Controle de Processos Industriais

Controle de Processos

• A engenharia de controle objetiva o controle de variáveis específicas de um sistema, baseando-se na realimentação (ou retroação).
• O especialista em controle gerencia instrumentação, projeta sistemas e aplica estratégias de controle, comunicação digital, computação, programação e manutenção.

Processos

• Processos são um conjunto de atividades ou passos com o objetivo de atingir uma meta, utilizados para criar, inventar, projetar, transformar, produzir, controlar, manter e usar produtos ou sistemas.
• Processos industriais compreendem procedimentos com passos químicos ou mecânicos em manufatura de itens em larga escala.

Variáveis e Controle

• Variável de processo é qualquer grandeza ou condição passível de variação.
• Controle de processos é a técnica de manter variáveis como temperatura e pressão em valores predeterminados.
• Isso é feito por um procedimento que calcula correções proporcionais variáveis medidas em tempo real.

Automação e Variáveis Controladas

• Automação é um sistema de controle automático que verifica seu próprio funcionamento, fazendo medições, introduzindo correções sem intervenção humana.
• Variável controlada é aquela sobre a qual o controle atua para manter um comportamento desejável.

Variável Manipulada e Valor Desejado (Setpoint)

• Variável manipulada é qualquer variável do processo que causa uma variação rápida na variável controlada e que seja fácil de manipular.
• Valor desejado ou setpoint é o sinal de entrada que define o valor ideal da variável controlada, expresso nas mesmas unidades.

Análise de Sistemas de Controle

• A análise de sistemas de controle pode ser complexa devido a múltiplos elementos.
• Para facilitar, um processo pode ser simplificado e representado por um diagrama de blocos.

Diagramas de Blocos

• As setas em diagramas de blocos mostram a direção da informação, enquanto o bloco representa a operação aplicada à entrada para produzir a saída.
• Cada bloco é identificado por uma legenda, etiqueta ou símbolo.

Setpoint e Controlador em Diagramas

• Em um diagrama, o setpoint expressa a saída desejada, enquanto a variável controlada expressa a saída real.
• O controlador gera um sinal para diminuir o erro e idealmente, anulá-lo.

Sistemas de Malha Aberta

• Num sistema em malha aberta, o sinal de entrada é predefinido e baseado em experiências passadas para fornecer a saída desejada.
• Nesses sistemas não existe realimentação ou correção do sinal de entrada.

Sistemas de Malha Fechada

• Em malha fechada, o sinal de saída é realimentado e comparado com o sinal de entrada.
• Isso induz um sinal corrigido que influencia o sistema para atingir a saída desejada.

Estabilidade de Sistemas Controlados

• Sistemas controlados apresentam respostas variáveis a perturbações.
• Após acomodação ou reação a uma nova entrada, se espera que a saída permaneça estável após um período.

Regime Transitório e Permanente

• Uma resposta a alterações de carga é decomposta em regime transitório e permanente.
• O regime transitório corresponde ao período em que a variável controlada apresenta alterações após uma variação inicial.

Tempo de Subida (ts)

• ts é o tempo que a variável controlada leva para ir de 10% a 90% do setpoint.

Atraso ou Tempo Morto (L)

• L é o tempo que o processo leva para começar a responder a uma variação na variável manipulada.

Pico da Resposta (Mo) e Tempo de Estabilização (te)

• Mo é o pico da resposta (overshoot), sendo o valor que a variável ultrapassa o setpoint, expresso em termos percentuais.
• te é o tempo que a variável controlada demora para atingir 95% do seu valor em regime permanente.

Ações de Controle: Liga-Desliga

• Ação liga-desliga pode ser efetuada por uma chave simples, acionada por temperatura ou nível.
• O controlador compara o sinal de entrada com a realimentação, desligando o atuador se a saída supera a entrada; caso contrário, religa-o.

Ação Proporcional

• A ação proporcional é uma evolução do controle liga-desliga.
• Existe uma faixa proporcional ou banda na qual a proporcionalidade é mantida.
• A saída de um controlador proporcional varia dentro de limites máximos e mínimos.

Ação Integral

• A ação integral visa eliminar o erro de off-set da ação proporcional, reajustando o setpoint automaticamente.
• Atua progressivamente para reduzir a diferença entre o setpoint e o valor medido, corrigindo o erro lentamente.

Ação Derivativa

• A ação derivativa não pode ser empregue isoladamente, deve ser empregada separadamente de uma ação proporcional.
• Atua proporcionalmente à velocidade de variação do desvio.
• Diminui a velocidade das variações da variável controlada, evitando mudanças rápidas.

Ação Proporcional, Integral e Derivativa (PID)

• O controlador PID combina ações proporcional, integral e derivativa.
• O objetivo é otimizar o comportamento transitório e permanente do sistema controlado, aproveitando as características de cada ação.