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


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.


-- 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?


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.



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 sistema de controle tem três elementos básicos

Valor desejado

Entradas Saídas

SensorElemento

Final de controle

CONTROLADOR

PROCESSO


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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?



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



Cuidado: Equívoco comum na terminologia!


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Feedback negativo: "Você éum idiota!"

Vernacular Comum

Feedback positivo: Essa foi uma boa ideia. Obrigado!




Vernacular Comum

Feedback positivo: Ação para aumentar o erro de desejar.

Engenharia e Ciência

Feedback negativo: Ação para reduzir o erro de desejar.






Vernacular Comum

Feedback positivo: Ação para aumentar o erro.

Engenharia e Ciência

Feedback negativo: Ação para reduzir o erro.

BOM





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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


Uma palavra: PERTURBAÇÕES!

Exemplos na torre de destilação da figura.

Porque é que é necessário controlar?


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


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.


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


Controle Manual


“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...


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


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



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


centenas de metros

Onde o controle é feito?


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


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


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).


Obrigado Obrigado pelapela atençãoatenção!!!!!!

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