1.a Aula_CDG_Variáveis de Processo_introdução

Controle Digital
Prof. Cesar da Costa
1.a Aula – Variável de Processo
1. Introdução
 O objetivo de se medir e controlar as diversas
variáveis físicas em processos industriais é obter
produtos de alta qualidade, com melhores
condições de rendimento e segurança, a custos
compatíveis com as necessidades do mercado
consumidor.
1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada
(“Loop”)
 Malha de controle constitui um conjunto de
elementos (medidor, controlador, atuador, etc.) com
o objetivo de manter uma das variáveis do processo
(pressão, temperatura, nível, etc.) dentro de um
valor pré-estabelecido (set-point).
1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada
(“Loop”)
1. 3 Variável de Processo (PV)
 As principais grandezas que traduzem
transferências de energia num processo são
chamadas de “Variáveis de Processo).
 São exemplo de variáveis de processo:
Pressão, temperatura, nível, vazão, densidade,
pH.
 A PV (Variável de Processo) é o que deseja-se
controlar em um processo industrial.
1. 3 Variável de Processo (PV)
PV = Temperatura
1. 4 Set-Point (SP)
 É o valor desejável para uma determinada
variável de processo.
 Em um processo industrial deseja-se controlar
a PV a partir der um determinado Set-point.
 Pode ser fixo ou variável no tempo.
1. 5 Erro (E)
 É a diferença entre a Variável de Processo (PV)
e o set-point (SP). Ou seja:
E = SP-PV (controle direto)
Ou
E = PV-SP (controle reverso)
1. 6 Variável Manipulada (MV)
 Um controlador analisa o erro (E) e, a partir dele,
calcula qual deverá ser a atitude a ser tomada.
 Ou seja, qual deve ser o valor do elemento final de
controle para que o erro seja nulo.
Controle de 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.
 Na figura , a informação acerca da temperatura do
fluido da água aquecida (fluido de saída), acarreta
uma mudança no valor da variável do processo, no
caso, a entrada de vapor.
 Se a temperatura da água aquecida estiver com o valor
abaixo do valor do set point, a válvula abre, aumentando a
vazão de vapor para aquecer a água. Se a temperatura da
água estiver com um valor abaixo do set point, a válvula fecha,
diminuindo a vazão de vapor para esfriar a água.
1.7 Controle Feedback
 Em sistemas de malha fechada, o controle de
processo pode ser efetuado e compensado antes ou
depois de afetar a variável controlada, isto é, supondo
que no sistema apresentado como exemplo, a variável
controlada seja a temperatura de saída da água.
 Se o controle for efetuado, após o sistema ter afetado
a variável (ter ocorrido um distúrbio), o controle é do
tipo "feed-back", ou realimentado..
1.8 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.
1.9 ELEMENTOS DE CONTROLE AUTOMÁTICO
 Os sistemas de controle automático, basicamente
são compostos por: uma unidade de medida, uma
unidade de controle e um elemento final de
controle, conforme mostrado na figura.
1.10 CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSO
 O Controle Automático dos Processos Industriais
é cada vez mais empregado por aumentar a
produtividade, baixar os custos, eliminar erros que
seriam provocados pelo elemento humano e
manter automática e continuamente o balanço
energético de um processo.
1.10 CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSO
 Para poder controlar automaticamente um
processo precisamos saber como está ele se
comportando para poder corrigi-lo, fornecendo ou
retirando dele alguma forma de energia, como por
exemplo: pressão ou calor.
 Essa atividade de medir e comparar grandezas é
feita por equipamentos ou instrumentos que
veremos a seguir.
1.11 Classificação dos Instrumentos de Medição
 Os instrumentos podem ser classificador por:
a) Função
b) Sinal transmitido
1.12 Classificação por Função
 Os instrumentos podem estar interligados entre si
para realizar uma determinada tarefa nos
processos industriais.
 A associação desses instrumentos chama-se
malha e em uma malha cada instrumento executa
uma função.
 Os instrumentos que podem compor uma malha
são então classificados por função cuja descrição
sucinta pode ser lida na tabela a seguir.
Malha de Controle com alguns instrumentos
1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido
 Sinal
Tipo pneumático
• Nesse tipo é utilizado um gás comprimido, 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.
1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido
 Sinal
Tipo pneumático
• O padrão de transmissão ou recepção de instrumentos
pneumáticos mais utilizado é de 0,2 a 1,0 kgf/cm
(aproximadamente 3 a 15psi 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.
1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido

Sinal Tipo 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.
1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido
 Sinal Tipo Elétrico
• Esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais
elétricos de corrente ou tensão.
• Face a tecnologia disponível no mercado em
relação a fabricação de instrumentos eletrônicos
microprocessados, hoje, é esse tipo de
transmissão largamente usado em todas as
indústrias, onde não ocorre risco de explosão.
1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido

Sinal Tipo Elétrico
• 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 qualquer.
1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido

Sinal Tipo Elétrico
• Como padrão para transmissão a longas
distâncias são utilizados sinais em corrente
contínua variando de (4 a 20 mA) e para distâncias
até 15 metros aproximadamente, também utilizase sinais em tensão contínua de 1 a 5V.
1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido

Tipo Digital
 Nesse tipo, “pacotes de informações” sobre a
variável medida são enviados para uma estação
receptora, através de sinais digitais modulados e
padronizados.
1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido
Tipo Digital
 Para que a comunicação entre o elemento
transmissor receptor seja realizada com êxito é
utilizada uma “linguagem” padrão chamado
protocolo de comunicação. Os principais padrões
de comunicação são:
• Modbus RTU
• Fieldbus Foundation
• ProfiBus
• Devicenet
• AS-interface (ASI)

1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido

Via Rádio
• Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais
medidos são enviados à sua estação receptora via
ondas de rádio em uma faixa de frequência
específica.