8 Controle Multivariável
11. Conceitos de Projeto do Controle
Após ter aprendido um pouco acerca do equipamento e de várias estratégias usadas em controle, é possível agora falar acerca de alguns conceitos básicos de projeto do sistema de controle. Neste ponto, a discussão será totalmente qualitativa, fornecendo uma visão ampla de como encontrar uma estrutura de controle efetivo e projetar um processo facilmente controlado.
Deve-se feita a consideração da dinâmica no projeto de uma planta, nos primeiros estágios, preferivelmente durante a operação e projeto da planta piloto. Por exemplo, é importante ter pausa em vasos de surge, linhas de refluxo, bases de coluna, para fornecer um amortecimento efetivo dos distúrbios (p. ex., de 5 a 10 minutos). Um excesso suficiente de transferência de calor deve ser disponível em reboilers,
condensadores, jaquetas de resfriamento, para ser capaz de manipular as variações dinâmicas e distúrbios durante operação. Os sensores e as medições devem ser localizadas, de modo que possam ser usadas para controle efetivo.
11.1. Critérios Gerais
Alguns critérios recomendados são discutidos abaixo, juntos com alguns exemplos de suas aplicações. 1. Manter o sistema de controle tão
simples quanto possível. Todo mundo envolvido no processo, do operador até o gerente da planta, deve ser capaz de entender o sistema. Use o menor número possível de
instrumentos de controle. Cada equipamento adicional que é incluído no sistema é um item a mais que pode falhar ou se desviar. O vendedor nunca irá dizer isso a ninguém, é claro.
2. Usar o controle feedforward para compensar distúrbios da medição grandes, freqüentes e mensuráveis. 3. Usar o controle override para operar
em ou para evitar limites.
4. Evitar atrasos e tempos mortos em malhas de realimentação negativa. O controle é melhorado mantendo os atrasos e tempos mortos dentro da malha tão pequenos quanto
possíveis. Isto significa que os sensores devem ser localizados próximos dos pontos onde a variável manipulada entra no processo.
5. Usar controlador de nível apenas com a ação proporcional em tanques de surge e bases de coluna para amortecer os distúrbios.
6. Eliminar os pequenos distúrbios, usando sistemas de controle cascata, onde possível.
7. Evitar interação de malha de controle, se possível, mas se não for possível, garanta que os controladores sejam sintonizados para fazer todo o sistema estável.
8. Verificar o sistema de controle com relação a problemas dinâmicos potenciais durante as condições anormais de operação ou nas condições de operação que não sejam iguais às de projeto. A habilidade do sistema de controle trabalhar bem sobre uma grande faixa de condições é chamada de flexibilidade. Partidas e paradas também devem ser estudas. A operação em pontos de baixa produção ou no início da faixa pode também ser um problema. Os ganhos do processo e constantes de tempo podem variar drasticamente em baixas vazões e a re-sintonia do controlador pode ser necessária. A instalação de válvulas iguais de controle (uma grande, outra pequena) pode ser necessária.
9. Evitar a saturação da variável manipulada. Um bom exemplo de saturação é o controle de nível de um linha de refluxo em uma coluna de destilação que tem uma relação de refluxo muito alta.
10. Evitar associar malhas de controle. As malhas de controle devem ser agrupadas somente se a operação da malha externa depender da operação da malha interna.
11.2. Controle Global da Planta
A discussão até agora só tratou de um único controlador a realimentação negativa e estabeleceu uma estratégia de controle para uma operação unitária: um reator, uma coluna, uma torre de resfriamento, um trocador de calor, uma caldeira, um compressor. O próximo nível de complexidade é olhar uma planta inteira operando, que é constituída de muitas operações unitárias ligadas em série e paralelo, com material e energia de reciclo entre as várias partes da planta. Isto é um dos trabalhos mais difíceis do controle de processo.Buckley foi um dos pioneiros neste aspecto de controle. Sua metodologia de projeto da planta global consiste dos seguintes passos:
1. Fazer o esquema lógico do controle para manipular todas as malhas de níveis e pressão de líquidos, em toda a planta, de modo que as vazões de uma unidade para a próxima sejam tão suáveis quanto possível. Buckley chamou estas malhas de balanço de material. Se a vazão de alimentação é estabelecida na frente do processo, as malhas de balanço de material devem ser colocadas na direção da vazão, i.e., a vazão de saída de cada unidade é estabelecida por um nível ou pressão de liquido na unidade. Se a vazão de saída do produto da planta é estabelecida, as malhas de balanço de material deve ser na direção oposta da vazão, i.e., a vazão em cada unidade é estabelecida por um nível ou pressão de liquido na unidade.
2. Depois projetar as malhas de controle de composição para cada operação unitária. Buckley chamou estas malhas de qualidade do produto. Determine as constantes de tempo de malha fechada destas malhas de qualidade do produto. 3. Dimensionar os volumes de pausa,
de modo que as constantes de tempo de malha fechada das
malhas de balanço de material sejam um fator de 10 maiores que as constantes de tempo das malhas de qualidade de produto. Isto quebra a interação entre os dois tipos de malhas.
11.3. Otimização de controle
Genericamente, otimização é a estratégia que dá o melhor resultado obtível sob um determinado conjunto de condições. Matematicamente, otimização é a tarefa de achar um grande pico em um espaço multidimensional. Para o engenheiro prático, otimização sugere um exercício altamente teórico, que não é muito relevante no mundo real, onde tubulações vazam, sensores se entopem e bombas cavitam. Otimização é a integração do know-how do controle de processo para maximizar a produtividade industrial.É desejável controlar o que uma planta produz. Plantas não produzem vazão, pressão, temperatura, nível e análise, portanto, estas variáveis são apenas limites ou restrições. As variáveis controladas podem ser relacionar com a produtividade ou eficiência da planta. A otimização causa o fim da era das malha de controle isoladas e o início do controle de envelope multivariável. O envelope é um polígono, com os lados
representando vazão, pressão, temperatura, nível, análise e outras variáveis de processo. Dentro deste envelope está o processo que é continuamente movido para a máxima eficiência.
A otimização multivariável é o
enfoque do senso comum ou a técnica de controle aplicada pela natureza e
freqüentemente é também o método de controle mais simples e mais elegante.
Só se aplica otimização a um processo que já opere. Otimizar um controle é aumentar o modelo do processo, adicionando o custo, com ponto de ajuste zero.
Fig. 8. 11. Vista de uma planta instrumentada globalmente Rede L A N / Ethern et BRIDGE FIELDVUE® Instrument s FIELDVUE® Instruments Controlador Painéis de terminais Fiação de campo Gabinete de terminais Highwa y de dados Negócios Barra mento I/O Gabinete do Sistema Instrumentação de campo