Aula sobre Controle Proporcional Derivativo Integrador e Sistemas Supervisórios

5º Aula Ações de controle Objetivos de aprendizagem Ao término desta aula vocês serão capazes de entender o que é controle proporcional derivativo integrador bem como associações como PD PI PID compreender os sistemas supervisórios Prezadosas alunosas Nesta aula vamos aprender o que é e quais são os controles de processos mais empregados bem como a associação de alguns desses controles Além disso vamos abordar sistemas de supervisão Bons estudos 28 Automação Industrial Seções de estudo 1 Sistemas de controles discretos e proporcionais 2 Sistemas de supervisão 1 Sistemas de controles discretos e proporcionais O objetivo do controle é manter a variável de processo no valor estipulado no Setpoint Existem diferentes formas de você controlar um sistema Os controladores tradicionais são o controle onoff controlador P controlador PI controlador PID A classifi cação de um sistema de controle é feita de duas formas um sistema de controle em malha aberta e um sistema de controle em malha fechada Em um sistema de malha aberta a ação de controle não depende do valor da saída ou seja é um sistema que não possui um sensor na saída para compararmos com o valor estipulado inicialmente Podese exemplifi car como um sistema em que um operador fi ca observando o nível de água em um tanque e de acordo com o que ele acha ideal vai abrindo ou fechando uma válvula que alimenta o tanque ou seja apesar do sistema possuir baixo custo é um sistema altamente impreciso Figura 25 Diagrama de blocos de um sistema malha aberta Fonte httpprofessorpucgoiasedubrSiteDocenteadminarquivos Upload18451materialarteautomacaoindustrialpdf Acesso em 01 jun 2020 Já um sistema em malha fechada chamamos ele de sistema realimentado pois a grandeza física é mensurada na saída do processo e enviada para ser comparada com o valor ajustado como setpoint Após feita a comparação o controlador ajusta a variável manipulada o atuador de acordo com o tipo de controle controlando a grandeza física Por exigir um controlador mais robusto a realimentação ser feita por meio de sensores transmissores e demais equipamentos serem necessários para a execução de uma malha fechada temos que este sistema é mais caro que o anterior além de necessitar de mão de obra qualifi cada para o ajuste e manutenção Mas o benefício deste controle se dá ao fato da precisão confi abilidade ajuste dos erros de estado estacionário sobressinal e tempo de resposta excelentes se bem ajustado Figura 26 Diagrama de blocos de um sistema malha fechada Fonte httpprofessorpucgoiasedubrSiteDocenteadminarquivosUpload 18451materialarteautomacaoindustrialpdf Acesso em 01 jun 2020 Abaixo vamos citar as características dos controladores mais tradicionais mencionados no início do capítulo 11 Controle ligadesliga onoff Este controle como o próprio nome nos revela possui somente dois estados de controle da sua saída o estado ligado e o estado desligado Este tipo de controle é empregado quando não há necessidade de precisão tão grande pois os valores da variável controlada vão oscilar em torno do valor desejado Neste tipo de sistema há necessidade de ajustar a histerese pois caso contrário podemos acabar queimando o elemento atuador antes do tempo Para explicar o que é a histerese vamos utilizar os seguintes exemplos Supondo um aparelho de ar condicionado com controle ONOFF sem histerese Uma pessoa deseja que a temperatura de sua sala fi que em 23C mas atualmente está em torno de 28C Assim ela envia o comando para o ar ligar atuando o compressor Em pouco tempo o sensor de temperatura envia um sinal ao controlador que chegou nos 23C desejados fazendo com que o controlador envie um sinal para que se desligue o compressor Porém sem o ar ligado em menos de 5 minutos o sensor percebe que a sala voltou a fi car em 235C atuando o compressor novamente e parando ao chegar nos 23C estipulados no início do processo O fato de ligar e de desligar o compressor a cada poucos minutos fará com que o sistema apresente falhas muito antes do tempo Sendo assim há necessidade de ajustar a histerese do controlador que nada mais é do que um valor no qual é permitida uma faixa de variação da grandeza Supondo novamente o caso anterior mas agora meu controlador ONOFF possui histerese de 3C Assim que a temperatura chegar nos 23C o compressor irá desligar como no caso anterior mas ele somente será acionado quando a diferença for maior que o valor da histerese ou seja somente irá ligar o compressor quando o sensor verifi car que a sala está com 26C fazendo com que meu atuador no caso o compressor de menos partidas e com isso tenha uma sobrevida maior Figura 27 Sistema de controle ONOFF com histerese Fonte httpcoralufsmbrbeltramearquivosdisciplinasmedioautomacao industrialAula06EstrategiasControlepdf Acesso em 01 jun 2020 12 Controle Proporcional Como o nome sugere este controlador atua de forma proporcional a um efeito do sistema Este efeito é o erro ou seja quanto maior for a diferença entre o valor atual e o setpoint mais intenso é o sinal enviado para o atuador 29 Este controlador tem uma relação de amplifi cação do sinal que é conhecida por ganho Kp ou ganho proporcional Uma particularidade encontrada neste tipo de sinal é que sempre vai existir um erro de estado estacionário no sistema Podemos observar o efeito deste controlador na fi gura a seguir Figura 28 Resposta ao sistema com controle Proporcional Fonte httpprofessorpucgoiasedubrSiteDocenteadmin arquivosUpload18451 materialarteautomacaoindustrialpdf Acesso em 01 jun 2020 13 Controle Proporcional Integral Este sistema conta com as vantagens do controlador proporcional com as características do controlador integral O controlador integrador ou integral é muito empregado pois elimina por completo o erro de estado estacionário Porém se aumentarmos demais seu ganho Ki ou Ti dependendo do controlador podemos ter como efeito indesejado o aumento no tempo de resposta do sistema ou mesmo aumentar o sobressinal em uma resposta transiente 14 Controle PID Proporcional Integral Derivativo Este método é muito empregado pois une as características de todos os três controles Ou seja podemos ajustar o controlador aumentando ou diminuindo os ganhos Kp Ki e Kd O controlador Derivativo possui as seguintes propriedades quanto maior Kd inserido no controlador mais ágil tornase a resposta do sistema além disso o aumento do Kp reduz o sobressinal em uma resposta transiente Deve se tomar cuidado com sensores com alto nível de ruído por conta da sensibilidade A tabela a seguir mostra o efeito de cada ganho do meu sistema Vale ressaltar que estas relações podem não ser exatamente lineares ou precisas por conta da correlação entre os ganhos em cada tipo de malha Ou seja alterar um ganho de um parâmetro pode afetar diretamente o desempenho dos demais Esta tabela é um norte na análise dos parâmetros Tempo de Subida Sobressinal Tempo de assentamento Erro de estado estacionário Kp Reduz Aumenta Baixa infl uencia Reduz Ki Reduz Aumenta Aumenta Elimina Kd Não muito efetivo Reduz Reduz Fonte Elaborado pelo autor A estimativa dos valores dos ganhos Kp Kd e Ki podem ser feitas por analises através e métodos como Ziegler Nichols de tentativa e erro ou fazer a modelagem do sistema dinâmico e analisar através de métodos de ganho de margem de fase e ganho ou alocação geométrica das raízes 2 Sistemas de supervisão Dentro de uma indústria a informação do que se passa com as grandezas físicas em uma planta são de extrema importância para que o produto seja o mais refi nado possível atendendo as expectativas do mercado Assim normalmente existem dispositivos conhecidos como IHM Interface Homem Máquina que tem como função principal ser a porta de entrada e saída de informação do que acontece em uma determinada máquina ou processo Porém a IHM é utilizada normalmente de forma local e para que um operador controle o processo inviabilizando uma análise aprofundada das qualidades e problemas encontrados no processo Para isso utilizamos um sistema supervisório Este é ligado em diversas máquinas e basicamente é utilizado para centralizar a informação proveniente de toda uma indústria Ele é utilizado para monitorar em tempo real a planta de toda uma indústria possibilita registros de alarmes e com os avanços da internet o acesso dos dados de forma remota ou seja aumenta a qualidade possibilita refi nar o processo e deixálo mais confi ável O sistema é conhecido como Supervisory Control and Data Acquisition SCADA e é alimentado principalmente com informações emitidas por controladores lógicos programáveis Figura 29 Tela de um sistema supervisório Fonte httpswwwresearchgatenetfi gureFigura37TelasinoticanoElipseE3ElipseSoftware2010fi g8304381786 Acesso em 01 jun 2020 30 Automação Industrial Disponível em httpwwwpiping designercomindexphpdisciplineselectrical instrumentation1826instrumentabbreviations Disponível em httpprofessorpucgoiasedubr SiteDocenteadminarquivosUpload18451material arteautomacaoindustrialpdf Vale a pena acessar ALVES J L L Instrumentação controle e automação de processos 2 ed Rio de Janeiro LTC 2010 BONALDO S A Técnicas digitais Santa Maria CTISMUFSM 2011 CAPELLI A Automação industrial controle do movimento e processos contínuos 2 ed São Paulo Érica 2010 DORF R C BISHOP R H Sistemas de controle moderno 12 ed Rio de Janeiro LTC 2013 Vale a pena ler Vale a pena Chegamos ao término da quinta aula Esperamos que você tenha alcançado um entendimento melhor sobre os diferentes tipos de controle que podemos utilizar bem como a sua associação em uma malha de controle Vamos recordar Retomando a aula 1 Sistemas de controle discretos e proporcionais O controle de processos consiste na técnica de manter variáveis de um processo em valores desejados para o sistema Em sistemas de malha fechada os quais possuem realimentação da variável de processo um algoritmo de controle que pode ser discreto mais simples e barato ou proporcional mais complexo e com melhores resultados é empregado 2 Sistemas de supervisão Por fi m sistemas de supervisão responsáveis pelo monitoramento de variáveis de controle dos processos industriais foram apresentados incluindo características e vantagens proporcionadas Disponível em httpwwwabramanorgbr arquivos6262pdf Disponível em httpwwwexatasufprbr portaldegrafrossanowpcontentuploads sites16201410GEOMETRIADESCRITIVA BC381SICAPauloSC3A9rgioBrunnerRabello pdf Disponível em httpprofessorpucgoiasedubr SiteDocenteadminarquivosUpload18451material arteautomacaoindustrialpdf Minhas anotações