Aula-Instrumentação e Controle (Cap_01)

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Instrumentação e Controle


Instrumentação e Controle•Capítulo 1:

INTRODUÇÃO A SISTEMA DE CONTROLE

• Capítulo 2:

INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

• Capítulo 3:

CONDICIONADORES DE SINAIS

• Capítulo 4:

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DE PROCESSO

•Capítulo 5:

ELEMENTO FINAL DE CONTROLE


Instrumentação e Controle•Capítulo 6:

DIAGRAMA DE BLOCOS

•Capítulo 7:

CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS DE PROCESSOS

•Capítulo 8:

MODELOS DE SISTEMAS FÍSICOS

•Capítulo 9:

AÇÕES DE CONTROLE


Introdução

Com a evolução da eletrônica que possibilitou o advento das telecomunicações e dos sistemas computacionais, surgiram novas tecnologias que permitiram a criação de equipamentos que não só substituem a força muscular do homem como na mecanização mas que também têm a capacidade de tomada de decisões. A estas tecnologias é dado o nome de AUTOMAÇÃO.


Introdução

Automação Industrial é o conjunto de técnicas e/ou equipamentos destinadas a tornar automáticos vários processos produtivos em uma indústria, de modo a eliminar ou reduzir bastante a intervenção humana nos mesmos.


Introdução

A Automação tornou-se uma parte importante e integral dos modernos processos industriais e de fabricação.


Objetivos

Os principais objetivos da Automação Industrial são:

•Redução de custos;

•Aumento da Produtividade;

•Maior segurança na operação da unidade produtiva;


•Valorização do ser humano, liberandos-o de tarefas repetitivas e insalubres;

•Aumento da qualidade de vida ( maior conforto);

•Menor custo do produto e aumento da produtividade;

•Criação de empregos diretos e indiretos;

Aspectos Positivos e Negativos


•Maior velocidade de processamento e decisão;

•Maior confiabilidade.

•Maior número de aquisições para processamento;

•Qualidade do produto e satisfação do cliente;




•Exigência de profissional mais qualificado (desemprego);

•Por ser um processo irreversível, imprevisibilidade das consequências , só passíveis de serem avaliadas no futuro (meio ambiente);



•Acesso as novas tecnologias somente para grandes empresas;

•Somente realizam as tarefas para os quais foram Programados;(Exemplo Sistema de Empacotamento);

•Desvalorização do trabalho artesanal, aumentando cada vez mais a dependência tecnológica;


Caracterização dos Sistemas Automatizados

NOÇÕES DE CONTROLE DE PROCESSO

Um SISTEMA DE CONTROLE recebe sinais de entrada provenientes dos vários SENSORES e TRANSDUTORES dos processos e/ou máquinas a serem controlados (PROCESSO CONTROLADO), compara essas medidas com os valores desejados e pré-determinados e executa, através de um SOFTWARE de CONTROLE, operações lógicas e matemáticas de modo a gerar os sinais de correção que vão comandar os ATUADORES acerca do controle e atuação mais apropriada a cada instante no SISTEMA CONTROLADO.




Um Sistema de Controle é um conjunto de dispositivos que mantém uma ou mais grandezas físicas dentro de condições definidas na sua entrada.

Os dispositivos que o compõe podem ser elétricos, mecânicos, ópticos e até seres humanos.

As grandezas físicas controladas são várias, mas as mais comuns são: temperatura, pressão, vazão, nível, velocidade, etc.




Sistema: é uma combinação de componen-tes que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo




Processo:•É um equipamento ou dispositivo que possibilita a troca de energia entre grandezas físicas;•É o meio físico a ser controlado.


Transdutores (sensores):

•Forma pela qual o processo se comunica com o sistema de controle;

•Transformam uma informação física em um sinal eletrônico;

•Praticamente todos os parâmetros físicos podem ser medidos através de sensores e transdutores;



Transdutores (sensores):

O princípio de funcionamento dos transdutores está baseado na variação de um sinal elétrico, gerada devido a variação de um parâmetro físico



Transdutores (sensores) - Exemplos:

•Termoresistor (Pt100): Varia sua resistência de acordo com a temperatura.•Tacogerador: Gera uma tensão proporcional a velocidade no qual é submetido.•Termopar: Gera uma tensão elétrica quando submetido a uma temperatura.•Célula de Carga: Varia sua resistência de acordo com a força que lhe é aplicada .




Atuadores:Os atuadores são responsáveis pela variação de parâmetros do processo a ser controlado. Praticamente todas as ações físicas realizáveis por um operador humano sobre um processo podem ser realizadas (com maior precisão) por um atuador controlado eletronicamente



Atuadores - Exemplos: Motores elétricos - Controle de movimentos de rotação e deslocamentos;

Cilindros Hidráulicos e Pneumáticos - Controle de deslocamentos;

Eletroválvulas - Controle de fluxo;

Bombas - Controle de fluxo e de nível;

Resistências elétricas - Controle de aquecimento;




Controle:

É o elemento utilizado para calcular a ação de controle necessário para levar o processo a condição ótima.




Sinais presentes em uma Malha de Controle:• SP (Set Point)• PV (Process Value)• MV (Variável Manipulada• AC (Ação de Controle)• ERRO• Distúrbio ou Pertubações• Sinal Imagem




•Sistema Regulador X Sistema Servo•Controle Monovariável X Multivariável

• Automático X ManualMaior número de aquisições para processamento

Maior velocidade de processamento e decisão;

Maior confiabilidade.

• Lógico X Contínuo• Analógico X Digital


Estratégias de Controle Básicas


• Controle Malha Aberta X Malha Fechada• Controle Antecipatório




Controle Malha Aberta:• A variável manipulada é ajustada manualmente, e não se modifica se o valor da controlada difere do valor desejado; não há sensor para observar algum eventual desvio, nem realimentação, para corrigí-lo.




Controle Malha Fechada:• Os sistemas de MF verificam a ocorrência de desvios, pois contém um sensor, que monitora a saída, fornecendo um sinal que retorna à entrada, formando uma malha de realimentação.




Controle Malha Fechada:•Vantagens:

Mais precisa na combinação dos valores desejado e real para a variável;Menos sensível a distúrbios;Menos sensível a variações nas características dos componentes;Aumento na velocidade de resposta;




Controle Malha Fechada:•Desvantagens:

Perda no ganho, em função de transferência de um sistema em malha aberta é reduzida de um fator para , em razão do ramo de realimentação com função de transferência ;Grande possibilidade de instabilidade;Sistema mais complexo e, além de mais caro, também é mais propício a danos;




Controle Antecipatório:Estratégia em que ação de controle depende do valor de um distúrbio mensurável, e procura agir antes que as variações do mesmo afetem a variável controlada.


Exemplos de Sistemas Realimentados


Exemplo 1: Regulador de Watt

LUVADESLIZANTE

ESFERA

EIXO DE ROTAÇÃO

ROTAÇÃO DE TRABALHO

PIVÔ

VÁLVULA DECONTROLE

PARAFUSODE AJUSTE

ALAVANCA

(acoplado ao eixo da máquina a vapor)

VAPOR VINDODA CALDEIRA

HASTE




Exemplo 1: Regulador de Watttorque resistente [N.m]

+

_

ESFERAS

MEDIDOR

DE

CONTROLE

VÁLVULA

DEAMPLIFICAÇÃO

MECÂNICA

MÁQUINAPARAFUSO DE

DE VELOCIDADE

AJUSTE + ESCALA

REGULADOR DE WATT

A VAPOR

deslocamento da

luva deslizante [mm]velocidade de

rotação [r.p.m.]

PIVÔ + ALAVANCAvelocidade de

rotação [r.p.m.]

vazão devapor [Kg/h]

deslocamento dahaste [mm]

deslocamento dopivô [mm]

velocidade

desejada[r.p.m.]

pressão do vapor [psi]




Exemplo 2: Trocador de Calor

líquido àtemperaturaambiente

líquido aquecido

válvula de controle

trocador de calor

fonte devapor

condensado

TT

TCVM [4 a 20 mA]^ VC [4 a 20 mA]^




Exemplo 2: Trocador de Calor

trocador

calor

transmissor

temperatura

controlador válvula

fonte devapor

bomba delíquido

temperaturade referência

temperaturacontrolada

controlede de

(TC)

de

(TT)

VMVM^

VR VC

VC VC

[ C]o

[ C]o[ C]o

[mA]

[mA] [Kg/h]




Exemplo 3: CONTROLE DE POSIÇÃO DE ANTENA

+

_E

AmplificadorDiferencial

+

_

MCC

r c

ANTENA

vr

vc+_ va

REDUÇÃO




Exemplo 3: CONTROLE DE POSIÇÃO DE ANTENA




Exemplo 4: ESTUFA

PIDBanco deResistências

PT100

RetificadorControlado




Exemplo 5: TORRE DE RESFRIAMENTO




Exemplo 6: LAMINADOR

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