Curso Instrumentação Controle

(1)

SENAI- RS / FIERGS

CETEMP

Curso de Instrumentação

Básica

Controle automático de

(2)

Curso de Instrumentação

Básica Aplicada a Sistema de

Gás

Agenda:

Conceitos Básicos de Controle

Automático de Processo

(3)

FLUIDO AQUECIDO

VAPOR

PROCESSO INDUSTRIAL

FLUIDO A SER

AQUECIDO

CONDENSADO

Variável Controlada:

Temperatura

Meio Controlado:

Fluído

Variável Manipulada:

Vazão

(4)

LIQUIDO ENTRANDO

MISTURADOR

LIQUIDO

_SAINDO

VAPOR

VALVULA

CONTROLADOR

SP

SENSOR DE

TEMPERATURA

SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR

MALHA DE CONTROLE

(5)

Malha de Controle Aberta

Indicação

Entrada do

produto

Processo

Medida

e

transmissão

Saída do

produto

Variável

regulada

Registro

Alarme

(6)

Malha de Controle Fechada

E

Controlador

Elemento final

de controle

Fluido de

_Controle

Entrada do

produto

Processo

Medida

e

transmissão

Saída do

produto

Variável

regulada

Ponto de

Ajuste - SP

Perturbações

(7)

(8)

DRENO ÁGUA QUENTE VAPOR ÁGUA FRIA VÁLVULA DE CONTROLE CONTROLADOR AUTOMÁTICO DISPOSITIVO DE MEDIDA DA TEMPERATURA DRENO ÁGUA QUENTE TERMÔMETRO VAPOR

ÁGUA

FRIA

CONTROLE DE PROCESSO

Sistema de Controle em Malha Fechada

Controle realimentado

manualmente

Controle realimentado

automáticamente

(9)

Definições

Processo, Variável controlada, Set-point, Off-set,

Desvio (Erro), Realimentação, Variável de processo,

Controlador, Variável manipulada, Elemento Final de

Controle e Pertubações.

ÁGUA FRIA TIC

TT

VAPOR ÁGUA QUENTE

Malha de Controle

(10)

Tipos de Controle

(11)

Controle Manual

ENTRADA DE ÁGUA FRIA SAIDA DE ÁGUA QUENTE ENTRADA DE VAPOR VÁLVULA DE CONTROLE MEDIÇÃO

PROCESSO

COMPARAÇÃO CORREÇÃO

CONTROLE

(12)

Característica Controle Manual

VALOR

DESEJADO (SET-POINT)

• O

controle manual

não permite a eliminação

do erro, resultando em uma amplitude de

variação excessiva do valor da variável que se

deseja controlar

TEMPO

DESVIO

0 +

-VALOR OBTIDO ERRO

(13)

Controle Automático

VÁLVULA DE CONTROLE MEDIÇÃO ENTRADA DE ÁGUA FRIA SAIDA DE ÁGUA QUENTE ENTRADA DE VAPOR

PROCESSO

COMPARAÇÃO CORREÇÃO

CONTROLADOR

AUTOMÁTICO

DE CAMPO

SET POINT

SENSOR

MALHA DE

CONTROLE

FECHADA

(14)

Característica Controle Automático

• O

controle automático

permite através de sua

ação a redução do erro, com um tempo de

atuação e precisão impossíveis de se obter no

controle manual

TEMPO

DESVIO

0 +

-VALOR OBTIDO VALOR DESEJADO (SET-POINT) ERRO

(15)

Ações de Controle

(quanto sinal saida/sinal entrada)

• Ação Direta

Quando o sinal da variável controlada aumentar de

intensidade, a saída de controle atuará no mesmo

sentido, aumentando o sinal de saída para o E.F.C

e vice versa.

• Ação Inversa ou Reversa

Quando o sinal da variável controlada aumentar de

intensidade, a saída de controle atuará no sentido

inverso, diminuindo o sinal de saída para o E.F.C

e vice versa.

(16)

TANQUE A

TANQUE B

ATRASOS DE TEMPO DO PROCESSO

1. - Capacitância / Capacidade (volume)

tanque A:

vol.= 100 m³

capac.=100/8=12,5 m³

tanque B:

vol.=100 m³

capac.=100/4=25 m³

8 m

4m

(17)

ENTRADA SAÍDA

100 %

50 %

0 %

0 % ENTRADA SAÍDA 100 % 100 % 50 % 50 % 0 % 0 %

Resistência (Atrasos de Tempo)

(18)

VELOCIDADE SAÍDA ENTRADA WT 0 % 100 % 0 % _{100 %} d

(19)

Controle Automático

• Controle Automático Descontínuo

– Duas Posições(com ou sem histerese)

– Três Posições

– Largura de Pulso.

• Controle Automático Contínuo

(20)

ÁGUA FRIA ÁGUA QUENTE 120 V 50 Hz PARAFUSO DE REAJUSTE DO VALOR DESEJADO 100 TEMPO FECHADA VALOR DESEJADO 0

Controle liga - desliga (sem histerese)

MODOS DE CONTROLE

Sistemas de C.A. Descontínuo

( 2 posições - Tudo ou Nada )

T E M P E R A T U R A V Á L V U L A

(21)

Sistema de C. A Descontínuo

2 posições com histerese

Relé

Bourdom

Ajustes do

Diferencial

24 Vcc

Processo

SV

(22)

Sistema de C. A Descontínuo

Largura de Pulso

Erro

50%

0%

50%

EFC

100 %

0%

(23)

G

Sp Sc

B

E

TIC

Sistemas de Controle Automático Contínuo

Características de

(24)

Otimização do Controle

SET POINT

SET

POINT

DESVIO

_VARIÁVEL

DESVIO

(25)

OFF-SET

POSIÇÃO DA

VÁLVULA

TEMPERATURA

CARGA

110 °C 100 °C 90 °C

AÇÃO PROPORCIONAL

Sc = ( G.E )+B

" A amplitude de correção é

proporcional a amplitude do

desvio( erro )."

A

B

R

E

A

U

M

E

N

T

A

Sc=Saida de Controle

G=Ganho

E=Erro( VC-SP )

(26)

Banda Proporcional e Ganho

% de variação da VC necessária

para provocar o percurso total

do E.F.C

G

S

p

_Sc

Spv

B

E

G=Kp=Ganho Proporcional

BP = 500% _{BP = 200%} _{BP = 100%} 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ABERTURA DA VÁLVULA EM % BP = 50% 0% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ganho= Mudança Saida

Mudança Entrada

BP= G.

100

(27)

Pv (°C)

TEMPO

SP

55 45

Pv (°C)

TEMPO

SP

55 100 l/h ÁGUA A 80 °C 100 l/h ÁGUA A 20 °C TIC ÁGUA

SISTEMA DE CONTROLE

Curvas de reação

(28)

SET-POINT 2 SET-POINT 1

3

fo ESTÁVEL - SUBAMORTECIDA BANDA PROPORCIONAL PRÓXIMA DO IDEAL SET-POINT 2 SET-POINT 1

2

CONTINUAMENTE OSCILANTE BANDA PROPORCIONAL MUITO

PEQUENA VARIÁVEL CONTROLADA SET-POINT 2 SET-POINT 1

1

fo INSTÁVEL

BANDA PROPORCIONAL MUITO PEQUENA (ALTO GANHO)

(29)

SET-POINT 2

SET-POINT 1

5 fo

ESTÁVEL - SUPER AMORTECIDA BANDA PROPORCIONAL MUITO GRANDE (PEQUENO GANHO)

SET-POINT 2

SET-POINT 1

4

ESTÁVEL - CRITICAMENTE AMORTECIDA BANDA PROPORCIONAL IDEAL

RESPOSTAS DO CONTROLADOR

Ação Proporcional

boa estabização,...

carac. indesejável

no off - set.

"

(30)

VARIÁVEL MEDIDA ERRO SET-POINT

TEMPO

SAÍDA DO CONTROLADOR

Pv

Sc

100 % 50 %

AÇÃO INTEGRAL (RESET)

RPM =Repetição/Minuto(Ti)

(31)

1

%

2 3 4 TEMPO (MIN) CARGA AÇÃO PRO-PORCINAL GANHO = 0,5 - INVERSA AÇÃO IN-TEGRAL TR=0,5 MIN AÇÃO INTE-GRAL + PRO-POCIONAL 1 ₂ 3 4 5 6 7 8 9 10

(32)

Pv

Mv

50 % _SET-POINT VARIÁVEL MEDIDA TEMPO TEMPO 50 % SAÍDA DO CONTROLADOR

Respostas do Controlador

Características das ações (P+D)

AÇÃO DERIVATIVA

Sc = Td.de/dt + B

Td=tempo derivativo

de/dt=derivada do erro

em rel. ao tempo

POSIÇÃO DA VÁLVULA (mv) TEMPERATURA (Pv) Td AÇÃO PROPORCIONAL AÇÃO PROPORCI-ONAL MAIS DERIVATIVA VARIÁVEL CONTROLADA TEMPO

0

1 ₂

₃

A

U

M

E

N

T

A

B

R

E

(33)

1 2 3 4 20% 80% t t t VARIÁVEL MEDIDA AÇÃO DERIVATIVA AÇÃO PROPORCIONAL SAÍDA DO CONTRO-LADOR - PROP + DERIVATIVA

Controlador Proporcional+Derivativa

(34)

CARGA TEMPERATURA AÇÕES SOBRE A VÁLVULA POSIÇÃO DA VÁLVULA TEMPO SET-POINT

COMPONENTE DA AÇÃO PROPORCIONAL

COMPONENTE DA AÇÃO INTEGRAL

COMPONENTE DA AÇÃO DERIVATIVA

RESULTANTE DA POSIÇÃO DA VÁLVULA

TEMPO

(35)

TEMPO

SINTONIA DOS CONTROLADORES

V

A

R

IÁ

V

E

L

ÁREA

MÍNIMA

PERTURBAÇÃO

MÍNIMA

AMPLITUDE

MÍNIMA

(36)

VAPOR

BULBO

REATOR

CONTROLADOR

ÁGUA FRIA

TIC

Tcv1

Tcv2

SISTEMAS DE CONTROLE

(37)

TIC FORNO FIC FT

Fcv

VP SP COMBUSTIVEL

Controle Cascata

(38)

FIC

VAZÃO

INDEPENDENTE

VAZÃO

DEPENDENTE

CONTROLADOR

DE RAZÃO

TRANSMISSORES

DE VAZÃO

(39)

CONTR. PROP. DIRETO FIC AR PARA ABRIR TIC RELE SOMADOR A _B C CONTR. (P+I+D) REVERSO C = A + B = 9 PSI

(40)

(41)

Controlador Lógico Programável

(42)

MÁQUINA OU

PROCESSO INDUSTRIAL

SENSORES,

CHAVES,

BOTOEIRAS,

ETC.

ATUADORES

CLP

(43)

INÍCIO

CONDIÇÕES

DE INICIALIZAÇÃO

LEITURA DAS ENTRADAS

ATUALIZAÇÃO DAS MEMÓRIAS

IMAGENS DAS ENTRADAS

PROCESSAMENTO E

INSTRUÇÕES DE USUÁRIOS

ACIONAMENTO DAS SAÍDAS

ATUALIZAÇÃO DAS MEMÓRIAS

(44)

(45)

PLC - Componentes Hardware

• RACK

• SLOT

• CPU

• ALU

• PC

• MEMÓRIA

• ENTRADAS

• SAIDAS

(46)

PLC -

Componentes

Hardware

• ENTRADAS

– Digitais/Discretas

• 24 Vcc

• 110 Vac

• 220 Vac

– Contagem Baixa Frequência

– Contagem Alta Frequencia

(47)

PLC - Componentes Hardware

• ENTRADAS

– Analógicas

• RTD - PT100

• Termopares

• 4 - 20 mA

• 0 - 20 mA

• 1 - 5 Vcc

• 0 - 10 Vcc

(48)

PLC - Componentes Hardware

• SAIDAS

– Digitais

• Eletrônica

• Relay

– Analógicas

• 4 - 20 mA

• 0 - 20 mA

• 1 - 5 Vcc

• 0 - 10 Vcc

(49)

PLC - Programação

• Assembler

• Memory

– RAM - Randon Acess Memory

– EPROM- Erasable Programmable Memory

– EEPROM- Electrically Erasable Memory

• Instructions List

• Ladder Diagram

(50)

( )

contato aberto

contato fechado

ativar saída

Funções Básicas do

Diagrama de Relés

Exemplo de

Diagrama de Relés

Programação Ladder

(51)