Controle de processos SDCD, Notas de aula de Engenharia Naval

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Controle de Processos

Aula 2– Controle de Processos_SDCD. "Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma"****. Lavoisier.

Objetivo

1. Identificar os principais instrumentos utilizados para a implementação de

sistemas de controle, tais como os instrumentos de medição, transmissão,

controladores e atuadores.

2. Desenvolver estratégias para controle de variáveis de processo, demonstrando

as suas características, vantagens e desvantagens.

3. Descrever a resposta dinâmica de processos industriais utilizando modelos

matemáticos fenomenológicos e empíricos, para fins de análise, projeto e

operação de sistemas de controle.

4. Projetar e sintonizar controladores de realimentação, analisando a estabilidade

da malha de controle e utilizando diferentes técnicas de sintonia disponíveis na

literatura.

5. Executar simulações para fins de estudo e controle das principais variáveis de

processos, usando o MATLAB.

Plano de ensino da Disciplinas (Ap2) Dia Assunto Resposta dinâmica dos sistemas de primeira ordem: resposta ao degrau, rampa, resposta senoidal, resposta com atraso no tempo. Sistemas de segunda ordem (sistema superamortecido; criticamente amortecido e subamortecido. Aplicações, características, vantagens e desvantagens dos principais tipos de Controladores de realimentação. Ações Proporcional (P); Proporcional Integral (PI) e Proporcional, Integral, Derivativo (PID). Conceito de sintonia; procedimento de sintonia; objetivos da sintonia; especificação da resposta em malha fechada; métodos de sintonia existentes na literatura, em especial, o método de Ziegler e Nichols e Cohen Coon. Projeto de Sistemas de Controle de Processos. Função de Transferência da Malha Fechada. Equação Característica da Malha. Resposta da Malha Fechada no estado estacionário. Estabilidade da malha de controle. Análise de Sistemas de Controle de Realimentação através do lugar das raízes. Representação Gráfica de Diagramas de Lugar das Raízes. Análise de Sistemas de Controle através de resposta em frequência. Estudo do tutorial do Matlab (Simulink ) e reprodução de exemplos. Modelagem, simulação de processos no Simulink. Estudo de caso de sintonização, estudo de casos operacionais. Análise do desempenho da malha de controle. Modelagem, simulação de processos diversos, encontrados na literatura, trazidos pelos alunos e reproduzidos no Simulink. Estudo de caso de sintonização, estudo de casos operacionais. Análise do desempenho da malha de controle. Revisão da AP 2 AP 2

Estas aulas estão baseadas nos livros/apostilas:

Sistemas de Controle

• O controle automático de processos basicamente desde seus

primórdios atravessou algumas modalidades de como o operador

iria atuar no processo. Passamos a fazer um resumo histórico dessas

fases.

– Antes da segunda Guerra Mundial o controle automático era

verdadeiramente distribuído. Um fluxo poderia ser controlado tal

como mostra na ilustração.

Sistemas de Controle

• Embora razoavelmente sofisticados, os controladores de então não

solucionavam três grandes dificuldades:

– O operador estando em um ponto de controle não tinha informações

do que estava ocorrendo no resto da planta industrial;

– Alguns controles dependiam do inter-relacionamento de medidas

diversas, em pontos diversos, para maior eficiência do processo;

– o ajuste dos controladores exigia deslocamentos constantes dos

operadores ate a área;

Sistemas de Controle Centralizados

• SISTEMAS DIGITAIS : Com a evolução de sistemas eletrônicos de

controle, naturalmente surgiram oportunidade de uso dos

computadores eletrônicos digitais e trabalhando inicialmente com

os conceitos de sistemas centralizados do tipo:

– Centralizados:

• DAS (Sistemas de Aquisição de dados “Data Aquisition System”),
• SPC ( Sistemas de Controle Supervisório “Set-Point Control) e
• DDC (Controle Digital Direto “Direct Digital Control”) e

• Sistemas Digitais Distribuídos:

• Os atuais sistemas distribuídos do tipo SDCD.

SISTEMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS - DAS

• SISTEMAS CENTRALIZADOS:

– SISTEMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS - DAS (DATA AQUISITION

SYSTEMS): Antes de executar uma tarefa de controle é necessário

medir as variáveis do processo e, por isto, uma das primeiras

aplicações de computadores digitais em processo foi a de aquisição

ou coleta de dados.

SISTEMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS - DAS

• O operador obtém informações sobre o processo, dialogando com o

computador através de terminais de vídeo, analisando relatórios de

balanços, cálculos, registros, alarmes e eventos que são fornecidos

pelos periféricos de impressão.

• Baseando-se nestas informações, o operador ajusta os pontos de

controle dos instrumentos convencionais de controle analógico aos

quais cabe o efetivo controle das variáveis do processo.

SISTEMAS DE CONTROLE SUPERVISÓRIO - SPC

• SISTEMAS DE CONTROLE SUPERVISÓRIO - SPC(SET POINT CONTROL)

SISTEMAS DE CONTROLE SUPERVISÓRIO - SPC

• SISTEMAS DE CONTROLE SUPERVISÓRIO - SPC(SET POINT CONTROL)
  • Os controladores convencionais devem assumir o controle da unidade quando ocorrer alguma falha no computador e, para tanto, eles devem possuir as seguintes características: - Circuito de memória de set point para armazenamentos do último valor

de set point recebido.

• Contato para detecção de falha no computador.
• Dispositivo de chaveamento de comando pelo computador para

comando pelo controlador.

SISTEMAS DE CONTROLE SUPERVISÓRIO - SPC

• Como vantagens teríamos:
  • Adequação tanto em processos contínuos como discretos
  • Capacidade de executar algoritmos de teoria moderna de controle
  • Capacidade de executar um gerenciamento da produção
  • Grande precisão das ações de controle
  • Aumento da produtividade
  • Redução do consumo de energia
  • Aumento do tempo útil de operação
• Como limitações temos:
  • Grande complexidade
  • Alto custo do desenvolvimento e manutenção do software
  • Alto custo de engenharia
  • Baixa tolerância a falhas
  • Alto custo de alta disponibilidade
  • Alto custo da instrumentação analógica de back-up

SISTEMAS DE CONTROLE DIGITAL DIRETO-DDC

• DDC- (DIRECT DIGITAL CONTROL): Num sistema DDC também são operacionais as funções dos sistemas DAS e, além disso, o computador atua diretamente sobre os elementos finais de controle , contornando os controladores analógicos convencionais. Neste caso, os algoritmos de controle estão armazenados na memória do computador o que permite uma extensa gama de funções de transferência além dos tradicionais P,I, D.
• Originalmente, esperava-se que os sistemas DDC pudessem ser justificados pela substituição direta da instrumentação convencional. No entanto, posteriormente foi provado que apesar da elevada disponibilidade do computador, sempre haveria a possibilidade de falhas e os operadores relutavam em operar sem uma instrumentação analógica de back-up , já que um mau funcionamento do computador poderia causar a perda simultânea de todo o controle do processo.

SISTEMAS DE CONTROLE DIGITAL DIRETO-DDC

• As vantagens e limitações de um sistema DDC são as mesmas apresentadas anteriormente para os sistemas SPC.
• As limitações acrescenta-se o alto custo das estações de back-up necessárias para prevenir a perda do controle de todo o processo no caso de falha do computador.