O documento discute interfaces entre controladores e processos, incluindo transmissão de sinais, sensores, atuadores, amplificação e conversão de sinais. É detalhada a transmissão analógica por corrente e tensão, e elementos como conversores que permitem a interface entre diferentes sinais e grandezas físicas no controle de processos.

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Controlador PID Analógico
Interfaces com o Processo
Romeu Reginatto
2014
Interfaces Controlador-Processo
Controlador Processo
Interfaces Controlador-Processo
Controlador Processo
Transmissão de sinais
PV e MV
Interfaces Controlador-Processo
Controlador Processo
Transmissão de sinais
PV e MV
Sensores / Atuadores
Amplificação de sinais
Conversão de sinais
Tratamento de sinais
Interfaces Controlador-Processo
Controlador Processo
Transmissão de sinais
PV e MV
Sensores / Atuadores
Amplificação de sinais
Conversão de sinais
Tratamento de sinais
Conversão de sinais
Operação sobre sinais
Conteúdo
• Transmissão analógica
• Transmissores
• Sensores/Atuadores
• Funções auxilidares / Conversores

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Transmissão Analógica
• Pneumática
– 3 a 15 psi (libra por polegada quadrada)
– 20 a 100 kPa (Pascal)
– 0.2 a 1.0 Kgf/cm2
• Eletrônica
– 4 a 20mA (DC). Padrão mais comum.
– 1 a 5V (DC)
– 0 a 20mA (DC). Ainda usado na Alemanha e alguns
outros países.
Zero “Vivo”
• 4 a 20mA (DC) x 0 a 20mA (DC)
• 0/4mA = valor mínimo medido pelo sensor/transmissor
• 20mA = valor máximo medido pelo sensor/transmissor
• Valores intermediários – relação linear ou fornecida pelo
fabricante
4mA pode indicar o valor “zero” – mínimo do sensor/transmissor
0mA pode ser confundido entre o valor “zero” do sensor e um
defeito na transmissão
Transmissão em Corrente x Tensão
Fator
Corrente Tensão
Resistência dos
condutores
Não afeta a
transmissão
Altera o sinal
transmitido
Influência de ruídos Menos sensível Mais sensível
Número de
instrumentos
Não afeta o sinal Afeta o sinal
Laço de Transmissão em Corrente
1 transmissor
e 1 receptor
1 transmissor
e vários receptores
Instrumentos passivos e ativos
• Equipamentos compatíveis com o padrão
4-20mA podem ser passivos ou ativos:
• Passivos: não possuem fonte de
alimentação interna para o laço de
corrente.
• Ativos: possuem fonte de alimentação
interna para fornecer tensão ao laço de
corrente.
Estruturação de laços de corrente
• Laço de corrente em geral operado com tensão
de 24V.
• A soma de todas quedas de tensão ao longo
dos instrumentos e cabeamento do laço deve
ser inferior a máxima tensão de alimentação do
laço.
Fonte incluída em
1 ou mais dos
instrumentos do
laço de corrente.

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Elementos de uma malha de
controle
• Controlador. Realiza a função de controle na
malha (ex. PID).
• Sensor ou transdutor (instrumento primário).
Transforma a variável que se deseja controlar
em uma variável elétrica para uso da malha de
controle.
• Transmissor. Em geral associado aos
sensores/transdutores, convertendo o seu sinal
em outro que é padronizado e pode ser
transmitido à distância.
Elementos de uma malha de
controle
• Conversores. Realizam funções auxiliares
dentro da malha de controle, permitindo
adequação de níveis, tipos e realização de
determinadas operações sobre os sinais.
• Receptores. Nome genérico dado ao
dispositivo que recebe um sinal padrão enviado
por um transmissor.
• Cabeamento. Conexões elétricas da malha de
controle.
Elementos de uma malha de
controle
• Indicadores. Equipamentos cuja função é
mostrar o valor de uma determina variável
do processo.
• Registradores. Equipamentos destinados
a realizar o registro de uma variável do
processo em geral em papel.
Transmissores Eletrônicos
Transmissores Eletrônicos
• Transmissores implementados com eletrônica
analógica e/ou digital e que possuem interfaces
analógicas com os sinais externos.
– Funções
– Estrutura física
– Características elétricas
– Transmissores inteligentes
Funções
• Adequação do nível/potência do sinal de
sensores / transdutores.
• Realização de operações de linearização,
filtragem, tratamento do sinal.
• Conversão para um sinal padrão que pode
ser transmitido a distância,em geral 4-
20mA.

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Estrutura Física
• Montado próximo ao sensor/transdutor.
• Invólucro adequado ao ambiente industrial
(blindagens, isolamentos, robustez, etc).
• Estrutura adequada à aplicação
(acoplamento, formas de montagem, etc)
• Indicação ou não da variável transmitida
(LED; cristal líquido; bar graph;
galvanômetro, etc).
Características Elétricas
• Tipo 4 fios (ativo)
– Alimentação independente do sinal.
– Alimentação em 110/220V (2 fios).
– 2 fios para o sinal 4-20mA (tensão 24V).
• Tipo 2 fios (passivo)
– Alimentação obtida do próprio sinal.
– Em geral de baixo consumo ou ambientes perigosos.
• Isolação galvânica para o sinal padrão.
• Entrada compatível com o sensor/transdutor.
Transmissores inteligentes
• Baseados em sistemas microprocessados
• Possuem funções mais elaboradas de
tratamento do sinal
• Possibilitam transmissão analógica e
digital
• Capacidade de comunicação digital e
interligação em rede
Transmissores
Sensores / Transdutores
Características Fundamentais
• Faixa de medida / operação (Range). Valores
mínimo e máximo da variável medida que são
mensuráveis pelo sensor em questão. Expressa
nas unidades da variável medida.
• Alcance (Span). É a diferença entre o valor
máximo e mínimo da faixa de medida. Expresso
na unidade da variável medida.

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Características Fundamentais
• Precisão. Tolerância de medição ou
transmissão do instrumento. Erro máximo
cometido em condições normais de uso.
Expressa em:
– Valor absoluto (unidades da variável medida)
– Percentual do alcance (span)
– Percentual do valor máximo
Características Fundamentais
• Sensibilidade. Variação mínima da
variável medida necessária para modificar
o valor apresentado. Em geral expressa
em percentual do span.
• Repetibilidade. Capacidade de reproduzir
a indicação quando repetida a mesma
medição nas mesmas condições.
Expressa em percentual do span.
Funções Auxiliares / Conversores
Classificação
• Conversores de grandezas destinados a
interfacear sinais de natureza distinta em
uma mesma malha de controle.
• Relés que realizam determinadas
operações matemáticas de interesse em
malhas de controle simples.
Conversores de grandezas
• Conversor de corrente para pressão (I/P)
– 4 a 20 mA para 0.2 a 1 kgf/cm2
– Sinal de atuação em válvulas de controle
• Conversor de pressão para corrente (P/I)
– 3 a 15 psi para 4 a 20 mA
– Transmissão de sinal pneumático para monitoração à
distância
– Uso de transmissores pneumáticos antigos em
malhas de controle já integrando controladores
eletrônicos
Conversores de grandezas
• Conversor de tensão para pressão (E/P)
– Similar ao conversor I/P, porém com entrada
em tensão
• Conversor de tensão para corrente (E/I)
– Entrada em tensão de sensores, em geral.
– Saída em corrente padronizada (4-20mA)

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Conversores de grandezas
• Conversor de corrente para corrente (I/I)
– Interface entre diferentes padrões de
transmissão em corrente, especialmente
processos envolvendo equipamentos e
padrões mais antigos.
– Entradas típicas: 4 a 20 mA; 10 a 50 mA; 0 a
5 A (transformador de corrente).
– Saída típica em 4 a 20 mA.
Relés de multiplicação e divisão
• Pneumáticos e eletrônicos
A
B
C
(A x B) / C
Aplicação em linearização de sensores, atuadores
ou fenômenos não lineares do processo.
Relés de adição e subtração
• Pneumáticos e eletrônicos
A
B
C
A + B - C
Aplicação em combinação de sensores,
associação entre malhas de controle, etc.
Extratores de Raíz Quadrada
• Pneumáticos e eletrônicos
A A
Aplicação em linearização de sensores / atuadores
em malhas simples de controle.
Relés de seleção de sinal
• Pneumáticos e eletrônicos
A
C
Max(A,B)
Min(A,B)
A limitado a C
Operações especiais sobre ou entre malhas de controle.
Exemplo: atuação sobre um aquecedor ou resfriador,
conforme o valor do sinal de controle.
Exemplo
Extrator de raíz
quadrada
Conversor de
escala
Relé seletor
de máximo
Relé seletor
de mínimoFonte. Bega, 2003.
Transmissor de
vazão
Controlador
de vazão