Instrumentação Cap 1 - Introdução, Trabalhos de Tecnologia Industrial
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Instrumentação Cap 1 - Introdução, Trabalhos de Tecnologia Industrial

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Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução 3

Índice

1- INTRODUÇÃO: ____________________________________________________ 4

1.1 - HISTÓRICO / EVOLUÇÃO ____________________________________________ 4

1.2 - DEFINIÇÕES BÁSICAS _______________________________________________ 7

1.3 - SISTEMAS DE CONTROLE___________________________________________ 10

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

1.4.1 - Servomecanismo:____________________________________________________ 15

1.4.2 - Regulatório: ________________________________________________________ 16

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 CONTROLE____________________ 16

1.6 - EXERCÍCIOS:_______________________________________________________ 17

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução 4

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)].

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Depois da II. 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 macro- decisões, 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.

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Figura 1.1 - Controle Integrado de Manufatura – CIM

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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 :

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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

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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.

Iniciamos nossa análise para esse caso, supondo que ambas (entradas e saída) tenham a mesma vazão e consequentemente não alteramos o nível “h”.

Figura 1.5 - Exemplo 2: entrada e saída constantes

Aumentando a vazão de entrada para um valor constante, observaremos um acréscimo de nível, superior ao nível “h”, até que venha a transbordar, pois a saída terá o mesmo valor constante de vazão.

Figura 1.6 - Exemplo 2: Aumento do nível com o aumento da entrada

Da mesma forma de análise para a situação inversa, obteremos um decréscimo de nível em relação ao nível “h”, até o total esvaziamento da caixa.

Figura 1.7 - Exemplo 2: diminuição do nível com o aumento da saida

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Esse tipo de processo, portanto, não tem a característica de auto- regulação. De maneira geral os processos dotados de auto-regulação são mais simples de serem regulados ao passo que, os que não tem auto- regulação são difíceis ou até mesmo impossíveis.

1.3 - SISTEMAS DE CONTROLE

Um sistema de controle é um conjunto de componentes agrupados com a finalidade de controlar uma energia de entrada para alcançar uma saída desejada. Por exemplo; num sistema de controle de temperatura, a energia térmica é regulada para manter a temperatura em um determinado valor dentro de uma faixa preestabelecida. O controle de processos, consiste em supervisionar, monitorar e comandar as entradas e saídas dos processos para que as transformações sejam efetuadas dentro dos limites preestabelecidos.

O controle pode ser manual ou automático. O primeiro é efetuado através dos sentidos e ação humana, enquanto o segundo, não depende da interferência direta humana (sistema automático).

Os sistemas de controle são divididos quanto a Estrutura e Função de Transferência em:

- Malha aberta: A ação de controle não depende das informações de saída. Este tipo de controle é chamado controle com ajuste manual.

- Malha fechada: A ação de controle depende de informações da reação da saída (realimentação),

No controle em Malha Aberta a entrada define o comportamento do controlador, cérebro do sistema, e este responde agindo no ambiente, sem verificar depois se o nível da grandeza física corresponde de fato à entrada; não há sensor para observar algum eventual desvio, nem realimentação, para corrigi-lo.

Ex.: Uma fonte de alimentação regulada com transistor é, na realidade, um sistema de controle de malha aberta; se a corrente da carga variar, a tensão na saída pode variar até algumas dezenas de mV, devido à variação na tensão Vbe.

Figura 1.8 - Regulador a zener – malha aberta

A entrada, neste sistema, é a tensão de referência fornecida pelo diodo zener, na base do transistor;

A saída, nesse mesmo sistema, no emissor é, aproximadamente 0.7 V menor. O transistor, que é o controlador, amplifica a corrente, fornecendo à carga mais corrente que poderia ser obtida sobre o zener, na base.

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Os sistemas de Malha Fechada verificam a ocorrência de desvios, pois contém um sensor, que monitora a saída (amostragem da variável a ser controlada), fornecendo um sinal que retorna à entrada, formando uma malha de realimentação (feedback). A entrada (referência) é combinada com a realimentação em um comparador que fornece um sinal de erro, diferença entre os sinais, que orienta o controlador.

Poderemos dar dois exemplos de um sistema em malha fechada: 1- O operador de um reservatório verifica se o nível máximo foi atingido

(set-point) através de uma régua de nível, que é o sensor. O sinal de erro é a diferença entre o nível máximo, que é a entrada desejada, e a saída, que é o nível atual. A comparação entre ambos é feita na mente do operador, que age abrindo ou fechando o registro conforme o erro seja para mais (excesso do fluído) ou menos. Ele é ao mesmo tempo o comparador, o controlador e o atuador neste sistema elementar.

2- O outro exemplo, é verificado diariamente quando tomamos banho de chuveiro e temos a nossa disposição água fria e água quente para regularmos a temperatura ideal da água. Nosso corpo, nesse caso, comporta-se como um medidor de temperatura enquanto o nosso cérebro comporta a temperatura que desejamos com a medida. Por intermédio de nossas mãos, o cérebro envia comando para a abertura maior ou menor das torneiras.

Como vemos, os sistemas de controle em malha fechada são mais precisos, pois detectam e corrigem os desvios. A maioria dos sistemas atuais, é deste tipo.

Os sistemas em malha aberta são usados onde a freqüência ou a conseqüência dos desvios não justificam a complexidade e o custo maior dos sistemas em malha fechada.

Os sistemas de controle costumam ser representado graficamente através de diagramas de blocos. Este método de representação simbólica dos sistemas mostram o relacionamento entre as partes e o fluxo dos sinais. No estudo do comportamento dos sistemas de controle, os blocos representam funções/operações matemáticas.

Figura 1.9 – Diagramas de blocos

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Os diagramas mostram graficamente o funcionamento dos sistemas, e valem para qualquer tecnologia ou grandeza controlada, o que varia, é apenas a atuação de cada bloco. Os blocos podem ser associados e simplificados utilizando a álgebra dos blocos.

Em um sistema em malha aberta, a entrada é o nível desejado da grandeza a ser controlada. O controlador avalia este sinal e envia um outro (que pode ser elétrico ou mecânico, conforme o sistema) ao atuador, que é o elemento que age no ambiente de modo a alterar a grandeza.

ENTRADA SAÍDA

Figura 1.10 – Sistema de Malha Aberta – Diagrama de blocos

Um sistema elementar de controle de tensão de saída de um gerador C.C., pouco em uso, compõe-se de um reostato (resistor ajustável de potência) em série com o enrolamento de campo (excitatriz) do gerador. Um operador (controlador) ajusta o reostato, que é o atuador, comparando com uma escala aferida (dial) variando a tensão de saída (V0). O sistema não é auto regulado, e a tensão de saída poderá mudar conforme a carga (corrente solicitada) na saída ou variação de velocidade da máquina primária.

CONTROLADOR ATUADOR

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Figura 1.11 – Controle da tensão de saída de um Dínamo – Malha aberta

Para efeito de estudo de um controle de processo os diagramas de blocos para sistemas em malha fechada são representados como mostrado na figura a seguir:

Figura 1.12 – Digrama de blocos simplificado para estudo de sistemas automáticos. R– Referência; ε - Erro; m – V. manipulada; C – V. controlada; F – Feedback)

Além dos blocos que compunham o sistema de controle em malha aberta, temos um sensor, que reage à grandeza física enviando um sinal ao bloco somador, que subtrai este sinal ao de entrada (observe os sinais + e - nas entradas), fornecendo um sinal de erro ao controlador. Este sinal é a entrada do controlador, que o avalia e tenta corrigir o desvio captado pelo sensor, através de um novo comando ao atuador.

A realimentação pode ser positiva ou negativa:

- Positiva é quando a informação de saída não se opõe ao sinal da entrada do processo. Neste caso se perde o controle, pois, não haverá correção para o valor ajustado.

- Negativa é quando o sinal de saída se opõe ao sinal de entrada, possibilitando assim a correção para o valor preestabelecido.

A maioria dos sistema de controle são em malha fechada, devido as vantagens da realimentação negativa.

Considerando os objetivos específicos deste trabalho, será considerado para estudo o controle automático. Um controle automático possui uma arquitetura básica genérica mostrada a seguir.

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Figura 1.13 - Arquitetura básica de um sistema de controle.

Os sistemas de controle podem ser de um único laço de realimentação (SINGLE LOOP CONTROLLERS) ou de multi-laços (MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT).

Os sistema de controle também se dividem em analógicos e digitais, conforme os sinais manipulados pelo controlador. Veja que as grandezas físicas são sempre analógicas, variando desde um valor mínimo a um máximo continuamente.

Nos analógicos, todos os sinais são analógicos, e o controle é feito em tempo integral. O Sistema de Controle é mais simples e em geral, mais econômico. Suas desvantagens são a pouca flexibilidade, pois só se pode alterar alguns parâmetros, não o tipo de ação de controle, a menos que se altere o controlador (mudando o circuito, se o sistema de controle for eletrônico).

Os digitais são mais complexos, pois requerem sempre uma interface de entrada, conversor analógico-digital, que converte os sinais de forma a serem entendidos pelo controlador, e uma de saída, conversor digital- analógico, adaptando a saída do controlador (em alguns casos não é necessária, já que muitos atuadores, são digitais - ligam ou desligam). Eles se diferenciam também por atuarem por amostragem, ou seja, de tempos em tempos o controlador atua, de acordo com o programa de controle, formando ciclos, entre os quais o sistema não reage. Seu custo mais elevado (hoje cada vez menor, devido a evolução tecnológica) é contrabalançado pela grande flexibilidade, pois basta alterar o programa para mudar o tipo de ação de controle e seus parâmetros.

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Para controladores digitais, no bloco de controle, estão incluídos os conversores analógicos/digitais (A/D) e digitais/analógicos (D/A), bem como o software de controle (programa aplicativo).

Os sistemas de controle podem ser analógicos ou digitais, contudo nosso interesse no momento são os controladores digitais, os quais possuem a mesma arquitetura de computadores VON NEUMANN, formada por 03 grandes blocos (unidade central de processamento – CPU, memória e dispositivos de entrada e saída), desta forma o diagrama de blocos passa a ser o seguinte.

Figura 1.14 – Diagramas de Bloco dos Sistemas de Controle

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

1.4.1 - Servomecanismo:

Nesse sistema decontrole, a saída ou variável controlada, é uma posição mecânica ou taxa de mudança de um movimento.

O controle de posição um motor CC e a posição de um motor de passos (step motor), são os exemplos mais comuns de servomecanismo.

Nos servomecanismos a referência é variável e a variável manipulada pode assumir diversos valores.

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1.4.2 - Regulatório:

Sistema de controle cuja referência é constante e a variável manipulada assume diversos valores para manter a variável controlada em um valor constante. Como exemplos deste sistema de controle podemos citar : Controle de velocidade de um motor; Controle de temperatura de uma estufa, Tensão de saída de uma fonte, etc.

1.4.3 - Sistema de controle numérico:

Hoje em dia, com o advento dos microprocessadores, muitas operações de manufatura de peças são feitas através de controles numéricos (CNC – controle numérico por computador). As informações numéricas incluem informações de variáveis a serem controladas, tais como: Velocidade, posição; e direçãoque codificadas em forma de instruções. Estão incluídos neste tipo de manufatura as seguintes atividades: Furacão, fresagem, torneamento, retífica e usinagem em geral. A maior vantagem dos controles numéricos esta na facilidade e flexibilidade na troca de medidas a serem adotadas.

1.4.4 - Sistema de controle seqüencial:

É um sistema cujas operações são predeterminadas e em seqüências. As lavadoras automáticas e as máquinas de lavar em geral são exemplos de controles seqüenciais. Máquinas de beneficamento de mármores e granitos como talhas blocos e polidoras, também seguem controles em seqüência.

1.4.5 - Controle de Processos:

Neste tipo de sistema de controle, são controlados as variáveis do processo de manufatura separadamente visando um resultado comum. Alguns dos mais comuns sistemas de controles de variáveis são: Temperatura, pressão, nível , condutividade, ph, etc. Fábricas de automóveis, têxteis, geração de energia e refinarias são exemplos típicos de controle de processos de manufatura.

1.5 - CARACTERÍSTICAS dos SISTEMAS DE CONTROLE

Embora diferentes sistemas são projetados para realizar as mais diversas funções, todos eles possuem algumas características em comum. As características mais importantes de um sistema de controle são: Estabilidade; Precisão; Velocidade de resposta; e sensibilidade. Estas características definem a qualidade de um controle.

Estabilidade: - capacidade de atingir a posição de equilíbrio e nela permanecer. Um sistema é estável se suas saídas mantém um certo valor em um tempo finito depois que a entrada é aplicada, quando a saída do sistema permanece constante e não muda em função do tempo. Um sistema instável,

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ao contrario, nunca chega a um valor definido. A saída de um sistema instável cresce com o aumento do tempo até o sistema entrar em colapso.

Precisão: - Indica o quanto a variável medida esta próxima da real. A precisão indica a aproximação com que a variável controlada esta em relação ao valor desejado, a diferença chama-se erro. Desta forma a precisão indica o desvio do valor atual de saída em relação ao valor desejado, é a medida relativa da performance do sistema. Em sistemas reais, estabilidade e precisão interagem um com outro, em outras palavras, podemos perder a estabilidade de um sistema na tentativa de aumentar a sua precisão, ou na tentativa de aumentar a estabilidade podemos diminuir a precisão.

Velocidade de resposta: - Capacidade do sistema atingir uma nova posição de equilíbrio no menor intervalo de tempo. A velocidade de resposta é um importante fator a ser considerado nos projetos de sistemas de controle. A velocidade de resposta é a medida da rapidez com que a saída atinge um valor estável após a aplicação de um valor na entrada.

Sensibilidade: - A mínima variação que pode ser vista (medida) pelo sistema. A sensibilidade de um sistema é a medida de quanto sensível são sua saídas às variações das grandezas físicas. Em um sistema bem projetado, as saídas só dependem dos valores da entrada e não de sinais indesejados, chamados de distúrbios.

1.6 - EXERCÍCIOS:

01. Desenhe um diagrama de blocos mostrando a arquitetura básica de um sistema de controle digital.

02. Defina os seguintes termos utilizados em sistemas de controle de processos: a)Sistema b)Controle c)Processo d)Set Point

03. Mostre a evolução dos sistema de controle e compare com os sistemas atuais.

04. Mostre um exemplo de um sistema de controle, evidenciando os seguintes elementos: Variável controlada; manipulada; secundária; meio controlado e agente de controle. defina cada um deles.

05. Como se classificam e quais as características dos sistemas de controle quanto a função de transferência? explique através de exemplos práticos.

06. Quais as principais características desejáveis em um sistema de controle, defina-as.

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução 18

07. Quais os valores normalizados (padrões internacionais) para transmissão dos sinais de: a) Pressão b) Corrente c) Tensão

08. Quais os níveis básicos dos controles integrados de manufatura cim? mostre através de um diagrama a interação entre eles.

09. Suponha que para a torradeira abaixo, cada elemento aquecedor fornece a mesma quantidade de calor por todos os lados do pão e a qualidade da torrada pode ser determinada pela sua cor. A torradeira está inicialmente programada para qualidade de torrada desejada por meio do botão de ajustamento de cor. Este ponto não necessita de ajuste, a não ser que o critério de qualidade mude. Quando o interruptor está fechado, o pão é torrado até que o detector de cor veja a cor desejada. Então o interruptor é automaticamente aberto. Determine e justifique:

a) Tipo de controle; b) O sistema é malha aberta ou fechada? c) Desenhe em bloco toda a malha de controle especificando cada elemento e

cada variável de entrada e saída de cada elemento, d) Quais as variáveis e elementos de controle.

Figura 1.15 – Torradeira automática

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução 19

10. Dado o sistema abaixo de controle de temperatura de um tanque, de tal forma que o transdutor é responsável por transformar a natureza térmica por variável de outra natureza, a válvula vai fechando à medida que a temperatura se aproxima da desejada. Responda e justifique:

a) Monte em blocos os componentes do sistema;

b) Qual o tipo de controle quanto a ação de controle;

c) O sistema é Automático ou Manual;

d) O Processo é contínuo ou discreto;

e) Diga qual é a variável controlada e a manipulada.

Figura 1.16 – Aquecedor com trocador de calor

11. Desenhe em diagrama de bloco os diversos componentes do sistema de controle realimentado, especificando em cada bloco qual a variável de entrada e a variável de saída e qual a função de cada bloco.

• Processo • Medidor • Atuador • Controlador • Elemento de comparação • Quais as variáveis e elementos de controle.

Figura 1.17 – Sistema de controle realimentado

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12. Para o sistema abaixo determine e justifique: a) Tipo de controle; b) Sensor (transdutor); c) Condicionador de sinais; d) Controlador; e) Atuador; f) Variável controlada; g) Variável de referência.

Figura 1.18 – Controle de posição de um coletor solar

13. A figura abaixo mostra o controle de temperatura através de um termômetro de bulbo. Quando a temperatura está acima da desejada, o bulbo se dilata abrindo os contatos para alimentação do contator que alimenta a resistência de aquecimento, fazendo que a temperatura decresça. Quando a temperatura decresce, o bulbo se contrai fazendo que os contatos se juntem e ocasione a alimentação da resistência.

Desenhe em diagrama de blocos o sistema de controle e especifique cada elemento e suas respectivas variáveis de entrada e saída.

Quais as variáveis e elementos de controle.

Figura 1.19 – Controle de temperatura a termostato tipo bulbo

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14. Numa fábrica de automóveis, deseja-se automatizar o processo de pintura de portas. Um determinado modelo de carro será lançado com um novo padrão de cor que consiste na mistura de tinta vinho com azul. Para obter a cor desejada o processo se dá da seguinte maneira:

• Existe um jato de tinta vinho e um jato de tinta azul, acionado por compressores;

• A mistura deve ser feita a medida que se processa a pintura da peça; • Existe um espalhador de tinta movido pelo motor, que espalha a tinta

dentro das dimensões da peça. Pergunta-se: a) O processo em questão é discreto ou continuo; justifique. b) As variáveis manipulada e controlada; justifique. c) Sugira os tipos de sensores e atuadores; justifique. d) Desenhe em bloco a malha ou as malhas de controle e para cada malha

diga se o controle é servomecanismo ou regulatório. e) Descreva um algoritmo para o controle usando expressões do tipo ( ativa, lê

sensor, se, então, enquanto, interrompa.- lista de comandos)

15. Considere o diagrama esquemático de um processo de produção de barras de alumínio, da figura. Neste processo, é importante que a temperatura do alumínio que chega ao molde esteja “próximo” do valor especificado. Por este motivo, o sensor de temperatura é colocado próximo do molde, a uma distância d da saída do forno. Este fato produz um “atraso de transporte”, que leva a dificuldades de controle. Pergunta-se:

a) O processo em questão é discreto ou continuo; justifique. b) As variáveis manipulada e controlada; justifique. c) Desenhe em bloco a malha ou as malhas de controle e para cada malha

diga se o controle é servomecanismo ou regulatório.

Figura 1.20 – Controle de uma fabrica de barras de alumínio

Conceitos
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