Para avaliar a eficácia da aplicação do inversor de frequência no controle de nível e os valores de sintonia propostos, tanto para o controle PI como para o controle PID, foram realizados testes com variação da demanda de fluido do processo. Isto foi feito através da manipulação da válvula HV-01 e estabilização do setpoint em 50%. Observando o gráfico do controle PI na figura 4.3, nota-se decréscimos sucessivos da rotação do motor (MV) e apesar disso o nível (PV) se mantinha bem próximo do set point apenas com pequenas oscilações.
28
Isto porque, o bombeio reduzia a medida em que a válvula HV-01 era restringida e a vazão de saída diminuia.
Figura 4.3 – Gráfico da variação de demanda (PI)
Para o controle PID, com a sintonia proposta, foi apresentado também um bom desempenho embora, menos suave mas, com melhor estabilização. O gráfico da figura 4.4 representa o comportamento da planta durante a alterâcia na demanda com dois acréscimos sucessivos seguidos de dois decréscimos e um acréscimo. Mesmo assim o nível se manteve alinhado com o set point.
Figura 4.4 – Gráfico da variação de demanda (PID)
4.3 TESTE COM ALTERAÇÃO DE SINTONIA
Devido a simplicidade do processo da planta experimental e do ótimo desempenho
29
demonstrado pelo inversor de frequência, a sintonia desta malha não apresentou grandes obstáculos dispensando assim a utilização de métodos complexos. Porém uma parametrização equivocada ou negligenciada pode comprometer o controle e a estabilidade do processo. Em plantas de processo industriais isso pode provocar perdas produtivas, danos ambientais e até mesmo acidentes fatais.
Na figura 4.5, no início do gráfico, o controlador PID encontrava-se sintonizado em P:10, I:0,25 e D:8. Desta forma observa-se um comportamento sereno do processo em que a PV prossegue alinhada e junto ao SP e com a MV constante. A partir da alteração de apenas um dos parametros, I:2, o processo entra em regime oscilatório.
Figura 4.5 – Gráfico da alteração de sintonia (PID)
No segundo teste realizado, representado pelo gráfico da figura 4.6, foram alterados todos os paramentros sendo, P:2, I:2 e D2. Esta alteração provocou um descontrole
significativo com saturação extremada da MV, que retornou a normalidade quando o controle foi retomado com a inserção dos parâmentros anteriores. Certamente, se o descontrole do processo continuasse, o motor poderia sofrer danos ou no mínimo diminuir sua vida útil.
Figura 4.6 – Gráfico da alteração de sintonia (PID)
5 CONCLUSÃO
A proposta do projeto apresentado era demonstrar a aplicação do inversor de frequência em uma malha de controle de nível e através da construção de uma planta experimental, proporcionar ao usuário unir os conhecimentos teóricos aos práticos.
Para estes objetivos a planta experimental foi concebida de forma compacta e sua malha de controle com característica de um processo contínuo de fácil visualização e interpretação, alcançando assim, os requisitos para projeto.
Os resultados obtidos quanto à aplicação do inversor de frequência no controle de nível mostraram-se satisfatórios, baseados na análise gráfica do comportamento do sistema em diversas situações simuladas.
Outro fato interessante neste projeto é que o usuário pode observar pelo software a dinâmica do processo associando as curvas do gráfico à atuação dos equipamentos. Assim, pode-se ouvir a aceleração do motor enquanto a curva da MV ascende no gráfico e até mesmo em alguns casos, perceber golfadas de fluido no tanque superior decorrente da ação derivativa na antecipação do erro.
Enfim, diante dos comentários expostos, conclui-se que os objetivos propostos foram alcaçados plenamente, consolidando o conhecimento acerca da aplicação de inversores de frequência. Para melhoria contínua e o desenvolvimento tecnológico, novos estudos e pesqui- sas podem ser lançadas valendo-se da estrutura sólida do projeto como a implementação de outras variáveis, outros métodos de sintonia e modelagem do sistema.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FUNEPE. Materiais Didáticos. Norma ABNT 6023. Disponível em:
< http://www.funepe.edu.br:91/funepe/professores/materiais/155/ABNT%20-
%20NBR%206023%20e%2010520.pdf> Acesso em: 05 março 2007.
FAASTESP. Publicações. Manual do inversor de Freqüência. Disponível em:
<http://www.faatesp.edu.br/publicacoes/Inversores_de_Frequencia.pdf>
Acesso em: 02 fevereiro 2008.
WEG. Manuais Técnicos. Manual do CFW-07. Disponível em:
<http://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Geral/Central-de-Downloads/Resultado-da- Busca/(group)/1?keyword=CFW-07> Acesso em: 07 abril 2008.
ADVANTECH. Dados do Módulo ADAM-6022. Datasheet. Disponível em:
<http://www.advantech.com.br/products/ADAM-6022/mod_1-2MLBGY.aspx>
Acesso em: 12 junho 2008.
DANCOR. Dados Técnicos. Manual da Bomba CW-04. Disponível em:
<http://www.dancor.com.br/index.php> Acesso em: 1 dezembro 2008.
UNICAMP. Inversores. Controle por Inversores. Disponível em:
<http://www.dca.fee.unicamp.br/~rangel/controle/home-page/inversor2.doc>
Acesso em: 07 fevereiro 2009.
PROFIBUS. Medição de nível em tanques pela pressão diferencial. Princípio de Funcionamento.<http://www.profibus.org.br/artigos/Medicao+de+nivel+em +tanques+pela+pressao+diferencial.html> Acesso em: 24 abril 2009.
CTI. Colégio Técnico Industrial Prof. Mário Alquati. Apostila de Fundamentos de Controle de Processos. Disponível em: <www.cti.furg.br/.../apostilas/Senai%20- %20Fundamentos
%20de%20 Controle%20de% 20Processo.pdf> Acesso em: 06 agosto 2009.
ANEXOS
Anexo 1: Imagem da Planta Experimental
34
Anexo 2: Tabela de Configuração do Inversor de Frequência
36
PARÂMETRO FUNÇÃO FAIXA DE VALORES AJUSTE FÁBRICA
AJUSTE
USUÁRIO PÁGINA
P000 ACESSO PARÂMETROS
0 ... 4 6 ... 10 = LEITURA 5 = ALTERAÇÃO
0 5 51
PARÂMETRO LEITURA P002 ... P099
P002
VALOR PROPORCIONAL FREQUÊNCIA (P208
X P005)
0 ... 6553 __ __ 51
P003 CORRENTE MOTOR 0 ... 32 A __ __ 51
P004 TENSÃO CC 0 ... 862 V __ __ 51
P005 FREQUÊNCIA MOTOR 0 ... 300 Hz __ __ 51
P007 TENSÃO DE SAÍDA 0 ... 600 V __ __ 51
P023 VERSÃO SOLFTWARE 2.XX __ __ 51
PARÂMETRO REGULAÇÃO P100 ... P199 RAMPAS
P100 TEMPO ACELERAÇÃO 0,2 ... 999 seg. 5 5 52
P101 TEMPO DESACELERAÇÃO 0,2 ... 999 seg. 10 10 52
P104 RAMPA "S"
0 = INATIVA 1 = 50%
2 = 100%
0 0 52
REFERENCIA FREQUÊNCIA
P120 BACKUP DA REFERENCIA 0 = INATIVA
1 = ATIVA 1 1 53
P121 REFERENCIA TECLA Fmin ... Fmax. 0 3 53
P122 REFERENCIA JOG 0 ... 60 Hz 5 5 53
P124 REF. 1 MULTISPEED Fmin ... Fmax. 3 __ 54
P125 REF. 2 MULTISPEED Fmin ... Fmax. 10 __ 54
P126 REF. 3 MULTISPEED Fmin ... Fmax. 20 __ 54
P127 REF. 4 MULTISPEED Fmin ... Fmax. 30 __ 54
P128 REF. 5 MULTISPEED Fmin ... Fmax. 40 __ 54
P129 REF. 6 MULTISPEED Fmin ... Fmax. 50 __ 54
P130 REF. 7 MULTISPEED Fmin ... Fmax. 60 __ 54
P131 REF. 8 MULTISPEED Fmin ... Fmax. 66 __ 54
LIMITES DE FREQUÊNCIA
P133 FREQUÊNCIA MÍNIMA 0,0 ... Fmax. 3 3 55
P134 FREQUÊNCIA MÁXIMA Fmin ... 300 Hz 66 66 55
CONTROLE U/F
P136 COMPENSAÇÃO I X R 0 ... 9 1 1 56
P137 GANHO I X R AUTO. 0,0 ... 1,00 0 0 57
P138 ESCORREG. NOMINAL 0,0 ... 10,0% 0 0 57
LIMITES DE CORRENTE
P156 COR. SOBRECARGA 0,2 X Inom. ... 1,3 x
Inom. 1,0 x Inom. 2,6 x Inom. 59
P169 COR. MAX. SAÍDA 0,2 X Inom. ... 2,0 x
Inom. 1,35 x Inom. 2,0 x Inom 60
PARÂMETRO CONFIGURAÇÃO P200 ... P399
37
PARÂMETRO GENÉRICOS
P202 TIPO DE CONTROLE 0 = U/F 60Hz
1 = U/F 50 Hz 0 0 61
P204 CARREGA PAR. FABR.
0 ... 5 5 = CARREGA
PADRÃO
0 0 61
P206 TEMPO AUTO-RESET 0 ... 255 seg. 0 5 61
P208 FATOR ESCALA REF. 0,0 ... 99.9 1 1 62
DEF. LOCAL / REMOTO
P220 SEL. LOCAL / REMOTO
0,2 e 3 = LOCAL 1 = REMOTO
4 = DI2 ... DI4 5 = SERIAL (L) 6 = SERIAL ( R )
4 1 63
P221 SEL. REF. LOCAL
0 = TECLA 1 = AI1 >= 0
2 e 3 = AI2 4 = P.E.
5 = SERIAL
6 = MULTISPEED 7 = SOMA AI > 0 8 = SOMA AI
0 0 63
P222 SEL. REF. REMOTO
0 = TECLA 1 = AI1 >= 0
2 e 3 = AI2 4 = P.E.
5 = SERIAL 6 = MULTISPEED
7 = SOMA AI > 0 8 = SOMA AI
1 1 63
P223 SELEÇÃO GIRO LOC.
0 e 2 = ANTI-
HORÁRIO 1 = HORÁRIO 3 = DI2
4 = SERIAL
3 0 64
P224 LIGA, DESLIGA LOC.
0 = TECLA I/O 1 = INATIVO
2 = SERIAL
0 0 64
P225 SELEÇÃO JOG LOC.
0 e 1 = INATIVO
2 = DI3 ... DI4 3 = SERIAL
2 1 64
P226 SELEÇÃO GIRO REM.
0 e 2 = ANTI-
HORÁRIO 1 = HORÁRIO
3 = DI2 4 = SERIAL
3 0 64
P227 LIGA, DESLIGA REM.
0 = TECLA I/O 1 = INATIVO
2 = SERIAL
1 1 64
P228 SELEÇÃO JOG REM.
0 e 1 = INATIVO 2 = DI3 ... DI4
3 = SERIAL
2 0 64
ENTR. ANALÓGICA
P234 GANHO ENTR. AI1 0,00 ... 9,99 1 1 66
38
P235 SINAL ENTR. AI1 0 = 0 a 10V / 20 mA 1 = 4 ... 20 mA 0 1 66
P238 GANHO ENTR. AI2 0,00 ... 9,99 1 __ 66
P240 OFFSET ENTR. AI2 100% ... 100% 0 __ 66
SAÍDA ANALÓGICA
P251 FUNÇÃO SAÍDA AO1
0 = FREQ. SAÍDA 1 = FREQ. ENTR.
2 = COR. SAÍDA
0 0 67
P252 GANHO SAÍDA AO1 0,00 ... 9,99 1 1 67
ENTRADA DIGITAL
P264 FUNÇÃO ENTRADA DI2
0 = SENT. GIRO 1 = LOCAL / REM.
2,3,4,5 e 6 = SEM
FUNÇÃO 7 = MULTISPEED
(MS2)
0 2 68
P265 FUNÇÃO ENTRADA DI3
0,2,6,8 = SEM
FUNÇÃO 1 = LOCAL / REM.
3 = JOG 4 = S/ERRO EXT.
5 = ACELERA P.E.
7 = MULTISPEED (MS1) 9 = HAB. RAMPA
1 0 68
P266 FUNÇÃO ENTRADA DI4
0,2,6,8 = SEM
FUNÇÃO 1 = LOCAL / REM.
3 = JOG 4 = S/ERRO EXT.
5 = DESACELERA
P.E.
7 = MULTISPEED (MS0) 9 = HAB. RAMPA
9 0 68
SAÍDA DIGITAL
P277 FUNÇÃO RELÉ RL1
0 = Fs > Fx 1 = Fe > Fx (V 3.00
OU MAIOR) 2 = Fs = Fe
3 = Is > Ix
0 __ 70
Fx e Ix
P288 FREQUÊNCIA Fx 0 ... 300 Hz 3.0 3.0 71
P290 CORRENTE Ix 0 ... 2,0 x Inom. 1,0 x Inom. 4,1 A 71
DADOS INVERSOR
P295 CORRENTE NOMINAL
100 = 1,8 A 101 = 2,6 A
102 = 4,1 A 103 = 6.0 A
104 = 7,3 A 105 = 10,0 A (P296=0)
e 9,3 A (P296=1) 106 = 6,5 A
107 = 13,0 A 108 = 16,0 A
DE ACORDO
COM A CORRENT
E DO INVERSOR
102 72
39
P296 TENSÃO NOMINAL
0 = 220V / 230V 1 = 380V / 400V /
440V / 460V / 480V
DE ACORDO
COM A TENSÃO
DE ALIMENTA
ÇÃO
0 72
P297 FREQUÊNCIA DE
CHAVEAMENTO
4 = 5,0 KHz
5 = 2,5 KHz 4 5 72
FRENAGEM CC
P300 DURAÇÃO FRENAGEM 0,00 ... 15,0 seg. 0 0 73
P301 FREQ. DE INÍCIO 0,00 ... 15,0 Hz 1 1 73
P302 TENSÃO CC FREN. 0,00 ... 10,0 % 2 2 73
PULAR FREQUÊNCIA
P303 FREQ. EVITADA 1 Fmin ... Fmax. 20 20 74
P304 FREQ. EVITADA 2 Fmin ... Fmax. 30 30 74
P305 FREQ. EVITADA 3 Fmin ... Fmax. 40 40 74
P306 FAIXA EVITADA 0,00 ... 25,0 Hz 0 0 74
INTERFACE SERIAL
P308 ENDEREÇO INVERSOR 1 ... 30 1 1 75
RIDE-THROUGH
P311 RAMPA DE TENSÃO 0,00 ... 10,0 seg. 0 0 76
PARÂMETROS MOTOR
P401 CORRENTE MOTOR 0 ... 1,30 x Inom. 1,0 x Inom. 1,7 A 77
Anexo 3: Diagrama de Processo e Instrumentação
41
DIAGRAMA DE PROCESSO
O diagrama de Instrumentação segue a simbologia de identificação dos instrumentos, baseado nas normas ANSI / ISA – S 5.1 1984 (R1992) e NBR 8190, sendo um documento onde tem-se uma visão ampla e funcional da planta. Através deste diagrama, que na indústria é conhecido como P&ID (Diagrama de processo e instrumentação), visualizamos os
principais instrumentos, as ligações básicas e os tipos de sinal da telemetria entre os
componentes da Planta, desde a tomada de processo, transmissores e atuadores até o controle e a supervisão implementados no sistema. O módulo ADAM, que faz a função do LC-101, foi representado como um instrumento computer function (do Inglês, função de computador), cuja simbologia é pouco utilizada em P&ID. Porém, preferiu-se empregar esta notação, que se mostra mais adequada para sistemas com interface via Computador.
Anexo 4: Diagrama de Malha
43
Anexo 5: Tabela de Configuração do Transmissor LD-301
Árvore de Programação Usando o Programador
45
Árvore de Programação Usando o Programador
46
Árvore de Programação Usando o Programador
47
APÊNDICES
Apêndice 1: Procedimento de Operação da Planta Experimental
50
PROCEDIMENTO OPERACIONAL DA PLANTA EXPERIMENTAL
VERIFICAÇÕES INICIAIS
1- Certificar-se de que os disjuntores de alimentação da Planta Experimental estejam desligados (voltados para baixo);
2- Certificar-se de que a chave de partida esteja na posição “0”;
3- Posicionar chaves de funções (verde, vermelha, branca e amarela) para baixo;
3-Verificar estado dos cabos e plug´s (120VCA e 220VCA);
4-Verificar se o cabo de 110VCA que alimenta a Planta está conectada a um filtro de linha ou estabilizador;
5-Verificar se o cabo do Computador está ligado ao filtro de linha ou estabilizador;
6-Verificar toda a instalação física dos instrumentos: LT-101, MB-102, HV-01(50% aberta);
- válvula (central) equalizadora, fechada;
- válvulas (laterais) das câmeras de alta e baixa, abertas;
7-Certificar se há algum vazamento, e que o nível do TQ-02 esteja na marca indicada.
LIGAÇÕES INICIAIS
1-Conectar na rede elétrica o cabo de 220VCA;
2- Conectar na rede elétrica o cabo do estabilizador (110VCA);
3- Ligar os disjuntores da Planta Experimantal;
4-Verificar se a fonte, o Módulo ADAM , o Transmissor e o Inversor estão energizados;
5-Ligar o Computador;
6-Abrir o Programa Adam Ethernet I/O Utilities;
7-Verificar se o programa reconheceu o HOST com endereço IP: 10.0.2.49 e o ADAM-6022 com endereço IP: 10.0.2.202;
8- Clicando em “(10.0.2.202)( ADAM-6022)” aparecerá o objeto “6022”;
9- Clicando no objeto “6022” aparecerão na tela as abas Inpu, Output e PID;
51
10- Acessar a aba PID para permitir o controle sobre o processo (Sugere-se iniciar com o controle em automático (Control Mode: AUTO) e com set point e 50% (SV);
11- Acionar a chave de partida, posição “1”;
12- Acionar chave de função habilita geral (verde).
Obs:
Para garantir que a planta opere normalmente, é necessário que as configurações do inversor e as calibrações do transmissor e do controlador estejam em conformidade com o projeto.