Controle Automático Processos-Cap-III.pdf

7/25/2019 Controle Automtico Processos-Cap-III.pdf

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CONTROLE MANUAL CONTROLE AUTOMTICO


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CRITRIOS DE ESTABILIDADE

CONTROLE AUTOMTICO CONTNUO EM MALHA FECHADA

AO PROPORCIONAL


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CONTROLE AUTOMTICO CONTNUO EM MALHA FECHADA

AO PROPORCIONAL + INTEGRAL



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CONTROLE AUTOMTICO CONTNUO EMMALHA FECHADA

AO PROPORCIONAL +DERIVATIVA



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CONTROLE AUTOMTICO CONTNUO

EM MALHA FECHADA

AO PROPORCIONAL +

INTEGRAL +

DERIVATIVA



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TODOS OS CRITRIOS REFEREM-SE A FORMA E A DURA O DA

CURVA DE REA O DEPOIS DE UM DISTRBIO.

CRITRIOS DE QUALIDADE

-Aplicado especialmente aos

processos onde a durao dodesvio to importante quanto suaamplitude.

CRITRIO DA TAXA DEAMORTECIMENTO OU REA MNIMA

-Exemplo: Processos em quequalquer desvio alm de uma faixa

estreita pode ocasionar um produtofora de especificao.


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CRITRIO DE DISTURBIO MNIMO

TODOS OS CRITRIOS REFEREN-SE A FORMA E A DURA O DA

CURVA DE REA O DEPOIS DE UM DISTRB IO.

-Aplicado especialmente em malhasde controle onde as aes corretivas

constituem distrbios aos processosassociados.

-Exemplo: Processos em que a sadade um processo entrada de outro,as variaes repentinas ou cclicas

de sada do primeiro pode ser umamudana de carga intolervel para osegundo



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CRITRIO DA AMPLITUDE MNIMA

TODOS OS CRITRIOS REFEREN-SE A FORMA E A DURA O DA

CURVA DE REA O DEPOIS DE UM DISTRBIO.

-Aplicado especialmente aos

processos onde o equipamento ou oproduto podem ser danificados pordesvios excessivos, mesmo sendode pouca durao..

-Exemplo: Processos de fundio de

ligas metlicas podem ter o metalqueimado e processos quepromovem reao exotrmica.



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MTODOS DE SINTONIA DE UM CONTROLADOR

AJUSTES TIMOS DO CONTROLADOR- DEVEM SER FEITOSDISTRBIOS UNIFORMES E REPETITIVOS NO PROCESSO ATRAVS DE

PEQUENAS VARIAES NO SET-POINT:

-Para cima e para baixo do set-point normal;

-De maneira suficiente para provocar um distrbio considervel;

-Exatamente da mesma quantidade de cada vez;

-Toda vez que for feito um ajuste no controlador deve-se provocar um

novo desvio no set-point.

-Em processos de reao muito lenta pode-se levar de 2 a trshoras para observar o efeito completo do ltimo ajuste.


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-Ajuste de controladores P

1 passoColoque o ganho docontrolador no valor mnimo ou a BP novalor mximo

2 passoAumentar o ganho oudiminuir a BP, at obter a estabilidadedesejada. Taxa de amortecimento 0,25.

1 - MTODO DA TENTATIVA

SISTEMTICA

(para qualquer estrutura)



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-Ajuste de controladores P + I


3 passoCom a Taxa de Reajuste em zero,repita os passos para o controlador P;

4 passoComece a aumentar a Taxa deReajuste at que o comportamento cclico

comece a aumentar. Reduzir levemente a Trat obter as curvas desejadas, conformemostra a figura.


SISTEMTICA



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-Ajuste de controladores P + D

Em geral h necessidade de se fazer umpequeno ajuste na ao proporcional.

5 passoCom a Tempo Derivativo em zero,repita os passos para o controlador P;


6 passoComece a aumentar a TD aospoucos at que o comportamento cclicocomece a aumentar. Reduzir levemente a TDat obter as curvas desejadas, conformemostra a figura.


SISTEMTICA(para qualquer estrutura)


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-Ajuste de controladores P + I + D

7 passoCom a Tr e Td em zero repita os passos 1 e 2;

8 passoDeixe a ao Proporcional no valor que foi ajustado no passo2. No mexa na ao Integral e repita o passo 6;

9 passoDeixe a ao proporcional e Derivativa nos valores que foramajustados. Repita o passo 4 at eliminar o off-set.

1 - MTODO DA TENTATIVA SISTEMTICA




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Esta G chamado de limite (Gu ). Anote estevalor.

2 - MTODO DA SENSIBILIDADE LIMITE ( ZIEGLER & NICHOLS)

(para Malha Fechada)

O perodo de ciclagem ( Pu ) deve ser

anotado tambm.

Os ajustes do controlador que iro produzir uma taxa de amortecimento de 0,25, so calculadascomo segue:



Com a Tre Tdem zero Aumente o G at que oprocesso comece a apresentar uma ciclagemcontinua.


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(para Malha Fechada)

P P + I

srie

P + I

paralelo

P I D

srie

P I D

paralelo

P I D

mistoKp Gu /2 Gu / 2,2 Gu / 2,2 Gu / 3,3 Gu / 1,7 Gu / 1,7

Tr 0 Pu / 1,2 2Pu / 1,2 Pu / 4 0,85.Pu / Gu Pu / 2

Td 0 0 0 Pu / 4 Pu.Gu / 13,3 Pu / 8



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Exerccio: Calcule os valores de sintonia do controlador, PID, estruturaparalela, de acordo com as seguintes informaes: Gu = 4; Pu = 56s



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VANTAGENS

Este mtodo ensinado em diversos cursos de Automao, e amplamenteconhecido;

Permite o clculo direto dos parmetros.

DESVANTAGENS

Diversos sistemas em operao no podem ser testados para determinar oganho e o perodo de oscilao;

Os parmetros de sintonia calculados no funcionam bem em malhas comdominncia de tempo morto;

ZIEGLER & NICHOLS


Oferece resposta incompatvel com os atuais conceitos de qualidade.


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(para Malha Aberta)


Conectar o sinal da PVe MV ao registrador.Provocar uma mudanapequena e repentina na

MV. Obter a curva dereao do processo.

Calcular a velocidadede reao ( R ).

R = % da mudana dePV / t Tempo (min)

Calcular o atraso detempo ( L ) em min..


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M Percentagem da variao da posio do elemento final de controle usada para produzir acurva de reao ( abertura da vlvula).

P P + I P + I + D

Kp M / RL 0,9 (M / RL) 1,2 (M / RL)

Ti 3,33 L 2 L

Td 0,5 L



(para Malha Aberta)

KP = ganhoTi = mpr

Td = min


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t0 t1 t2 t3

PV0

PV1

MV0

MV1

MV

PV

MV

PV

5% DE PV

BROIDA - PROCESSOS ESTVEIS

REGIME

ESTVEL

REGIME

TRANSITRIO

REGIME

ESTVEL

MV

PVGP

= TEMPO MORTO

= TEMPO CARACTERSTICO


63,2 % DE PV


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PROCESSOS ESTVEISMULTICAPACITIVO

(Resposta a um degrau)

MV

PVGP

4 - MTODO BRIDA


t0 t1

t2

PV0

PV1

MV0

MV1

MV

PV

MV

PV

REGIMEESTVEL

REGIMETRANSITRIO

REGIMEESTVEL

28% x PV

40% x PV

= 5,5 x (t2t1)

= 2,8t11,8t2

t0


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MODOS DE REGULAO - BROIDA

AES P PI

SERIE

PI

PARALELO

PID

SERIE

PID

PARALELO

PID

MISTO

Kp

Ki

Td

.

.8,0

PG

.

.8,0

PG

Malhas especiais

Ou

Outros algoritimos

1 2 5 10 20

ON-OFFPPIPID

CLCULO DAS AES P+I+DPARA PROCESSOS ESTVEIS

.

.8,0

PG PG.2,1

4,0

.

.85,0

PGP

G.2,1

4,0

MAXIMO 8,0

.P

G

75,0

.85,0 .4,0

0 00 .4,0P

G

.35,0

.5,2

.

BROIDA - PROCESSOS ESTVEIS


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CLCULO DAS AES P+I+DPARA PROCESSOS ESTVEIS

Exerccio: Calcule os valores de sintonia do controlador, estruturasrie, de acordo com as seguintes informaes: Gp = 0,84; = 26s;= 14s


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t0 t1

PV0

MV0

MV1

MV

PV

MV

REGIME

ESTVEL

= TEMPO MORTOPV

T

TMV

PVK

.

K = COEFICIENTE CARACTERSTICODO PROCESSO

BROIDA - PROCESSOS INSTVEIS



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MODOS DE REGULAO - BROIDA

AES P PI

SERIE

PI

PARALELO

PID

SERIE

PID

PARALELO

PID

MISTO

Kp

Ki

Td

.

.8,0

K .

8,0

K

ON-OFF

0,05 0,1 0,2 0,5

MALHASESPECIAIS

P PI PID

MAXIMO .5 8,415,0

. 2K

15,0

. 2K

.2,5

0 00 .4,0K

35,0.4,0

.

K

.

8,0

K .

85,0

K .

9,0

K .

9,0

K

CLCULO DAS AES P+I+DPARA PROCESSOS INSTVEIS

BROIDA - PROCESSOS INSTVEIS


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CLCULO DAS AES P+I+DPARA PROCESSOS INSTVEIS

Exerccio: Calcule os valores de sintonia do controlador, estruturasrie, de acordo com as seguintes informaes: K = 1,4min; =0,36min


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COMPARAO DA CONTROLABILIDADE DAS VARIVEIS DEPROCESSO

Vazo - Vazo a varivel mais fcil de ser controlada. Vazo a maisrpida. Nunca requer ao derivativa. No se deve usar

posicionador de vlvula. Geralmente controlada com PI.

Presso - Relativamente fcil de ser controlada. Geralmente controlada comPI.

Nvel - Assume diferentes graus de dificuldade de controle. Geralmente controlada apenas com P.

Temperatura - Varivel com maior gama de variao de dificuldade de controle.Pode ser controlada desde liga-desliga at com controlador PID.

pH

Anlise

- Varivel difcil de ser controlada, pois no linear. Geralmentepossui grande tempo morto. Tipicamente requer PID.


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50

60

%MV

t

Kp=1

t

50

%MV

70

Kp=2

Estrutura do Controlador

PROPORCIONAL

+-

E MVP30

40

%E

t

SP

PV

0,5 1,00

0,5 1,00

0,5 1,00

MV = So (Kp.E)


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%MV

50

%MV

t

70

30

40

%E

t

+-

E MVP

SP

PV

50

60

t

Kp=2

Kp=1

0,5 1,00

0,5 1,00

0,5 1,00

PROPORCIONAL



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30

40

%E

t

P + I SRIE

+-

E

SP

PV

MVP I

50

%MV

t

90

6070

80 TR = 1 RPM

5060

%MV

t

7080

TR = 1 RPM

Kp=1

Kp=2

0,5 1,00

0,5 1,00

0,5 1,00

90

MV = So (Kp.E) x (1 + Tr.t)

MV = So (Kp.E) + (Kp.E .Tr.t)



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30

40

%E

t

P + I PARALELO%MV

t

TR = 1 RPM

+-

E

SP

PV

MV

P

I

+-

50

60

%MV

t

70

80

TR = 1 RPM

0,5 1,00

0,5 1,00

0,5 1,00

90

50

60

70

80

90

Kp=1

Kp=2

MV = So (Kp.E) + (E .Tr.t)



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%MV

50

%MV

t

70

30

40

%E

t

50

60

t

P + D SRIE

+-

E

SP

PV

MVD P

60

70

80

0,5 1,00

0,5 1,00

0,5 1,00

Kp=1

Kp=2

Td=1

Td=1



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P + I + D SRIE

+-

E

SP

PV

MVP I D

DERIVATIVA NO ERRO

%MV

50

%MV

t

70

50

60

t

60

70

80

0,5 1,00

0,5 1,00

Kp=1

Kp=2

Td=1

Td=130

40

%E

t0,5 1,00

TR = 1 RPM

30

40

%E

t0,5 1,00

+-

E

SP

PV

MVP I D

DERIVATIVA NO ERRO

TR = 1 RPM



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P + I + D SRIE

+-

E

SP

PV

MVP I D

DERIVATIVA NO ERRO

+-

E

SP

PV

MV

P I

D

DERIVATIVA NA MEDIO%MV

50

%MV

t

70

50

60

t

60

70

80

0,5 1,00

0,5 1,00

Kp=1

Kp=2

Td=1

TR = 1 RPM

30

40

%E

t0,5 1,00

30

40

%E

t0,5 1,00

SPTR = 1 RPM



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+-

E

SP

PV

MV

P

I++

D

+

DERIVATIVA NO ERRO

+

-E

SP

PV

MV

P

I++

D

+

DERIVATIVA NA MEDIO

P + I + D PARALELO



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DERIVATIVA NO ERRO

+-

E

SP

PV

MV

I

D

++

P

DERIVATIVA NA MEDIO

+- E

SP

PV

MVI

D

++

P

P + I + D MISTO



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REL DE SINAL ALTO

RELS ANALGICOS

>FYA B

C

A = 10 PSI

B = 6 PSI

C = 10PSI

REL DE SINAL BAIXO

>

FYA B

C

A = 10 PSI

B = 6 PSI

C = 6 PSI


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REL SELETOR DE FAIXA

FYA

B

LIMITES = 6 A 12 PSI

A = 13 PSI

B = 12PSI

REL MULTIPLICADOR DE SINAL SIMPLES

X

FY A

OUT

A = 12 PSI

Fator = 0,8

OUT= 10,2 PSI

RELS ANALGICOS


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REL MULTIPLICADOR COM SINAL SETADO REMOTAMENTE

X

FY Y = 12 PSI -fator

OUT

x = varivel principal = 6 PSI

Fator = 0,75 a 1,25

Y = varivel fator = 12 PSI

OUT= 6,375 PSI

X = 6PSI

REL DIVISOR DE SINAL SIMPLES

FY X

OUT

X = 10,2 PSI

Fator = 0,6

OUT= 15 PSI

RELS ANALGICOS


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REL DIVISOR COM SINAL SETADO REMOTAMENTE

FY Y = 6 PSI fator

OUT

x = varivel principal = 10,2 PSI

Fator = 0,6 a 1,4

Y = varivel fator = 6 PSI

OUT= 12 PSI

X =10,2PSI

RELS ANALGICOS

REL SOMADOREXE. 01 A = 0 a 8.000 BTU/h

B = 0 a 10.000 BTU/h (supre totalmente)

Sada = 0 a 10.000 BTU/h

A = 6 psi (2.000 BTU/h)B = 9 psi (5.000 BTU/h)

FY

B

OUT

A

Ganho da entrada A = 0,8

OUT = 11,4 psi (70%) = 7.000 BTU/h


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RELS ANALGICOS

REL SOMADOREXE. 02

A = 0 a 40 GPM

B = 0 a 60 GPM

C = 0 a 100 GPM

Total = 200 GPM

200 GPM = 100%

A = 9 PSI

B = 9 PSIC = 9 PSI

OUT = (50 x 0,2) + (50 x 0,3) + (50 x 0,5) = 50% = 9 psi = 100 GPM

OUT = 20 GPM + 30 GPM + 50 GPM = 100 GPM

B

OUT

A FYC

40 GPM = 20% = 0,2

60 GPM = 30% = 0,3

100 GPM = 50% = 0,5


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RELS ANALGICOS

REL SOMADOREXE. 02

A = 0 a 40 GPM

B = 0 a 60 GPM

C = 0 a 100 GPM

Total = 200 GPM

200 GPM = 100%

A = 9 PSI

B = 9 PSIC = 9 PSI

OUT = (50 x 0,2) + (50 x 0,3) + (50 x 0,5) = 50% = 9 psi = 100 GPM

OUT = 20 GPM + 30 GPM + 50 GPM = 100 GPM

B

OUT

A FYC

40 GPM = 20% = 0,2

60 GPM = 30% = 0,3

100 GPM = 50% = 0,5


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RELS ANALGICOS

REL SUBTRATORSubtrao de sinais equivalentes

(Ranges = 3 a 15 PSI)

OUT = X - Y

X =12 PSI

Y = 6 PSI

OUT = 126

OUT = 9 PSI

OUT

X FYY

PRINCIPAL

REL SUBTRATORSubtrao de sinais no equivalentes

X = 0 a 100 l/h

Y = 0 a 50 l/h

X = 9 PSI

Y = 6 PSI

OUT = 7,5 PSI

OUT

XFY

Y

Ganho para entrada Y = 0,5

PRINCIPAL

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