Ensaio do controle PID da temperatura

No segundo tanque existe um aquecedor, indicador de temperatura e um termopar. Desse modo consegue-se realizar o controle da temperatura e ser´a utilizado o bloco de func¸˜oes com controlador PID do software Mastertool. Com esta func¸˜ao ´e poss´ıvel monitorar as vari´aveis envolvidas no processo, e a monitorac¸˜ao ´e feita atrav´es da janela mostrada na Figura 28. Do lado esquerdo da figura pode-se notar: Valor PA, ´e o valor do setpoint; Valor GP, TI e TD s˜ao os parˆametros do controlador PID, a parte proporcional, integral e derivativa, respectiva-

mente; Valor VA, vari´avel de atuac¸˜ao, ou seja o valor que a vari´avel que est´a atuando est´a no determinado momento de tempo que est´a sendo monitorada. Do lado direito da figura, uma vari´avel apenas que n˜ao foi citada, ´e o Valor VM, como o nome diz, vari´avel medida, ou seja, ´e a vari´avel que est´a sendo monitorada para o controle.

Figura 28: Do lado esquerdo notam-se os valores de setpoint, parˆametros do controlador PID e valor da vari´avel de atuac¸˜ao. Do lado direito a proporc¸˜ao entre as vari´aveis manipuladas. E no centro, a janela de monitorac¸˜ao

Fonte: Autoria pr´opria

Configurou-se o controlador e suas vari´aveis, como mostra a Figura 29, a vari´avel medida ´e o operando %M0201 que ´e a temperatura do tanque dois. O operando %M0300 ´e o setpoint, valor desejado. E o operando %M0500 o atuador, ou seja, o aquecedor.

Figura 29: Configurac¸˜ao das vari´aveis da func¸˜ao PID, enquanto a monitorac¸˜ao das vari´aveis es- tiver ativa, n˜ao tem como ser mudada, como mostra na figura. A configurac¸˜ao s´o ´e permitida se parar o monitoramento das vari´aveis

Fonte: Autoria pr´opria

Para este ensaio os valores dos parˆametros do controlador PID foram definidos empi- ricamente: Kp = 7, Ki = 2 e Kd = 5. A partir da definic¸˜ao desses parˆametros, iniciou-se o monitoramento das vari´aveis (medida, desejada e a que atua). Por´em o controlador comec¸a a atuar somente depois de pressionar o bot˜ao de start no ensaio.

A Figura 30 mostra o inicio do controle. Como o valor medido est´a abaixo do desejado, o aquecedor liga no m´aximo permitido (na escala do software Mastertool ´e um valor de 21000, equivalendo-se dos 10volts da sa´ıda anal´ogica onde est´a ligado). O gr´afico mostra a curva do Valor VA subindo para os 21000 enquanto o Valor PA permanece constante e o Valor VM varia conforme ´e medida a temperatura do tanque dois. Os valores das temperaturas obedecem a escala do software Mastertool, a convers˜ao est´a detalhada no Anexo B.

Figura 30: In´ıcio da monitorac¸˜ao do controle PID Fonte: Autoria pr´opria

Conforme o tempo passa e a ´agua ´e aquecida, os valores desejados e medidos ficam pr´oximos, e ent˜ao o atuador comec¸a a oscilar, para continuar diminuindo este erro (diferenc¸a entre esses valores). Na Figura 31 ´e mostrando o in´ıcio da oscilac¸˜ao do atuador.

Figura 31: Nota-se que o valor medido e desejado est˜ao pr´oximos, ao mesmo tempo, a curva do atuador comec¸a a oscilar

Quando o valor medido j´a ultrapassa o valor desejado, o controlador diminui a atuac¸˜ao do aquecedor, para n˜ao ultrapassar de maneira expressiva o setpoint, e comec¸a a desligar o aquecimento para manter a temperatura desejada. A Figura 32 mostra a curva do atuador dimi- nuindo, e ap´os um tempo, a curva chega a zero, n˜ao precisando mais aquecer a ´agua, somente se h´a um dist´urbio externo, como troca de calor ou abertura de v´alvulas, nesses casos o atuador volta a ser acionado e se inicia novamente o aquecimento para manter a temperatura no valor desejado.

Figura 32: Percebe-se que o valor medido j´a chegou ao valor desejado, portanto a curva do atuador tende a ir para zero, desligando o aquecimento

Fonte: Autoria pr´opria

Atrav´es do software ScadaBR, ´e poss´ıvel gerar um gr´afico com as vari´aveis: tempera- tura do tanque dois (vari´avel manipulada), e o aquecedor (atuador). Este gr´afico est´a mostrado na Figura 33, percebe-se que a partir do momento em que a temperatura chega-se no valor dese- jado, em torno de 27◦Co atuador que estava ligado com 10volts (no m´aximo) comec¸a a decair, ou seja, j´a n˜ao ´e mais necess´ario o aquecimento.

Figura 33: Gr´afico da temperatura do tanque dois e aquecimento (atuador) atrav´es do tempo. Nota-se o decaimento da curva do aquecedor quando a temperatura chega ao valor desejado, em torno de 27◦C

5 CONSIDERAC¸ ˜OES FINAIS

Com uma planta industrial did´atica constru´ıda do zero e com o envolvimento doo alu- nos Heliton Macedo e Hudson Junior da Silva, os objetivos criados para este trabalho foram con- clu´ıdos. Foi poss´ıvel realizar a automac¸˜ao, controle e supervis˜ao da planta realizando ensaios de vaz˜ao e temperatura com tanques em desn´ıvel utilizando um sistema supervis´orio atrav´es do ScadaBR.

A planta gerou resultados que s˜ao encontrados em processos industriais. Atrav´es de ensaios, foi poss´ıvel calcular vaz˜oes, velocidades de escape, tempo que se leva para encher e esvaziar tanques, controlando seu n´ıvel m´aximo e m´ınimo.

A planta did´atica possibilita a realizac¸˜ao de manobras com vari´aveis de processos como a vaz˜ao, temperatura e n´ıvel atrav´es da implementac¸˜ao dos sistemas de controle, automac¸˜ao e supervis˜ao da planta did´atica. Dessa forma, os estudantes que utilizar˜ao a planta did´atica ne- cessitar˜ao de informac¸˜oes da mesma dispon´ıvel para futuros estudos e consultas para o aux´ılio nos novos projetos.

O estudo com uma das ferramentas mais utilizada na ind´ustria, o CLP, permite ter uma experiˆencia similar ao que se encontrar´a na pr´atica no mercado de trabalho, nas ind´ustrias, ou at´e mesmo uma bagagem para o estudo mais detalhado do controlador e suas aplicac¸˜oes. Al´em da programac¸˜ao tamb´em ser feita com uma linguagem mais difundida entre os profissionais que atuam com controladores, que ´e a linguagem Ladder. Vale tamb´em mencionar o contato com sistemas supervis´orios, ou SCADA, que est˜ao bem difundidos nos processos fabris atualmente.

Desta forma, o desenvolvimento da planta did´atica industrial auxiliar´a nos estudos focados para ´areas fabris, gerando resultados que s˜ao encontrados em empresas que utilizam vari´aveis como vaz˜ao, n´ıvel e temperatura em seus processos de fabricac¸˜ao, utilizando sistemas de controle, automac¸˜ao e supervis˜ao abordados por este trabalho.

Por tudo que foi exposto no presente trabalho, conclui-se que a realizac¸˜ao de um pro- duto real (no caso o desenvolvimento de uma planta did´atica industrial) necessita de muita atenc¸˜ao, pois a cada dia pode se encontrar um erro, uma soluc¸˜ao e at´e mesmo uma melhoria.

Desta forma, um projeto nesta ´area mostra um pouco como pode ser a realidade em muitos projetos fabris, que o engenheiro tem que estar sempre atento e disposto a solucionar.