Instrumentação Cap 1 - Introdução

Instrumentação Cap 1 - Introdução

(Parte 3 de 4)

Os sistema de controle também se dividem em analógicos e digitais, conforme os sinais manipulados pelo controlador. Veja que as grandezas físicas são sempre analógicas, variando desde um valor mínimo a um máximo continuamente.

Nos analógicos, todos os sinais são analógicos, e o controle é feito em tempo integral. O Sistema de Controle é mais simples e em geral, mais econômico. Suas desvantagens são a pouca flexibilidade, pois só se pode alterar alguns parâmetros, não o tipo de ação de controle, a menos que se altere o controlador (mudando o circuito, se o sistema de controle for eletrônico).

Os digitais são mais complexos, pois requerem sempre uma interface de entrada, conversor analógico-digital, que converte os sinais de forma a serem entendidos pelo controlador, e uma de saída, conversor digitalanalógico, adaptando a saída do controlador (em alguns casos não é necessária, já que muitos atuadores, são digitais - ligam ou desligam). Eles se diferenciam também por atuarem por amostragem, ou seja, de tempos em tempos o controlador atua, de acordo com o programa de controle, formando ciclos, entre os quais o sistema não reage. Seu custo mais elevado (hoje cada vez menor, devido a evolução tecnológica) é contrabalançado pela grande flexibilidade, pois basta alterar o programa para mudar o tipo de ação de controle e seus parâmetros.

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução15

Para controladores digitais, no bloco de controle, estão incluídos os conversores analógicos/digitais (A/D) e digitais/analógicos (D/A), bem como o software de controle (programa aplicativo).

Os sistemas de controle podem ser analógicos ou digitais, contudo nosso interesse no momento são os controladores digitais, os quais possuem a mesma arquitetura de computadores VON NEUMANN, formada por 03 grandes blocos (unidade central de processamento – CPU, memória e dispositivos de entrada e saída), desta forma o diagrama de blocos passa a ser o seguinte.

Figura 1.14 – Diagramas de Bloco dos Sistemas de Controle

1.4 – CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE CONTROLE DE ACORDO COM A APLICAÇÃO

1.4.1 - Servomecanismo:

Nesse sistema de controle, a saída ou variável controlada, é uma posição mecânica ou taxa de mudança de um movimento.

O controle de posição um motor C e a posição de um motor de passos (step motor), são os exemplos mais comuns de servomecanismo.

Nos servomecanismos a referência é variável e a variável manipulada pode assumir diversos valores.

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução16

1.4.2 - Regulatório:

Sistema de controle cuja referência é constante e a variável manipulada assume diversos valores para manter a variável controlada em um valor constante. Como exemplos deste sistema de controle podemos citar : Controle de velocidade de um motor; Controle de temperatura de uma estufa, Tensão de saída de uma fonte, etc.

1.4.3 - Sistema de controle numérico:

Hoje em dia, com o advento dos microprocessadores, muitas operações de manufatura de peças são feitas através de controles numéricos (CNC – controle numérico por computador). As informações numéricas incluem informações de variáveis a serem controladas, tais como: Velocidade, posição; e direção que codificadas em forma de instruções. Estão incluídos neste tipo de manufatura as seguintes atividades: Furacão, fresagem, torneamento, retífica e usinagem em geral. A maior vantagem dos controles numéricos esta na facilidade e flexibilidade na troca de medidas a serem adotadas.

1.4.4 - Sistema de controle seqüencial:

É um sistema cujas operações são predeterminadas e em seqüências.

As lavadoras automáticas e as máquinas de lavar em geral são exemplos de controles seqüenciais. Máquinas de beneficamento de mármores e granitos como talhas blocos e polidoras, também seguem controles em seqüência.

1.4.5 - Controle de Processos:

Neste tipo de sistema de controle, são controlados as variáveis do processo de manufatura separadamente visando um resultado comum. Alguns dos mais comuns sistemas de controles de variáveis são: Temperatura, pressão, nível , condutividade, ph, etc. Fábricas de automóveis, têxteis, geração de energia e refinarias são exemplos típicos de controle de processos de manufatura.

1.5 - CARACTERÍSTICAS dos SISTEMAS DE CONTROLE

Embora diferentes sistemas são projetados para realizar as mais diversas funções, todos eles possuem algumas características em comum. As características mais importantes de um sistema de controle são: Estabilidade; Precisão; Velocidade de resposta; e sensibilidade. Estas características definem a qualidade de um controle.

Estabilidade: - capacidade de atingir a posição de equilíbrio e nela permanecer. Um sistema é estável se suas saídas mantém um certo valor em um tempo finito depois que a entrada é aplicada, quando a saída do sistema permanece constante e não muda em função do tempo. Um sistema instável,

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução17 ao contrario, nunca chega a um valor definido. A saída de um sistema instável cresce com o aumento do tempo até o sistema entrar em colapso.

Precisão: - Indica o quanto a variável medida esta próxima da real. A precisão indica a aproximação com que a variável controlada esta em relação ao valor desejado, a diferença chama-se erro. Desta forma a precisão indica o desvio do valor atual de saída em relação ao valor desejado, é a medida relativa da performance do sistema. Em sistemas reais, estabilidade e precisão interagem um com outro, em outras palavras, podemos perder a estabilidade de um sistema na tentativa de aumentar a sua precisão, ou na tentativa de aumentar a estabilidade podemos diminuir a precisão.

Velocidade de resposta: - Capacidade do sistema atingir uma nova posição de equilíbrio no menor intervalo de tempo. A velocidade de resposta é um importante fator a ser considerado nos projetos de sistemas de controle. A velocidade de resposta é a medida da rapidez com que a saída atinge um valor estável após a aplicação de um valor na entrada.

Sensibilidade: - A mínima variação que pode ser vista (medida) pelo sistema. A sensibilidade de um sistema é a medida de quanto sensível são sua saídas às variações das grandezas físicas. Em um sistema bem projetado, as saídas só dependem dos valores da entrada e não de sinais indesejados, chamados de distúrbios.

1.6 - EXERCÍCIOS:

01. Desenhe um diagrama de blocos mostrando a arquitetura básica de um sistema de controle digital.

a)Sistema b)Controlec)Processo d)Set Point

02. Defina os seguintes termos utilizados em sistemas de controle de processos:

03. Mostre a evolução dos sistema de controle e compare com os sistemas atuais.

04. Mostre um exemplo de um sistema de controle, evidenciando os seguintes elementos: Variável controlada; manipulada; secundária; meio controlado e agente de controle. defina cada um deles.

05. Como se classificam e quais as características dos sistemas de controle quanto a função de transferência? explique através de exemplos práticos.

06. Quais as principais características desejáveis em um sistema de controle, defina-as.

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução18

dos sinais de: a) Pressão b) Correntec) Tensão

07. Quais os valores normalizados (padrões internacionais) para transmissão

cim? mostre através de umdiagrama a interação entre eles.

08. Quais os níveis básicos dos controles integrados de manufatura

09. Suponha que para a torradeira abaixo, cada elemento aquecedor fornece a mesma quantidade de calor por todos os lados do pão e a qualidade da torrada pode ser determinada pela sua cor. A torradeira está inicialmente programada para qualidade de torrada desejada por meio do botão de ajustamento de cor. Este ponto não necessita de ajuste, a não ser que o critério de qualidade mude. Quando o interruptor está fechado, o pão é torrado até que o detector de cor veja a cor desejada. Então o interruptor é automaticamente aberto. Determine e justifique:

a) Tipo de controle; b) O sistema é malha aberta ou fechada? c) Desenhe em bloco toda a malha de controle especificando cada elemento e cada variável de entrada e saída de cada elemento, d) Quais as variáveis e elementos de controle.

Figura 1.15 – Torradeira automática

Instrumentação e Controle Capitulo 01 Introdução19

10. Dado o sistema abaixo de controle de temperatura de um tanque, de tal forma que o transdutor é responsável por transformar a natureza térmica por variável de outra natureza, a válvula vai fechando à medida que a temperatura se aproxima da desejada. Responda e justifique: a) Monte em blocos os componentes do sistema; b) Qual o tipo de controle quanto a ação de controle; c) O sistema é Automático ou

Manual; d) O Processo é contínuo ou discreto; e) Diga qual é a variável controlada e a manipulada.

Figura 1.16 – Aquecedor com trocador de calor

1. Desenhe em diagrama de bloco os diversos componentes do sistema de controle realimentado, especificando em cada bloco qual a variável de entrada e a variável de saída e qual a função de cada bloco.

• Processo

• Medidor

• Atuador

(Parte 3 de 4)

Comentários