1 introducao a controle-lamartine(ppt3)
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Introdução ao Introdução ao Controle AutomáticoControle Automático
Autor: José Lamartine de A. L. NetoProfessor das disciplinas “Controle de Variáveis Industriais” e
“Controle Avançado de Processos Industriais” do curso técnico de Automação Industrial do CEFET-BA
JosJoséé Lamartine de A. Lima Neto / CEFETLamartine de A. Lima Neto / CEFET--BA 2008.2BA 2008.2
Quando eu completar este capítulo, gostaria de poder fazer o seguinte.
- Explicar o conceito de feedback aplicado para controlar
-Explicar e identificar os três elementos em um loop de feedback
- Ser capaz de aplicar feedback manualmente a alguns processos químicos.
Introdução ao controle de processos
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Esquema do ensino:
- Por que razão um curso de Controle de Processo? - Perguntas básicas sobre o controle
- O que é um sistema de feedback?- Por que é necessário controlar? - Por que é possível controlar?- Como é documentado o projeto de controle?
- Workshop - Guias de auto-estudo
Introdução ao controle de processos
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Por que razão um curso de controle de processo?
-Quando eu executo uma experiência, como faço para manter a temperatura ou o nível em valores desejados?
-Como faço para fabricar produtos com qualidade elevada quando as matérias-primas mudam as propriedades?
-Quanto tempo eu tenho de responder a situação de perigo?
Cada profissional da área necessita de conhecimentos básicos sobre controle. Existem muitas oportunidades
emocionantes para carreira de um Técnico especialista.
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-- Começamos com a análise do estado de equilíbrio, porque émais fácil e importante. -- Estamos construindo conhecimentos especializados em cima de fundamentos (fluidos, transferência de calor, termodinâmica, etc) e em unidades de processo (destilação, CSTR, etc.) Agora, temos exemplos que precisamos controlar! -- Temos que controlar o nosso conhecimento básico antes de integrar em projetos mais avançados.
É um momento perfeito para aprender a "unidade" do processo. Com esta visão, somos capazes de entender plantas que podem ser controladas de forma segura e
produzir produtos de alta qualidade.
Por que razão um curso de controle de processo?
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O que é um sistema de controle feedback?
-Descreva seu método para a condução de um automóvel.
-Você poderia conduzir um carro sem olhar pelo pára-brisas?
- O que deve ser fornecido pelo projetista do carro?
- Pode um "bom design" eliminar a necessidade de orientar?
Vejamos alguns exemplos primeiro. Em seguida, iremos desenvolver um conceito geral.
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-Descreva como funciona aquecimento doméstico.
-Descrever o comportamento dinâmico de T (termostato).
-O que deve ser fornecido pelo designer casa?
-Pode um "bom design" eliminar a necessidade de alterar o aquecimento?
Vejamos alguns exemplos primeiro. Em seguida, iremos desenvolver um conceito geral.
O que é um sistema de controle feedback?
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Variável Controlada:temperatura
ambiente
Variável Manipulada: Vazão de óleo combustível
Porque é que a temperatura oscila?
Será esta forma de controlar boa o suficiente para todas as variáveis em um processo industrial? Dica: se disser "sim", o curso acabou!
O que é um sistema de controle feedback?
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O sistema de controle tem três elementos básicos
Valor desejado
Entradas Saídas
SensorElemento
Final de controle
CONTROLADOR
PROCESSO
O que é um sistema de controle feedback?
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Como vamos selecionar a localização dos sensores?
Qual é o elemento final de controle típico para controle de processos ?
Qual o significado das setas?
O que é um sistema de controle feedback?
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CONTROLE (verbo): Para manter as condições desejadas em um sistema físico, adaptando as variáveis selecionadas no sistema.
CONTROLE FEEDBACK: faz uso de uma saída de um sistema para influenciar a entrada do mesmo sistema.
Input = causa output = efeito
O que é um sistema de controle feedback?
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Cuidado: Equívoco comum na terminologia!
O que é um sistema de controle feedback?
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Feedback negativo: "Você éum idiota!"
Vernacular Comum
Feedback positivo: Essa foi uma boa ideia. Obrigado!
Cuidado: Equívoco comum na terminologia!
O que é um sistema de controle feedback?
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Vernacular Comum
Feedback positivo: Ação para aumentar o erro de desejar.
Engenharia e Ciência
Feedback negativo: Ação para reduzir o erro de desejar.
Cuidado: Equívoco comum na terminologia!
Feedback negativo: "Você éum idiota!"
Feedback positivo: Essa foi uma boa ideia. Obrigado!
O que é um sistema de controle feedback?
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Vernacular Comum
Feedback positivo: Ação para aumentar o erro.
Engenharia e Ciência
Feedback negativo: Ação para reduzir o erro.
BOM
Cuidado: Equívoco comum na terminologia!
Feedback negativo: "Você éum idiota!"
Feedback positivo: Essa foi uma boa ideia. Obrigado!
O que é um sistema de controle feedback?
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Porque é que é necessário controlar?
Uma palavra: PERTURBAÇÕES!Exemplos no CSTR da figura.
Queremos alcançar o seguinte:
1. Segurança 2. Proteção Ambiental. 3. Proteger os equipamentos. 4. O bom funcionamento. 5. Qualidade dos produtos 6. Lucro 7. Acompanhamento e diagnóstico
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Uma palavra: PERTURBAÇÕES!
Exemplos na torre de destilação da figura.
Porque é que é necessário controlar?
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Então precisamos...
...entender o esquema de fluxos de informações. O que entra e o que sai em um processo. Estas informações são vitais e são chamadas de VARIÁVEIS. São elas a Principal, a Secundária e a Manipulada.
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Tipos de distúrbios ou Perturbações
ALIMENTAÇÃO
DEMANDA
SET POINT
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Breve Histórico do controle:
• James Watt: construção do regulador centrífugo para controle de velocidade de umamáquina a vapor no século XVIII
• Minorsky, 1922: sistema de pilotagem de navios. Estabilidade - Equações Diferenciais
• Nyquist, 1932: procedimento para determinar estabilidade de sistemas em malha fechada
• Hazen, 1934: Introdução da termo “servomecanismo” para sistemas de controle de posição. Projeto de servomecanismos e relés capazes de seguir uma entrada variável.
• Década de 1940: Métodos de resposta em frequência tornaram possível aos engenheirosprojetar sistemas de controle lineares com realimentação.
• Ziegler-Nichols em 1942: métodos básicos, visam obter uma mesma resposta pré-especificada para o sistema de controle em malha fechada
• Coração da Teoria de Controle Classico, 1940-1950: Desenvolvimento do método do lugardas raízes em projeto de sistema de controle (SISO)
• Evolução para sistemas MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output), a partir de 1960
• Estado da arte: controle ótimo, utilização de computadores, desenvolvimento dacomputação evolucionária permitindo sistemas com apredizado e treinamento.
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INSTRUMENTAÇÃOCiência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação,
registro e controle de processos de fabricação, visando a otimização na eficiência desses processos.
O uso de instrumentos em processos industriais, visa a obtenção deum produto de melhor qualidade com menor custo, menor tempo
e com considerável redução de mão de obra.
- Incrementar e controlar a qualidade do produto;- Aumentar a produção e o rendimento;- Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e quantidade
Produzida, além de ter em mãos, dados relativos à economia dosprocessos.
A utilização de instrumentos nos permite:
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FLUIDO AQUECIDO
VAPOR
PROCESSO INDUSTRIAL TÍPICO
FLUIDO A SERAQUECIDO
CONDENSADO
Variável Controlada: TemperaturaMeio Controlado: FluidoVariável Manipulada: VazãoAgente de Controle: Vapor
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Controle Manual
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“O “O controle manualcontrole manual não permite a eliminação do não permite a eliminação do erro, resultando em uma variação de amplitude erro, resultando em uma variação de amplitude excessiva, do valor da variável que se deseja excessiva, do valor da variável que se deseja controlar”.controlar”.
TEMPO
0
+
-
VALOROBTIDO
VALORDESEJADO(SET-POINT)
ERRO
Controle Manual – resultado obtido
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ONDE ESTÁ O CONTROLE ?
ONDE ESTÁ O CONTROLADOR?
ONDE ESTÁ A MEDIÇÃO?
PROCESSO
COMPARAÇÃO
CORREÇÃO
CONTROLE
ENTRADA DE ÁGUA FRIA
SAIDA DE ÁGUA QUENTE
ENTRADA
DE VAPOR
VÁLVULA DE CONTROLE
MEDIÇÃO
Ações presentes no ato de controlar...
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Porque é que é possível controlar?
O Controle só é possível se for fornecido a infraestrutura necessária durante o projeto.
Parte 1: Instrumentos de comando ou controle
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O Controle só é possível se for fornecido a infraestrutura necessária durante o projeto.
Parte 2: Equipamentos de processo
Porque é que é possível controlar?
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Onde o controle é feito?
Cabos potencialmente longo com
centenas de metros
Sensores, Indicadores locais, e válvulas no processo
Display de variáveis, cálculos, e os comandos de válvulas estão
centralizadas na Sala de ControleMostra um estilo mais
velho -painel de controle
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Cabos potencialmente longo com
centenas de metros
Sensores, Indicadores locais, e válvulas no processo
Display de variáveis, cálculos, e os comandos de válvulas estão
centralizadas na Sala de ControleMostra um painelmoderno com controlebaseado computador
Cabos potencialmente longo com
centenas de metros
Onde o controle é feito?
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MALHA DE CONTROLE
ENTRADA DELÍQUIDO
SAIDA DELÍQUIDO
MISTURADOR
CONTROLADOR
ENTRADA DEVAPOR
CONDENSADO
VÁLVULA DECONTROLE
SENSOR DETEMPERATURA
TRANSMISSOR DETEMPERATURAS.P.
Controle Automático – sistema fechado
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Com a ação do Controle Automático...
“O “O controle automáticocontrole automático permite através de sua ação a permite através de sua ação a redução do erro, com um tempo de atuação e precisão redução do erro, com um tempo de atuação e precisão impossíveis de se obter no impossíveis de se obter no controle manual”.controle manual”.
TEMPO
DESVIO
0
+
-
VALOROBTIDO
VALORDESEJADO(SET-POINT)
ERRO
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O Controle Automático
VÁLVULA DE CONTROLE
MEDIÇÃO
ENTRADA DE ÁGUA FRIA
SAIDA DE ÁGUA QUENTE
ENTRADA
DE VAPOR
PROCESSO
COMPARAÇÃO
CORREÇÃO
CONTROLADOR AUTOMÁTICO DE CAMPOSET POINT
SENSOR
MALHA DE CONTROLE FECHADA
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Terminologia Básica
• Planta (Plant): Parte de um equipamento ou conjunto de partes de umamáquina que funcionam integrados como um sistema. No contexto destecurso estaremos usando o termo planta como qualquer objeto físico a ser controlado.
• Processo: Neste curso estaremos utilizando este termo para identificarqualquer operação a ser controlada
• Sistema de controle automático: sistema no qual a entrada de referência, ou a saída desejada, ou é constante ou varia lentamente no tempo. O principal objetivo é manter a saída real em um valor desejado, na presençade perturbações.
• Servomecanismo: sistema de controle com realimentação no qual a saídapode ser uma posição, velocidade ou aceleração.
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Terminologia Básica
• Variável de Processo: é qualquer variável física que possui o valor alterável com o tempo e com o espaço.
• Variável controlada – é aquela que se quer manter constante mesmo que haja influência de outras variáveis que tenderiam a modificar o seu valor.
• Perturbação (distúrbio): Sinal que tende a afetar adversamente o comportamento da saída do sistema. Uma perturbação pode ser externa, funcionando como uma entrada, ou interna ao sistema.
• Variável Secundária: fonte principal de perturbações para o processo, refletindo na Variável Principal.
• Variáveis de carga: todas as demais variáveis menos a principal e a manipulada.
• Variável manipulada – aquela usada pelo sistema de controle para compensar os efeitos das perturbações (ou distúrbios).
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