Instrumentação Cap 1 - Introdução

Instrumentação Cap 1 - Introdução

(Parte 1 de 4)

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução3

1- INTRODUÇÃO:4
1.1 - HISTÓRICO / EVOLUÇÃO4
1.3 - SISTEMAS DE CONTROLE10

Índice 1.2 - DEFINIÇÕES BÁSICAS _ 7

1.4 – CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE CONTROLE DE ACORDO COM A APLICAÇÃO _ 15

1.4.3 - Sistema de controle numérico:16
1.4.4 - Sistema de controle seqüencial:16
1.4.5 - Controle de Processos:16
1.5 - CARACTERÍSTICAS dos SISTEMAS DE CONTROLE16

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução4 Capítulo 01

1- INTRODUÇÃO:

Este trabalho tem como objetivo, mostrar as características, arquiteturas e a estrutura de um sistema de controle, bem como identificar os sistemas quanto à malha aberta e à malha fechada.

Serão mostrados nesse trabalho (figuras, desenhos ou gráficos) os diversos elementos dos principais dispositivos associados ao controle e a instrumentação na forma de seus princípio de funcionamento e aplicação, como também suas características.

Em seguida serão estudados os controles do tipo “ON-OFF”,

PROPORCIONAIS, INTEGRAIS e DIFERENCIAIS (PID), visando a simulação de sistemas de controle em malha fechada.

Atualmente, muitos sistemas de controles já instalados são do tipo

ANALÓGICOS (PROPORCIONAIS). Como esses tipos de sistemas são normalmente complexos (difíceis de calibrar e de se manter em bom funcionamento), existe desde alguns anos atrás a tendência muito forte de se utilizar a tecnologia DIGITAL, principalmente com o grande avanço dos sistemas de controle microprocessados, levando a uma grande flexibilidade na implementação e consequêntemente uma redução nos custos. Por conta disso, neste curso será dado maior ênfase a soluções de sistemas de controle por tecnologia Digital Programável.

1.1 - HISTÓRICO / EVOLUÇÃO

Os sistemas de controle datam do século passado com os controles de velocidade de máquinas a vapor de James Watt. No início do século os controles eram totalmente manuais do tipo liga-desliga (on-off) utilizando indicadores locais de temperatura e pressão e atuadores pneumáticos de válvulas. Entre 1915 e 1930, surgiram os primeiros controles proporcionais e registradores gráficos montados em campo. Após 1930, surgiram os controles de ganho ajustável mais derivativos e a filosofia de ter uma sala de controle central, com isto a necessidade de transmissão das informações para o centro de controle onde a solução utilizada foi através de transmissores pneumáticos, quando surgiu o primeiro padrão de transmissão de sinais utilizando pressão proporcionais aos sinais de entrada [0,21 a 1,05kgf/cm2 – 3 a 15 PSI (libra por polegada ao quadrado)].

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução5

Depois da I. Guerra Mundial, surgiram as medidas analíticas em linha e analisadores de gás, tudo isso graças ao início do processo de miniaturização dos instrumentos, principalmente no final dos anos 40 com o impulso produzido pelo advento dos transistores, utilização de controladores eletrônicos analógicos e transmissão de sinais em correntes, surgindo o padrão de sinal em corrente (4 a 20mA).

No final dos anos 50, com o surgimento do circuito integrado, foram utilizados os primeiros sistemas de controle por computador. Surgiram nesta época os padrões de transmissão de sinais analógicos em tensão(0 a 10V) e transmissão digital.

No início dos anos 60 houve uma grande evolução dos sensores e do chamado controle digital direto (DDC-Direct Digital Control). No final desta mesma década surgiram nas industria automotivas os primeiros controladores programáveis para substituir quadros de comando elétricos.

Com introdução dos microprocessadores (1971), a utilização dos

Controladores Lógicos Programáveis (CLP), passaram a ser utilizados em diversos tipos de aplicações para automação de processo industriais e não industriais. Em 1976 os CLP’s foram utilizados como parte de um controle integrado de manufatura (CIM).

Uma década após a MODICON (Empresa americana pioneira na fabricação de CLP’s) ter introduzido os CLP’s em sua fabricação, iniciou-se a utilização de redes industriais de comunicação que permitiram a interface entre diversos dispositivos, somado ao rápido desenvolvimento dos microprocessadores e microcomputadores elevando a eficiência, confiabilidade e uma redução substancial dos preços. Desta forma, permitiu uma interconexão lógica para formar um único sistema, logo surgiram os sistemas de controle distribuído. Ainda nos anos 80, houve uma grande migração para os controles distribuídos. Nos anos 90, com o desenvolvimento dos CLP’s e dos componentes de rede, levou a tendência de utilizar os SISTEMAS DIGITAIS DE CONTROLE DISTRIBUÍDO (SDCD) como a melhor solução para sistema integrados.

Os sistemas integrados (CIM - Controle Integrado de Manufatura) possibilitaram a interligação dos níveis de gerenciamento, controle e supervisão dos sistema de automação de forma hierárquica com a utilização de algoritmos complexos, distribuição do controle e centralização de macrodecisões, possibilitando o gerenciamento do processo tanto técnico como administrativamente.

Não se pode falar em CIM, SDCD, sem ressaltar a importância dos programas de supervisão e aquisição de dados e controle (SCADA - Supervisory Control And Data Aquisition), redes industriais de comunicação padronizadas (FIELD BUSES), e os protocolos abertos mais utilizados, portanto será dedicado um Curso específico para esse tema.

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução6 Figura 1.1 - Controle Integrado de Manufatura – CIM

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução7 1.2 - DEFINIÇÕES BÁSICAS

A seguir, serão apresentados breves conceitos de controle, para que se possa padronizar as definições, a serem utilizados nos demais capítulos com maior clareza.

Sistema - Conjunto de componentes/elementos relacionados entre si para executar uma determinada tarefa (Ex. Sistema Elétrico, Sistema Hidráulico e Sistema de Controle).

Controle - Conjunto de procedimentos ou atuações que produzem em um processo a ação e o desempenho desejado.

Variável Controlada - Variável que se deve manter em um valor desejado, variável de saída do processo.

Variável Manipulada - Variável que recebe a ação controladora, ou seja, é variável de saída do atuador.

Atuador (ativador) - Elemento que modifica a variável controlada. Variável Secundária - A que interfere na variável controlada. Referência/Set-Point - Valor preestabelecido para a variável controlada.

Processo - Atividade definida em um sistema, que a partir de informações de entrada, obtêm-se informações transformadas na saída, isto é, entidade dinâmica capaz de efetuar transformações de energia a partir da entrada, obtendo uma forma de energia transformada na saída.

Na indústria, são conjuntos de atividades que transformam matéria prima em produtos acabados. Os processos, quanto a forma de transformação podem ser classificados como :

• Contínuos: São aqueles que não sofrem interrupção ao longo de suas transformações (processos químicos, alimentícia, geração de energia).

• Sistema de controle discretos e semi-contínuos: São aqueles que são efetuados em etapas, características da manufatura (laminação, cimento, mineração, etc.).

• Processos em bateladas: São aqueles que as mesmas atividades são executadas diversas vezes e em etapas (calçados, automóvel, etc.)

Quanto ao tipo de produto final os processos se dividem em :

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução8

♦ Industriais: São aqueles que constituem em um conjunto de operações com objetivo de gerar um ou mais elemento produtivo (gasolina, refrigerantes, asfalto, papel, automóvel, farinha de trigo, sucos, etc.).

♦ Não industriais: São aqueles com alto grau de associação a serviços

(Tráfego rodoviário, telecomunicações, rede de água e esgoto, distribuições de energia, etc.).

Diz-se que PROCESSO é uma operação onde varia pelo menos uma característica física ou química de determinado material.

Figura 1.2 – Exemplo 1: entrada e saída constantes

Suponhamos um reservatório como o da figura abaixo, onde temos uma alimentação constante de água e um escoamento livre em sua parte mais profunda. Nestas condições, o nível se manterá a uma altura “h”, de tal forma que entrada e saída estejam perfeitamente em equilíbrio.

Figura 1.3 - Exemplo 1: compensação do nível com o aumento da entrada

Suponhamos agora que , se aumentarmos a vazão de entrada após a um determinado tempo e mantivermos esse valor constante, haverá naturalmente uma perturbação nesse sistema, ou seja , um desequilíbrio entre entrada e saída. A tendência do nível do reservatório, será de subir, enquanto a saída também tenderá a aumentar sua vazão, devido a uma pressão maior no fundo deste reservatório. Após um determinado tempo, o sistema atingirá a um novo estado de equilíbrio onde permanecerá estável.

Observe que o raciocínio inverso , será também válido, ou seja; se diminuísse a vazão de entrada.

Figura 1.4 - Exemplo 1: compensação do nível com o aumento da saida

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução9

A essa característica, dá-se o nome de auto-regulação.

Suponhamos agora, um outro reservatório idêntico em seu volume e em dimensões, cuja saída (escoamento) de água é mantida constante, ou seja; que tenhamos um bomba d’água como mostra a figura abaixo.

(Parte 1 de 4)

Comentários