8 Controle Multivariável
8. Controle Auto-Seletor
8.1. Conceito
O controle auto-seletor é também chamado de controle seletivo, limite,
override ou cut-back.
Há situações onde a malha de controle deve conhecer outras variáveis controladas, por questão de segurança e controle. Isto é principalmente verdade em plantas altamente automatizadas, onde o operador não pode tomar todas as decisões nas situações de
emergência, de partida e de parada do processo.
Fig. 8. 20. Controle auto seletor entre nível e
vazão do tanque
O controle auto seletor é uma forma de controle multivariável, em que a variável manipulada pode ser ajustada em qualquer momento, por uma variável, selecionada automaticamente entre diversas variáveis controladas diferentes.
A filosofia do controle auto-seletor é a de se usar um único elemento final de controle manipulado por um controlador, selecionado automaticamente entre dois ou mais controladores. Tendo-se duas ou mais variáveis medidas, aquela que estiver em seu valor crítico assume o controle do processo.
Outro enfoque de se ver o controle auto-seletor é considerar os dois
controladores ligados a uma única válvula de controle. Em condições normais, uma malha comanda a válvula; em condições anormais, a outra malha assume
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Tanqu AT A ATB AIC>
Reator TIC PIC realimentação externa ao modo integral∆
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TV B TV Aautomaticamente o controle, mantendo o sistema dentro da faixa de segurança. O controle normal é cortado apenas durante o período necessário para se
restabelecer a segurança do sistema. Quando a condição anormal desaparece, a malha normal assume novamente o controle.
8.2. Exemplos
O conceito de controle seletivo ou auto seletor é explicado pelo exemplo na Fig. 08, que mostra um tanque cujo nível é controlado pela modulação da válvula de controle na linha de dreno de saída. A vazão do dreno do tanque é controlada usando-se a mesma válvula. Há duas exigências do processo:
1. em operação normal, o tanque é esvaziado com uma vazão constante, estabelecida no
controlador de vazão. Vazão muito elevada é considerada critica. 2. o nível muito baixo é considerado
uma situação critica que deve ser evitada
Quando o nível ficar muito baixo, o controlador de nível entra
automaticamente em ação e substitui o controlador da vazão. Quando a vazão tender a aumentar, o controlador de vazão está em ação e também corta o excesso de vazão. Sempre, a válvula toma a posição menos aberta dos comandos dos dois controladores.
A escolha de qual controlador deve assumir o controle é feita
automaticamente por um relé seletor, que faz uma transição suave de um sinal de entrada para outro. A função seletora deste relé pode ser incorporada ao circuito do controlador.
Note que esta configuração é totalmente diferente do controle de cascata. No controle de cascata, nível cascateando a vazão, o ponto de ajuste do controlador de vazão é estabelecido automaticamente pelo controlador de nível. Assim, quando o nível diminui, a saída do controlador também diminui e o ponto de ajuste do controlador de vazão também diminui. No controle de cascata, a vazão é diminuída continuamente pelo abaixamento do nível.
No controle auto seletor, a vazão é constante e o valor é estabelecido
externamente pelo operador de processo. Em operação normal, a vazão é a
variável controlada e manipulada, ao mesmo tempo. Quando o nível atinge um valor crítico, automaticamente o
controlador de nível assume o controle. A partir deste ponto, a vazão de saída do tanque tende a diminuir com a diminuição do nível do tanque. Quando o nível é baixo, a variável controlada passa a ser o nível e a manipulada contínua sendo a vazão.
Outro exemplo de sistema de controle seletivo envolve sistemas com mais de um elemento sensor. Os sinais de três transmissores de temperatura localizados em vários pontos ao longo de um reator tubular entram em um seletor de alta (HS). A temperatura mais elevada é enviada ao controlador de temperatura cuja saída manipula a água fria. Assim, este sistema controla o pico de
temperatura no reator, qualquer que seja o ponto onde ela esteja.
Outro exemplo comum é o controle de duas vazões de um reator, onde o
excesso de um dos reagentes poderia levar a composição no reator para uma região onde poderia haver explosão. Assim, é vital que a vazão deste reagente seja menor do que algum valor crítico, relativo a outra vazão. São usadas medições múltiplas e redundantes da vazão e o maior sinal das vazões é usado para o controle. Em adição, se as
diferenças entre as medições de vazão excedem algum valor razoável, o sistema inteiro será intertravado, até que a causa da discrepância seja encontrada.
Assim, os controles over ride e
seletivo são muito usadas para manipular problemas de restrições e segurança. Os limites de alta e baixo nas saídas do controlador são também muito usadas para limitar o valor da variação permitido.
8.3. Características
O sistema de controle auto seletor, qualquer que seja o seu enfoque, sempre possui os seguintes componentes:
1. duas ou mais malhas de controle, com os transmissores de medição e os controladores.
2. um seletor de sinais, de mínimo ou de máximo. O seletor
eletrônico de sinais podem receber até quatro sinais
simultâneos. O seletor pneumático só pode receber dois sinais de entrada e são usados (n-1) seletores quando se utilizam n controladores pneumáticos. 3. um único elemento final de
controle,
4. opcionalmente, o sistema pode ter uma estação manual de controle (HIC), para a partida suave. Há sistemas que provêm todos os controladores com a opção de seleção e atuação automático - manual e outros que possuem uma única e independente atuação manual.
8.4. Cuidado para a não Saturação
No controle auto seletor apenas um controlador atua, enquanto todos os outros estão fora do circuito. O sinal de um controlador vai até a válvula, os sinais de todos os outros acabam no seletor de sinais. Esta é a condição mais favorável para o aparecimento da saturação: a saída inoperante de um controlador automático, contendo o modo integral e em funcionamento.Para se evitar a saturação das saídas de todos os controladores que estejam na malha e cujos sinais são inoperantes, pois apenas um sinal é selecionado os controladores do sistema, sem exceção. Essa realimentação é feita para o circuito integral de cada controlador do sistema e, portanto, todos devem ter essa
possibilidade extra de realimentação externa.
Fig. 8.21. Realimentação externa para evitar
saturação do modo integral dos controladores
A realimentação da saída do seletor de sinais para todos os controladores está redundante para aquele controlador momentaneamente selecionado e atuante no processo, porém a
realimentação é essencial a todos os controladores restantes, pois ela os impede de saturarem.
Quando se tem os controladores eletrônicos, basta prove-los com a opção de realimentação externa. Quando se usam controladores pneumáticos e vários seletores de sinais é possível, através de ajustes convenientes nos seletores, se conseguir um controle satisfatório do sistema. Porém, em sistemas mais difíceis é necessário se prover cada controlador pneumático com uma chave batelada, para otimizar a resposta dinâmica do processo. Mas, a aplicação das chaves só é necessária e justificável quando o processo sofre variações bruscas, se aproximando de um processo descontínuo, tipo batelada.
8.5. Aplicações
O sistema de controle unitário de seleção automática é empregado nos seguintes casos:
1. para proteção de equipamentos, quando a saída do controlador da variável que atinge valores perigosos é cortada e outro controlador assume o controle. 2. para aumentar a confiabilidade da
malha de controle, quando são colocados instrumentos
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Tanquredundantes. É o que ocorre em instrumentação de plantas nucleares, onde se utilizam geralmente três transmissores para cada variável crítica; um seletor de sinais escolhe o valor mais seguro, conforme uma programação pré determinada. 3. para otimizar o controle do
sistema, de modo que a variável com valor mais próximo do valor crítico seja a responsável pelo controle. Tem-se vários
controladores, porém, apenas o controlador da variável com o valor crítico assume o controle do sistema. O operador final do controle estará sempre numa posição segura.
Controle de Compressor
O funcionamento correto do compressor depende basicamente de três variáveis:
1. a pressão de sucção, que não pode ser muito baixa. Se a pressão de sucção for muito baixa, há problema de cavitação na bomba e o compressor pode inverter o sentido do fluxo. 2. a carga do motor, que não pode
ser muito alta, sob pena de se queimar o motor.
3. a pressão de descarga, que não pode ser muito elevada. Se a pressão da descarga subir muito, a vazão após a válvula pode aumentar demais e ficar pulsante e descontínua.
O sistema de controle auto seletor para o compressor é constituído de:
1. o transmissor e o controlador de pressão de sucção, de ação direta.
2. o transmissor de temperatura (ou corrente elétrica), proporcional a carga do motor elétrico, com controlador de ação inversa. 3. o transmissor e o controlador da
pressão de descarga, com ação inversa.
4. o gerador de rampa, para a partida suave do sistema. O sinal gerador manualmente deve ser da mesma natureza que os sinais de saída dos controladores.
5. o seletor de sinais, no caso seletor do sinal mínimo. Quando o
equipamento é pneumático, é necessário se utilizar de vários reles, pois o relé pneumático só pode receber dois sinais
simultâneos nas entradas. 6. a válvula de controle, com ação
ar-para-abrir.
7. como os controladores possuem a ação integral e para impedir que os modos integrais saturem, todos os controladores devem possuir a opção extra de realimentação externa ao modo integral. O sinal da saída do relé seletor, que vai para o elemento final de controle, deve ser realimentado
externamente a todos os controladores.
Fig. 09. Controle auto seletor de compressor
Fig. 8.22. Controle auto seletor com proteção
contra saturação do modo integral dos controladores sucção M