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  • 1. Introdução ao Controle 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 Introdução ao controle de processos 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. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- 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 José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 2. 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. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- Por que razão um curso de controle de processo?-- Começamos com a análise do estado de equilíbrio, porque émais fácil e importante.-- Estamos construindo conhecimentos especializados emcima de fundamentos (fluidos, transferência de calor,termodinâmica, etc) e em unidades de processo (destilação,CSTR, etc.) Agora, temos exemplos que precisamoscontrolar!-- Temos que controlar o nosso conhecimento básico antes deintegrar 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. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- O que é um sistema de controle feedback? Vejamos alguns exemplos primeiro. Em seguida, iremos desenvolver um conceito geral.-Descreva seu método para acondução de um automóvel.-Você poderia conduzir um carrosem olhar pelo pára-brisas?- O que deve ser fornecido peloprojetista do carro?- Pode um "bom design" eliminara necessidade de orientar? José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 3. O que é um sistema de controle feedback?Vejamos alguns exemplos primeiro. Em seguida, iremosdesenvolver um conceito geral.-Descreva como funcionaaquecimento doméstico.-Descrever o comportamentodinâmico de T (termostato).-O que deve ser fornecido pelodesigner casa?-Pode um "bom design" eliminar anecessidade de alterar oaquecimento? José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA José CEFET- 2008.2 O que é um sistema de controle feedback? Porque é que a temperatura oscila? Variável Controlada: temperatura ambiente Variável Manipulada: Vazão de óleo combustível Será esta forma de controlar boa o suficiente para todas as variáveis em um processo industrial? Dica: se disser "sim", o curso acabou! José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- O que é um sistema de controle feedback?O sistema de controle tem três elementos básicos Valor desejado CONTROLADOR ElementoFinal de controle Sensor PROCESSO Entradas Saídas José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 4. O que é um sistema de controle feedback? Qual é o elemento final de controle típico para controle de processos ? Qual o significado das setas? Como vamos selecionar a localização dos sensores? José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- O que é um sistema de controle feedback?CONTROLE (verbo): Para manter as condições desejadas em umsistema físico, adaptando as variáveis selecionadas no sistema.CONTROLE FEEDBACK: faz uso de uma saída de um sistemapara influenciar a entrada do mesmo sistema. Input = causa output = efeito José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- O que é um sistema de controle feedback?Cuidado: Equívoco comum na terminologia! José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 5. O que é um sistema de controle feedback? Cuidado: Equívoco comum na terminologia!Vernacular ComumFeedback negativo: "Você éum idiota!"Feedback positivo: Essa foiuma boa ideia. Obrigado! José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- O que é um sistema de controle feedback? Cuidado: Equívoco comum na terminologia!Vernacular Comum Engenharia e CiênciaFeedback negativo: "Você é Feedback negativo: Açãoum idiota!" para reduzir o erro de desejar.Feedback positivo: Essa foi Feedback positivo: Ação parauma boa ideia. Obrigado! aumentar o erro de desejar. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- O que é um sistema de controle feedback? Cuidado: Equívoco comum na terminologia!Vernacular Comum Engenharia e CiênciaFeedback negativo: "Você é Feedback negativo: Açãoum idiota!" para reduzir o erro. BOM Feedback positivo: Ação paraFeedback positivo: Essa foiuma boa ideia. Obrigado! aumentar o erro. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 6. 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 José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-Porque é que é necessário controlar? Uma palavra: PERTURBAÇÕES! Exemplos na torre de destilação da figura. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- 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. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 7. Tipos de distúrbios ou Perturbações ALIMENTAÇÃO DEMANDA SET POINT José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-Breve Histórico do controle: • James Watt: construção do regulador centrífugo para controle de velocidade de uma máquina 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 engenheiros projetar 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 lugar das 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 da computação evolucionária permitindo sistemas com apredizado e treinamento. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- INSTRUMENTAÇÃO Ciência 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 de um produto de melhor qualidade com menor custo, menor tempo e com considerável redução de mão de obra. A utilização de instrumentos nos permite: - 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 dos processos. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 8. FLUIDO AQUECIDO VAPOR FLUIDO A SER AQUECIDO CONDENSADO PROCESSO INDUSTRIAL TÍPICO Variável Controlada: Temperatura Meio Controlado: Fluido Variável Manipulada: Vazão Agente de Controle: Vapor José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- Controle Manual José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- Controle Manual – resultado obtido VALOR DESEJADO VALOR (SET-POINT) OBTIDO+0- ERRO TEMPO “O controle manual não permite a eliminação do erro, resultando em uma variação de amplitude excessiva, do valor da variável que se deseja controlar”. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 9. Ações presentes no ato de controlar... ENTRADA DE ÁGUA FRIA SAIDA DEPROCESSO ÁGUA QUENTE MEDIÇÃOENTRADADE VAPOR COMPARAÇÃOVÁLVULA DE ONDE ESTÁ ACONTROLE MEDIÇÃO? CORREÇÃO ONDE ESTÁ O CONTROLE ? ONDE ESTÁ OCONTROLE CONTROLADOR? José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-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 José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-Porque é que é possível controlar? O Controle só é possível se for fornecido a infraestrutura necessária durante o projeto. Parte 2: Equipamentos de processo José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 10. Onde o controle é feito? Sensores, Indicadores locais, e válvulas no processo Cabos potencialmente longo com centenas de metros Display de variáveis, cálculos, e os comandos de válvulas estão centralizadas na Sala de Controle Mostra um estilo maisvelho -painel de controle José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA José CEFET- 2008.2 Onde o controle é feito? Sensores, Indicadores locais, e válvulas no processo Cabos potencialmente Cabos potencialmente longo com longo com centenas de metros de metros centenas Display de variáveis, cálculos, e os comandos de válvulas estão Mostra um painel centralizadas na Sala de Controlemoderno com controlebaseado computador José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- Controle Automático – sistema fechado MALHA DE CONTROLE CONTROLADOR TRANSMISSOR DE ENTRADA DE S.P. TEMPERATURA LÍQUIDO MISTURADOR SENSOR DE TEMPERATURA ENTRADA DE VAPOR SAIDA DE LÍQUIDO VÁLVULA DE CONTROLE CONDENSADO José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 11. Com a ação do Controle Automático... VALOR VALOR DESEJADODESVIO OBTIDO (SET-POINT) + 0 - ERRO TEMPO “O controle automático permite através de sua ação a redução do erro, com um tempo de atuação e precisão impossíveis de se obter no controle manual”. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- O Controle Automático ENTRADA DE ÁGUA FRIA PROCESSO SAIDA DE ÁGUA QUENTE SENSOR ENTRADA MEDIÇÃO DE VAPOR MALHA DE CONTROLE CORREÇÃO FECHADA VÁLVULA DE COMPARAÇÃO CONTROLE CONTROLADOR AUTOMÁTICO SET POINT DE CAMPO José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET- Terminologia Básica • Planta (Plant): Parte de um equipamento ou conjunto de partes de uma máquina que funcionam integrados como um sistema. No contexto deste curso estaremos usando o termo planta como qualquer objeto físico a ser controlado. • Processo: Neste curso estaremos utilizando este termo para identificar qualquer 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 presença de perturbações. • Servomecanismo: sistema de controle com realimentação no qual a saída pode ser uma posição, velocidade ou aceleração. José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-
  • 12. 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). José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-Obrigado pela atenção!!! atenção!!! Contatos joselamartine@yahoo.com.br lamartine@cefetba.br Visite nosso grupo http://br.groups.yahoo.com/group/joselamartine/ http://br.groups.yahoo.com/group/joselamartine/ http://www.4shared.com/dir/3388205/2d4b017f/ Instrumentacao.html José Lamartine de A. Lima Neto / CEFET-BA 2008.2 José CEFET-

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