Automação
SR R QPI HGF E DC B A @ 987654 to view nut*ge CONTROLE E AUTOM ETE pedro Ferreira Alves Controle de Automação ndustrial Apresentação O Objetivo deste trabalho foi reunir material sobre os principais componentes empregados hoje na automação industrial para um curso de técnicos em automação ou técnicos em mecatrônica- Visando um curso prático, mas com um certo grau de aprofundamento, utilizou-se de muitas ilustrações de catalogos de fabricantes consagrados como Allen- Bradley, Siemens , Weg, que são lideres de mercado em seus segmentos e que fatalmente o aluno encontra em sua vida profissional na empresa. m a colaboração dos mestres e alunos no sentido de apontarem eventuais erros neste material para que em versões futuras possamos corrigi-las e dessa forma concorrer para o melhoramento desta pequena contribuição. Mogi Mirim, 20 de julho de 2004. Prof. Geraldo Teles de Souza prof. Geraldo Teles de Souza Página 1 ETE Pedro Ferreira Alves Índice Sistemas de Controle Teoria de Erros Sistemas de Controle Industrial Malha Aberta e Malha Fechada Transitórios e Indicadores de Performance Tipos de Controladores Implementações de Blocos PID Controle Analógico PAGF ga Técnicas de Blindagem Transdutores Temperatura .
Fotoelétrico Posição Encoder Régua Ótica Resolver LVDT — Capacitivo Indutivo Tensão Mecânica (StrainGauge) — m — Piezolétrico PAGF Velocidade pressão Pirometria Ótica Sensores Nível Ultrasônico Atuadores Eletroválvulas e Cilindros Servomotores Moto Motores de passo Acionamentos Elétricos CLP Princípios de Funcionamento Módulos Básicos Programação Básica „ IHM CNC . Interfaces Seriais Redes Digitais Referências Bibliográficas 03 04 06 07 14 19 21 25 26 PAGf Página 2 Controle de Automação Industrial 1.
Sistemas de Controle: Histórico A necessidade de controlar um processo já é bastante antiga. Nasceu desde o momento em que o homem passou a manufaturar bens para suas necessidades. Da manufatura saiu o conceito de se sistematizar os procedimentos envolvidos na manufatura de um bem. Surge assim o conceito de processo de manufatura. Estes procedimentos são ordenadas e podem ser agrupadas em etapas ou fases. A principal característica do processo de manufatura é que o homem era o responsável pelo controle e pela execução de todos os procedimentos envolvidos no processo.
O problema era que a produtividade era baixa e a qualidade fortemente dependente do ser humano. Com o surgimento da máquina à vapor, começa surgir a idéia de se usar máquinas para executar etapas do sistema produtivo. Entretanto as primeiras máquinas a vapor não tinham elementos de controle automático. Eram ainda dependentes do homem para o controle de suas ações, mas já representavam um avanço em termos de força e velocldade em relação ao ser humano.
Com invenção do regulador mecânico para a pressão do vapor, feito por James Watt, a máquina passou a ter um uso industrial importante ois agora a pressão do vapor era regulada automaticam PAGF 6 ainda não existia o controle automático no processo, dado que toda ação da máquina ependia da supervisão e atuação do homem. A idéia era fazer com que a máquina ganhasse cada vez mais autonomia no processo de fabricação, tal qual o ocorreu com o controle do vapor. Ou seja, buscava-se o controle de automático de processo.
Mas o controle de processo usando meramente elementos mecânicos era algo difícil de se conseguir e o controle automático de processo praticamente não avançou muito até o século XX. Com o século XX, vieram a eletricidade e os controles elétricos e eletrônicos, mais versáteis e dinâmicos que os controles mecânicos e asslrn a automação de rocessos adquiriu a dimensão que este até os dias de hoje Teoria de Erros: O erro é caracterizado como algo indesejável no sistema, entre em sistemas de controle o estudo dos erros leva a formas mais eficientes e exatas de se efetuar um controle.
O erro pode ser definido como um desvio entre um valor real e um valor efetivamente encontrado. pode Ter várias origens, mas podem ser classificados de duas formas: Erros determinísticos ou sistemáticos: É aquele erro que decorre de um desvio fixo entre a grandeza lida e a esperada por motivo de uma folga ou desajuste. É um tipo de erro que é sempre epetitivo, desde que as condições sejam idênticas. Pode estar relacionada à uma grandeza física, como por exemplo, um erro de um extensômetro em virtude de temperatura. ode ser elmlnado por meio de compensação. Erros aleatórios: É aquele que ocorre devido a fatores imponderáveis e que não podem ser modelados. A dimensão d io só pode ser PAGF 7 OF meio de análise estatística. Na natureza costumam ocorrer os dois tipos de erros simultaneamente. Diante da natureza desta classificação dos erros, criou-se dois conceitos básicos para a caracterização dos desvios. A exatidão e a precisão. A exatidão dá uma idéia do desvio médio de uma medida em relação ao valor real.
A baixa exatidão é causada por erros determinísticos. A precisão é uma medida da variabilidade de uma medida em torno de um valor médio. É causada pelo erro aleatório. Página 3 2. Sistemas de Controle Industrial: Existem várias formas de se implementar sistemas de controle automático, entretanto, a mais utilizada é usando sistemas eletroeletrônicos devido principalmente a versatilidade e dinamismo necessários à um controle de processo. Além disso, sistemas elétricos são mais fáceis de se implementar que sistema s inâmicos.
Dado que um sistema de controle é predominantemente elétrico e os processo envolvem transformações mecânicas, químicas e físicas, devemos converter o sinal de um controlador eletrônico no sinal adequado ao proces nto de vista da natureza, PAGF 8 OF ele deve fazer com o processo. Este é o sinal de referência, ou sinal de entrada. A figura abaixo ilustra o relacionamento entre o controlador, o atuador e o processo. Sinal de Entrada Controlador Atuador Processo Em um sistema de controle precisamos saber como anda o processo e obter informações a respeito de parâmetros do mesmo.
Ou seja, precisamos de um dispositivo capaz de converter uma grandeza física do processo em uma grandeza elétrica para que possamos medir o andamento do processo. Este elemento é o transdutor e ele se relaciona com o processo conforme a figura abaixo: processo Transdutor Indicador 3. Sistemas de Controle em Malha Aberta e Malha Fechada: Com relação a forma de implementação os sistemas de controle, podem ser classificados de duas formas : em malha aberta e em malha fechada. Malha aberta: Quando o controlador gera o sinal para o atuador, com base no sinal piloto, sem obter nenhuma informa 30 do sobre o andamento do rocesso.
Ou sela, é um si são itens opcionais não sendo importantes para o controle. Página 4 Set-Point Sinal de Erro Malha Fechada . Com realimentação) OBS: O indicador no caso da malha fechada é um item opcional. A malha fechada apresenta algumas vantagens em relação a malha aberta, principalmente no que tange a menor sensibilidade a interferências e ruídos. Isto porque o sistema sendo realimentado, ,qualquer desvio do sistema, gera um erro que tende a ser compensado. Além disso, o sistema fica mais independente dos parâmetros da lanta, já que ele passa a atuar sobre o sinal de erro.