O documento apresenta os conceitos básicos de malha de controle, sistemas de malha aberta e fechada, e elementos funcionais de um sistema de controle como sensores, transmissores, controladores e elementos finais de controle.

1. INSTRUMENTAÇÃO &
AUTOMAÇÃO
MALHA DE CONTROLE
Carlos Alvarez

2. Malha de Controle
Controle Manual - Operador
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3. Malha de Controle
Set-Point
(Leite Quente)
(Leite Frio)
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4. Malha de Controle
Malha Aberta:
É aquela em que a informação sobre a variável controlada, não
é utilizada para ajustar quaisquer das variáveis de entrada,
visando compensar as variações que ocorrem nas variáveis do
processo e que influenciam na variável controlada.
O conceito de malha aberta é freqüentemente utilizado nas
discussões dos sistemas de controle, para indicar que está
se investigando a dinâmica do processo em uma condição
não controlada, ou seja, investiga-se apenas a dinâmica do
processo.
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5. Malha de Controle
Sistema de Malha Aberta:
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6. Malha de Controle
Sistema de Malha Aberta:
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7. Malha de Controle
Malha Fechada:
Na malha fechada, a informação sobre a variável controlada, é
comparada com um valor desejado (set point), e esta
informação é utilizada para manipular (alterar) uma ou mais
variáveis de processo.
Em sistemas de malha fechada, o controle de processo pode
ser efetuado e compensado antes (controle antecipatório ou
feedforward) ou depois (controle realimentado ou feedback)
de afetar a variável controlada.
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8. Malha de Controle
Sistema de Malha Fechada:
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9. Malha de Controle
Sistema de Malha Fechada:
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10. Malha de Controle
Sistema de Malha Fechada:
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11. Elementos Funcionais
Sensor
É um dispositivo sensível a alguma forma de energia. Esta energia
sensibilizante (luz, calor, movimento etc) traz informação sobre uma
grandeza que precisamos medir (temperatura, pressão, velocidade
etc.).
O sensor também é conhecido como detector ou elemento primário.
Sensor Capacitivo
Sensor de
Temperatura
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12. Elementos Funcionais
Elemento Primário
Dispositivo de modifica a condição da variável medida ou pode ser
uma denominação para sensor.
Eletrodos de pH
Placas de Orifício
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13. Elementos Funcionais
Transmissor
O transmissor é um instrumento que detecta mudanças na variável
de processo e transmitem-nas à distância na forma de um sinal
padrão, proporcional ao valor desta variável.
Pressão
Vazão
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14. Elementos Funcionais
Conversor
Os conversores são dispositivos que convertem sinais padronizados
em outros sinais também padronizados, de mesma natureza ou de
naturezas diferentes.
Neste sentido podemos considerar um conversor como uma
interface entre dispositivos, podendo ser instalado tanto na entrada
como na saída dos sistemas.
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15. Elementos Funcionais
Transdutor
É um termo geral para dispositivos que recebem informações na
forma de uma ou mais quantidades de grandezas físicas, modifica
as informações e/ou sua forma, caso necessário, e produz um sinal
de saída resultante.
Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um transmissor,
um relé, um conversor, um sensor, um atuador ou outro dispositivo.
Como o termo transdutor não é específico, usá-lo para aplicações
específicas não é recomendado.
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16. Elementos Funcionais
Indicador
O indicador é o instrumento que mostra a variável de processo
através do conjunto escala-ponteiro (indicação analógica), bargraph
(barras gráficas) ou através de dígitos (indicação digital).
Digital Bargraph
Analógico
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17. Elementos Funcionais
Registrador
O registrador é o instrumento que registra o valor da variável de
processo em um gráfico (ou carta) através de uma pena.
O registrador pode ser remoto ou local.
O registrador pode ser contínuo, com 1 a 4 penas, ou multiponto,
com o registro descontínuo de 6, 12 ou 24 pontos.
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18. Elementos Funcionais
Registrador
O gráfico pode ser circular ou em tira.
O gráfico de tira pode ser em rolo ou sanfonado.
O acionamento do gráfico pode ser mecânico ou elétrico (raramente
pneumático).
Atualmente os registradores eletrônicos digitais microprocessados
não possuem papel para registro. As informações são armazenadas
na memória do registrador e mostradas em telas LCD – Liquid
Crystal Display – Visor de Cristal Líquido).
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19. Elementos Funcionais
Registrador
Digital de Carta
Sanfonada
Analógico de Carta
Giratória
Digital Sem Papel
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20. Elementos Funcionais
Controlador
O controlador é o principal instrumento da malha de controle.
É o instrumento que recebe dois sinais: a medição da variável
controlada (PV) e o set point (SP).
A função específica do controlador é a de comparar estes dois
valores e gerar automaticamente um sinal de saída para atuar a
válvula, de modo a diminuir ou eliminar a diferença entre a medição
e o ponto de ajuste.
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21. Elementos Funcionais
Controlador
PV TRATAMENTO
ERRO SINAL DE
COMPARADOR DO ERRO
CORREÇÃO
SP COMPUTAÇÃO
Σ
ERRO = PV - SP
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22. Elementos Funcionais
Controlador
Set Point % - Proporcional
SP ʃ - Integral
dt - Derivativa
Erro
Medição
PV AMP Correção
Σ Erro = PV - SP
Bias
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23. Elementos Funcionais
Controlador
Eletrônico Analógico
Pneumático
Digital
Single Loop ou
Multi Loop
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24. Elementos Funcionais
Elemento Final de Controle
São equipamentos que recebem o sinal de correção do controlador e,
em função deste sinal, modificam ou atuam sobre a variável
manipulada ou agente de controle.
Dentre os elementos finais de controle, a válvula de controle
pneumática, utilizada para regular a vazão de fluidos a partir da
obstrução causada por uma peça móvel, chamada de obturador, é o
elemento final de controle mais utilizados nas indústrias.
Desempenham, também, este papel de elemento final de controle o
damper, a resistência elétrica, o motor, a bomba, o braço de um robô,
o inversor de freqüência etc.
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25. Elementos Funcionais
Elemento Final de Controle
Resistência
Damper
Válvula
Motor
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26. Elementos Funcionais
Computadores de Sinal
São os instrumentos que executam funções de cálculo matemático
com as variáveis, tais como extratores de raiz quadrada,
linearizadores, integradores, somadores e subtratores etc.
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27. Diversos
Instrumentos Cegos – São
instrumentos que não tem indicação
visível do valor da variável medida.
Instrumentos de Campo – São
instrumentos instalados nos
equipamentos ou tubulações no
processo.
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28. Diversos
Instrumentos de Painel – São instrumentos instalados em
painéis localizados geralmente em salas apropriadas para este
fim.
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29. Definições – Controle de Processos
Variável de Processo:
E qualquer grandeza física que possui o valor alterável com o
tempo.
Ex.: Pressão, peso, densidade, temperatura, nível etc.
Variável Controlada:
Variável que se deve manter em um valor desejado.
Ex.: Temperatura de saída do Leite.
Variável Manipulada:
Variável que recebe a ação do sistema de controle, a fim de
manter a variável controlada no valor desejado.
Ex.: Vazão de Vapor.
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30. Definições – Controle de Processos
SET-POINT
SENSOR
CONTROLADOR TRANSMISSOR
VARIAVEL
VARIAVEL
CONTROLADA
MANIPULADA
PROCESSO
PERTURBAÇÃO
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31. Definições – Controle de Processos
Set-Point Controle de Temperatura
(Leite Quente)
Vapor (Leite Frio)
Condensado
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32. Definições – Controle de Processos
Set Point:
Valor de referência ou ponto de ajuste preestabelecido para a
variável controlada. Também chamado Set Value (SV).
Correção:
Valor de saída do controlador para o elemento final de controle,
a fim de corrigir (levar para o valor de set point) a variável
controlada, agindo sobre a variável manipulada.
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33. Definições – Controle de Processos
Set-Point
Variável Controlada:
Temperatura de Saída
do Leite
(Leite Quente)
Sinal de
Correção
Vapor (Leite Frio)
Variável Manipulada:
Vazão de Vapor
Condensado
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34. Definições – Controle de Processos
Meio Controlado:
É a energia ou material no qual a variável é controlada.
Ex.: Leite
Agente de Controle:
É a energia ou material do processo que é manipulado, a fim de
manter a variável controlada.
Ex.: Vapor
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35. Definições – Controle de Processos
Set-Point
(Leite Quente)
Meio Controlado: Leite
Vapor (Leite Frio)
Agente de
Controle: Vapor
Condensado
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36. Definições – Controle de Processos
Controlador
Transmissor
Set-Point
Variável Controlada:
Temperatura de Saída
Sinal de Sensor: do Leite
Correção
(Leite Quente)
Conversor
Meio Controlado: Leite
Vapor (Leite Frio)
Agente de
Controle: Vapor
Elemento Final
Variável Manipulada: de Controle:
Vazão de Vapor Válvula Condensado
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37. Definições – Controle de Processos
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38. Definições – Controle de Processos
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39. Definições – Controle de Processos
LIC LY
SP 100
100
LT
101
A
B
Consumo
Ácido
Sulfúrico
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40. Declaração de copyright
Todas as ilustrações, marcas e produtos
mencionados nesta apresentação pertencem
aos seus respectivos proprietários, assim
como qualquer outra forma de propriedade
intelectual, sendo usadas estritamente em
caráter educacional.
Carlos Alvarez
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