatizados atuais. Fonte: Apostila Instrumentação Básica. Prof: Danilo. Universidade Petrobrás. 4

5 Décadas atrás, a Automação era encarada somente como Controle Automático, ou seja, os instrumentos possuíam funções de medição, transmissão, comparação e atuação no processo, para se conseguir um produto desejado com pouca ou nenhuma ajuda humana. Com o aumento da complexidade dos processos, tamanho das plantas, exigências de produtividade, segurança e proteção do meio ambiente, apareceu a necessidade de monitorar o controle automático, surgindo, assim, o termo automação que engloba também funções de monitoração, alarme, supervisão e intertravamento. A interface entre a supervisão e o processo é realizada pela instrumentação. Consiste basicamente em elementos de atuação, elementos de medição e elementos sensitivos que se utilizam da física para auxiliar o controle do processo. Este assunto será abordado mais adiante. 1.2 Sinais de Controle Existem dois tipos de natureza de controle: Auto-operados. Ex: controle de nível por bóia. Operados por alguma energia externa. Ex: pneumático, hidráulico, eletro-eletrônico. Basicamente, os controladores, utilizam, na sua maioria, para recepção de informações de entrada e para controle dos dispositivos de saída, os seguintes tipos de sinais de controle: Sinal pneumático; Sinal hidráulico; Sinal eletrônico analógico; Sinal eletrônico digital; Onda de rádio. Sinal pneumático: utiliza gás comprimido (geralmente ar atmosférico), cuja pressão é alterada conforme o valor que se deseja representar. Nesse caso, a variação da pressão do gás é linearmente manipulada numa faixa específica, padronizada internacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu limite inferior até seu limite superior. O padrão mais utilizado de transmissão ou recepção de instrumentos pneumáticos varia de 0,2 a 1,0 kgf/cm 2 (aproximadamente 3 a 15 psi no Sistema Inglês). Os sinais de transmissão analógica normalmente começam em um valor acima do zero para termos uma segurança em caso de rompimento do meio de comunicação. 5

6 Vantagens: A grande e única vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumáticos está no fato de se poder operá-los com segurança em áreas onde existe risco de explosão (centrais de gás, por exemplo). Desvantagens: Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seu suprimento e funcionamento. Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro, desumidificador, etc, para fornecer aos instrumentos ar seco, e sem partículas sólidas. Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não pode ser enviado a distâncias muito longas, sem uso de reforçadores. Normalmente, a transmissão é limitada a, aproximadamente, 100 m. Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos instrumentos são difíceis de serem detectados. Não permite conexão direta aos computadores. Sinal hidráulico: similar ao tipo pneumático e com desvantagens equivalentes, o tipo hidráulico utiliza-se da variação de pressão exercida em óleos hidráulicos para transmissão de sinal. É especialmente utilizado em aplicações onde torque elevado é necessário ou quando o processo envolve pressões elevadas. Sinal elétrico: esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão. Em função da tecnologia disponível no mercado (instrumentos eletrônicos microprocessados), hoje, esse é o tipo de transmissão mais largamente utilizado. Assim como na transmissão pneumática, o sinal é linearmente modulado em uma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mínimo e máximo de uma variável de um processo. O padrão para transmissão em longas distâncias mais utilizado é o de corrente contínua variando de 4 a 20 ma. Vantagens: Permite transmissão para longas distâncias sem perdas (no caso do padrão 4 a 20mA). A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que conduzem o sinal de transmissão. Não necessita de equipamentos auxiliares. Permite fácil conexão aos computadores. 6

7 Tecman instrum transp A figura acima mostra a resposta ao degrau unitário do sistema em malha fechada, mostrado na figura a seguir. O percentual de ultrapassagem e o erro de estado estacionário valem, respectivamente, (A) 50% e 0,2 (B) 50% e 0,2 (C) 25% e 0,2 (D) 25% e 0,2 (E) 25% e 1,2 O percentual de ultrapassagem refere-se a razão de valores entre a crista do overshoot e o valor do estado estacionário, ou seja PU = 1,5/1,2 1 = 1,25 1 = 25%. O erro de estado estacionário é a diferença entre o valor de estado estacionário e a unidade, ou seja, ess = 1,2 1 = 0,2. Obs: nessa questão, muitos marcariam a alternativa A por deduzir que o percentual de ultrapassagem seria de 50%. Alternativa D. TEC AUT

8 30 Segundo a norma DIN 19226: Regulagem é o fenômeno mediante o qual o parâmetro de saída é constantemente comparado com outro de referência, resultando numa ação corretiva através do parâmetro de entrada. Em um processo de controle automático contínuo, tal ação de regulagem corresponde a um controle: (A) Proporcional em malha aberta. (B) Derivativo em malha aberta. (C) Integral em malha paralela. (D) Proporcional, Integral ou Derivativo em malha fechada. (E) Proporcional, Integral ou Derivativo em malha aberta. Trata-se do controle em malha fechada. O mais completo que existe é o PID. Alternativa D. 8

9 BIBLIOGRAFIA 1) Teoria de controle PID Revista Mecatrônica Atual no. 3. Abril pg ) Sintonia de controladores PID. Perez. Curso de formação. Universidade Petrobras ) Fundamento de controle de processos. SENAI-ES

10 Apostila Controle PID Direitos autorais v Autor Sandro Arduino Engenheiro Eletricista Currículo Contato Whatsapp (19) LOJA VIRTUAL Áreas do conhecimento Gestão empresarial; Automação; Eletrônica; Elétrica Instrumentação; Telecomunicações; Informática; Segurança do trabalho. Principais Produtos Apostilas teóricas (pdf): resumo teórico dos tópicos mais importantes para entendimento e domínio da matéria. Pode incluir videoaula explicativa (ver catálogo). Apostila de Exercícios Resolvidos em pdf: permite praticar os assuntos para se preparar para alguma prova importante. Ex: concursos, faculdade, emprego... Pacote de arquivos p/ download (pdf, doc, ppt, xls): biblioteca completa para consulta bibliográfica profissional e aprimoramento do conhecimento. CATÁLOGO DE PRODUTOS Procedimento de Compras e Formas de Pagamento Comunidade Facebook Parceria Seja nosso parceiro e venda materiais através de nossa loja virtual. Entre em contato. 10