RECONDICIONAMENTO E PROJETO DE CONTROLE PARA UMA...

UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARANA

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ELETRICA

CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA

CRISTIAN LOREGIAN BAMPI

RECONDICIONAMENTO E PROJETO DE CONTROLE

PARA UMA BANCADA DIDATICA DE PROCESSO

TERMICO

TRABALHO DE CONCLUSAO DE CURSO

PATO BRANCO

2016

CRISTIAN LOREGIAN BAMPI

RECONDICIONAMENTO E PROJETO DE CONTROLE

PARA UMA BANCADA DIDATICA DE PROCESSO

TERMICO

Trabalho de Conclusao de Curso degraduacao, apresentado a disciplina deTrabalho de Conclusao de Curso 2, do De-partamento Academico de Eletrica - DA-ELE - da Universidade Tecnologica Federaldo Parana - UTFPR, Campus Pato Branco,como requisito parcial para obtencao dotıtulo de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Dr. Cesar Rafael ClaureTorrico

PATO BRANCO

2016

TERMO DE APROVACAO

O Trabalho de Conclusao de Curso intitulado RECONDICIONAMENTO E

PROJETO DE CONTROLE PARA UMA BANCADA DIDATICA DE PROCESSO TERMICO

do academico Cristian Loregian Bampi foi considerado APROVADO de acordo com

a ata da banca examinadora N 112 de 2016.

Fizeram parte da banca examinadora os professores:

Prof. Dr. Cesar Rafael Claure Torrico

Prof. Me. Johny Werner

Prof. Me. Marcelo Flavio Guepfrih

Dedico este trabalho a minha mae Loreni, que me apoiou

durante toda minha educacao formal, dando total suporte as

minhas ambicoes.

”Look up at the stars and not down at your feet. Try

to make sense of what you see, and wonder about

what makes the universe exist. Be curious.”

Stephen Hawking

AGRADECIMENTOS

Especiais agradecimentos ao Professor Dr. Cesar Rafael Claure Torrico,

pela sugestao do tema, profissionalismo e dedicacao. Agradeco pela confianca em

mim depositada para a realizacao da monografia, ajudando no meu crescimento pes-

soal e profissional.

Agradeco a minha famılia, em especial a minha mae Loreni Loregian, que

sempre acreditou no meu potencial.

Agradeco aos meus avos Libra Loregian e Darci Loregian, pelo apoio, confianca

e carinho depositados em mim durante toda minha formacao academica.

Agradeco a todos os meus amigos que de alguma forma contribuıram para

este trabalho, em especial Otavio Gomes, Darlan Rigo, Pablo Jahno, Lucas Gremonini

e Celio Degaraes.

RESUMO

BAMPI, Cristian L. Recondicionamento e Projeto de Controle para umaBancada Didatica de Processo Termico. 2016. Trabalho de Conclusao de Cursodo Curso de Engenharia Eletrica, Universidade Tecnologica Federal do Parana, PatoBranco, PR, 2016.

Este projeto tem por objetivo o recondicionamento de uma bancada didaticade processo termico, e posteriormente a criacao e controle de um sistema supervisoriocom atraso de tempo. Tambem e apresentado um estudo sobre as acoes basicas decontrole, e da definicao e aplicacao do Preditor de Smith. Apos o recondicionamentoda bancada, foi verificado a linearidade do processo, para poder representar o modelodo sistema mais proximo do real em torno do ponto de operacao e desta forma projetaro controlador com maior exatidao. Tambem foi projetado um sistema supervisorio emlinguagem C# para controle e monitoracao do processo termico com atraso de tempo.O controlador apresentou um desempenho adequado zerando o erro em regime, ediminuindo a constante de tempo para o mınimo possıvel, respeitando os limites desaturacao do sistema, porem devido ao fato de o atraso gerado ser muito pequeno,nao foi possıvel a visualizacao dos efeitos causados pelo controle preditivo no sistema.Sendo assim, foram feitas simulacoes aproximadas do mesmo processo em software,porem com um atraso maior, onde foi possıvel observar a acao do controle preditivona atenuacao dos efeitos causados pelo tempo morto.

Palavras-chave: Recondicionamento, Bancada de Controle, Preditor de Smith, Pro-cesso Termico.

ABSTRACT

BAMPI, Cristian L. Reconditioning and Control Project to a DidacticBench of Thermal Process. 2016. Trabalho de Conclusao de Curso do Curso deEngenharia Eletrica, Universidade Tecnologica Federal do Parana, Pato Branco, PR,2016.

This paper aims at the reconditioning of thermal process from a didaticbench, and after, the creation and control of a supervisoy system with time delay. Italso presented a study about the basics control actions, and about the definition andaplication of the Smith Predictor. After de reconditining of the bench, the linearity ofthe process was verified, to be able to represent the system closer to the actual modelaround the operating point, and thus design the controller with greater accuracy. Also,a supervisory system was designed in C# language to control and monitoring the ther-mal proccess with time delay. The controller showed adequate performance resettingthe error of the system and decreasing the time constant to a minimum, within the li-mits of the system saturation, however due to the fact that the delay generated is verysmall, it was not possible to see the effects caused by the predictive control system.Therefore, approximate simulations of the same process were made in software, butwith a bigger delay, where it was possible to observe the action of predictive control inthe attenuation of the effects caused by the dead time.

Keywords: Reconditioning, Control Bench, Smith Predictor, Thermal Process.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Bancada didatica para controle de processos contınuos da marca

Festo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Figura 2: Exemplo de sistema termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Figura 3: Circuito eletrico equivalente ao sistema termico . . . . . . . . . 19

Figura 4: Exemplos de sistemas com resposta nao-linear . . . . . . . . . 20

Figura 5: Resposta transitoria de um sistema nao controlado . . . . . . . 21

Figura 6: Diagrama de blocos da acao de controle proporcional em malha

fechada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Figura 7: Relacao entre o erro do sistema e o sinal de controle em uma

acao de controle proporcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Figura 8: Diagrama de blocos da acao de controle integral em malha fe-

chada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Figura 9: Erro atuante e acao de controle integral . . . . . . . . . . . . . . 23

Figura 10: Diagrama de blocos da acao de controle proporcional integral

em malha fechada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Figura 11: Diagrama de blocos da acao de controle proporcional derivativo

em malha fechada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Figura 12: Exemplo mostrando um ponto de projeto possıvel atraves do

ajuste do ganho (B) e um ponto de projeto desejado (A). . . . . 26

Figura 13: Resposta de um processo com atraso de tempo . . . . . . . . . 26

Figura 14: Malha de controle com Preditor Smith . . . . . . . . . . . . . . . 27

Figura 15: Placa de aquisicao de dados NI USB -6009 . . . . . . . . . . . 29

Figura 16: Bancada didatica de processo termico . . . . . . . . . . . . . . 30

Figura 17: Diagrama do processo termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Figura 18: Sinal de saıda do sensor original da bancada . . . . . . . . . . 31

Figura 19: Relacao resistencia por temperatura do sensor Pt100 . . . . . . 32

Figura 20: Simulacao para condicionamento do sensor Pt100 . . . . . . . 33

Figura 21: Diagrama de Blocos do Fluxo de sinal do circuito de condiciona-

mento do sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Figura 22: Circuito para condicionamento do atuador de controle da uni-

dade aquecedora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Figura 23: Esquematico da implementacao do circuito de condicionamento

no atuador de controle da unidade aquecedora . . . . . . . . . 34

Figura 24: Circuito de condicionamento para o processo termico . . . . . . 35

Figura 25: Terminal analogico da bancada de processo termico . . . . . . 36

Figura 26: Chaves on/off do processo termico . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Figura 27: Bornes para ligacao externa do processo termico . . . . . . . . 37

Figura 28: Esquematico do sistema fluıdico do processo termico apos a

modificacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Figura 29: Processo termico e de pressao, apos a modificacao da bancada 38

Figura 30: Resposta ao degrau do processo termico . . . . . . . . . . . . . 39

Figura 31: Comparacao da resposta ao degrau do processo termico . . . . 40

Figura 32: Comparacao da resposta teorica e real em malha aberta . . . . 41

Figura 33: Diagrama de blocos da simulacao do controlador PI com Predi-

tor de Smith . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Figura 34: Interface desenvolvida para controlar o processo termico em C# 42

Figura 35: Diagrama de blocos do controlador PI . . . . . . . . . . . . . . . 43

Figura 36: Temperatura Real e Prevista do sistema em malha fechada . . . 44

Figura 37: Acao de controle do sistema a malha fechada . . . . . . . . . . 44

Figura 38: Controle de temperatura sem preditor . . . . . . . . . . . . . . . 45

Figura 39: Simulacao do sistema com dez vezes mais atraso de tempo que

a planta real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Figura 40: Simulacao do sistema com vinte vezes mais atraso de tempo

que a planta real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Relacoes entre tensao-corrente, corrente-tensao e impedancia

no domınio da frequencia para capacitores, resistores e induto-

res. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

SUMARIO

1 INTRODUCAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.1 JUSTIFICATIVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2 OBJETIVO GERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3 OBJETIVOS ESPECIFICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 FUNDAMENTACAO TEORICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1 CONDICIONAMENTO DE SINAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2 MODELOS MATEMATICOS DE SISTEMAS DINAMICOS . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2.1 Modelagem Fenomenologica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2.2 Sistemas Termicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2.3 Modelagem experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2.4 Nao-Linearidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3 CONTROLE DE SISTEMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3.1 Acoes Basicas de Controle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3.2 Metodo de Projeto de Controladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.3.3 Metodo do Lugar das Raızes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.4 ATRASO DE TEMPO E CONTROLE PREDITIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.5 SISTEMA DE AQUISICAO DE DADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3 PROJETO DE RECONDICIONAMENTO E CONTROLE DE UMA BANCADA

DIDATICA DE PROCESSO TERMICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.1 SITUACAO PRE-PROJETO DA BANCADA DIDATICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2 SISTEMA DE ACIONAMENTO E CONDICIONAMENTO DE SINAIS DO

PROCESSO TERMICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.3 MODIFICACAO DA BANCADA PARA GERAR O FENOMENO DE ATRASO

DE TEMPO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.4 LEVANTAMENTO DOS MODELOS MATEMATICOS E CONTROLE DO PRO-

CESSO TERMICO COM ATRASO DE TEMPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.5 RESULTADOS OBTIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4 CONCLUSOES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

ANEXO A - GUIA DO USUARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

A.1 LIGACOES FISICAS PARA INICIALIZAR A BANCADA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

A.1.1 Chaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

A.1.2 Bornes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

A.2 SEGURANCA AO OPERAR A BANCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

A.3 MODIFICACAO DA BANCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

A.4 SISTEMA SUPERVISORIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

12

1 INTRODUCAO

A aplicacao de sistemas de controle termico pode ser verificada em varios

setores industriais. Os principais exemplos sao em industrias alimentıcias, em pro-

cessos quımicos, em usinas de geracao termica e no setor automotivo. (BARBOSA,

2015)

A busca do ser humano para conseguir cada vez mais seguranca, informa-

cao e conforto, levou a industria a aperfeicoar seus equipamentos, elaborando para os

mesmos novas estrategias de controle. Ao se elaborar novas tecnicas e necessario

avaliar todas as variaveis relacionadas aos equipamentos e processos a eles envolvi-

dos. Entre as variaveis consideradas, destaca-se o atraso no tempo de um processo.

(GHIGGI, 2008)

Segundo Ghiggi (2008), o atraso de tempo em processos de sistemas

dinamicos pode ocorrer tanto intencionalmente (onde e introduzido no processo para

melhorar seu desempenho) como nao intencionalmente (onde o atraso de tempo e

uma caracterıstica intrınseca do sistema).

Exemplos de sistemas de controle termico em que identifica-se a carac-

terıstica de atraso de tempo podem ser facilmente listados, como sistemas de aqueci-

mento prediais, onde a agua demora um perıodo de tempo ate chegar ao destino.

1.1 JUSTIFICATIVA

No Laboratorio de Controle de Sistemas Dinamicos da Universidade Tec-

nologica Federal do Parana (UTFPR) Campus Pato Branco encontra-se uma bancada

didatica para controle de processos contınuos da marca Festo, representada na Figura

1, onde e possıvel avaliar processos de temperatura, pressao, nıvel da agua e vazao.

O recondicionamento em alguns processos dessa bancada (nıvel, vazao e pressao) ja

foram realizados, porem a parte correspondente ao processo termico encontra-se em

desuso e apresenta mau funcionamento.

Ao recondicionar essa bancada de controle, sera possıvel simular um sis-

tema real de um processo termico, tendo o atraso de tempo como caraterıstica intrınse-

ca do sistema. Futuramente, apos a realizacao do projeto, a bancada podera ser apro-

veitada didaticamente por outros academicos que tenham como objetivo a criacao ou

1.2 Objetivo Geral 13

Figura 1: Bancada didatica para controle de processos contınuos da marca FestoFonte: Autoria Propria

a analise do seu comportamento atraves de um sistema supervisorio.

1.2 OBJETIVO GERAL

O objetivo geral deste trabalho e o recondicionamento de uma bancada

didatica de processo termico, alem do projeto do controlador com atraso de tempo.

1.3 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Condicionar os sinais dos sensores para uma faixa de tensao apropriada e dis-

ponibilizar os terminais para uma interface externa;

• Modificar o sistema de acionamento do aquecedor para uma faixa de tensao

apropriada e disponibilizar os terminais para uma interface externa;

• Alterar a estrutura da tubulacao do processo de tal forma a gerar o fenomeno do

atraso de tempo;

• Realizar ensaios, e apresentar a relacao entre a entrada e a saıda da planta a

malha aberta;

• Analisar as nao linearidades e obter o modelo da planta;

1.3 Objetivos Especıficos 14

• Projetar um controlador preditivo, para aplicar as acoes de controle em malha

fechada e atender as especificacoes de funcionamento do processo;

• Implementar um sistema supervisorio para monitoracao e controle do processo;

• Elaborar os manuais de operacao da bancada apos a modificacao;

15

2 FUNDAMENTACAO TEORICA

Neste capıtulo serao abordados os topicos disponıveis na literatura, que

foram utilizados no trabalho.

2.1 CONDICIONAMENTO DE SINAIS

Para que seja possıvel entender e controlar um processo industrial, e ne-

cessario medir as variaveis que indicam o seu estado. Para efetuar tais medidas e

necessario a utilizacao de sensores que emitem um sinal eletrico, ou variacao de um

parametro, proporcional as variaveis envolvidas no sistema. Como exemplo, tem-se

o sensor Pt100(100 Ohm Platinum Thermistor ) o qual altera sua resistencia eletrica

conforme a variacao da temperatura, assim, quanto mais alta for a temperatura, maior

sera a resistencia do sensor (NOVUS, 2013).

Porem, muitas vezes o sinal emitido pelo sensor nao e compatıvel com o

qual se deseja utilizar, por exemplo, em um processo onde o sensor fornece uma re-

sistencia e se deseja trabalhar com um sinal de tensao. Para adequar esse sinal e

necessario utilizar um circuito condicionador que converta o mesmo para a grandeza

desejada. No entanto, o condicionamento de um sinal nao se limita apenas a con-

versao de grandezas. Outros metodos, como amplificacao, filtragem, isolamento e

linearizacao tambem sao exemplos de condicionamento.

2.2 MODELOS MATEMATICOS DE SISTEMAS DINAMICOS

Segundo Dorf e Bishop (2009) ”Para obter e controlar sistemas comple-

xos, deve-se obter modelos matematicos quantitativos destes sistemas”, ou seja para

controlar um processo real, e necessario realizar a sua modelagem, analisando as

variaveis a ele envolvidas. A dinamica dos processos termicos, mecanicos, biologicos,

eletricos e economicos e baseada em equacoes diferenciais, sendo que essas equacoes

sao obtidas atraves da utilizacao das leis fısicas que regem os respectivos sistemas

(OGATA, 2010). Caso tais equacoes sejam lineares, invariantes no tempo e possuam

apenas uma entrada e uma saıda pode-se, atraves do uso da Transformada de La-

place, converter a funcao para o domınio da frequencia e assim simplificar seu metodo

de resolucao (DORF, Richard C.; BISHOP, 2009).

2.2 Modelos Matematicos de Sistemas Dinamicos 16

2.2.1 MODELAGEM FENOMENOLOGICA

Para se construir um modelo fenomenologico de um sistema no domınio

da frequencia ou do tempo, deve-se utilizar como base as leis fundamentais da fısica

que atuam no mesmo. Como exemplo de sistemas que podem ser modelados, tem-se

sistemas termicos, sistemas fluıdicos e circuitos eletricos (NISE, 2009).

Utilizando a Tabela 1, a qual demonstra o equacionamento dos elementos

existentes em um circuito eletrico, e possıvel obter a relacao da saıda pela entrada

no domınio do tempo, bem como no domınio da frequencia, destacando que, atraves

de manipulacao fısica e matematica, e possıvel nos mais diversos tipos de sistemas

(termico, de pressao, etc) obter variaveis equivalentes a resistencia, capacitancia e

indutancia de um circuito eletrico (NISE, 2009).

Tabela 1: Relacoes entre tensao-corrente, corrente-tensao e impedancia no domınio dafrequencia para capacitores, resistores e indutores.

Componente Tensao-corrente Corrente-tensao Impedancia do domınio dafrequencia

Capacitor v(t) = 1C

∫ t

0i(τ) d(τ) i(t) = C dv(t)

dt1Cs

Resistor v(t) = Ri(t) i(t) = 1Rv(t) R

Indutor v(t) = Ldi(t)dt

i(t) = 1L

∫ t

0v(τ) d(τ) Ls

Fonte: Adaptado de (NISE, 2009)

Segundo Ogata (2010) ”Por ser o meio mais versatil para a transmissao de

sinais de forca, os fluıdos -lıquidos e gases- tem grande aplicacao na industria”, isto e,

devido ao fato de ambos possuırem uma superfıcie livre e de facil manuseio. Sendo o

fluıdo o meio de transmissao de energia escolhido para este projeto.

Uma vez que o sistema envolve um processo termico, o mesmo estara su-

jeito a varios fatores nao lineares, como a potencia de saıda da bomba hidraulica e

a variacao da temperatura ambiente. Tais poderao fazer com que o sistema possua

um comportamento nao-linear e variante no tempo, portanto, caso um sistema possua

uma resposta nao-linear, sera necessaria a linearizacao da curva caracterıstica do pro-

cesso no ponto de operacao escolhido ou o calculo de um modelo linear aproximado

(OGATA, 2010).


2.2.2 SISTEMAS TERMICOS

O calor pode ser transmitido de uma substancia a outra por tres diferentes

modos: radiacao, conveccao e conducao. Para o equacionamento sera desprezada a

transmissao por radiacao devido ao fato de este tipo de transmissao so se demonstrar

relevante quando a temperatura do emissor for muito superior a do receptor (OGATA,

2010).

Um sistema e caracterizado como termico quando o mesmo envolve trans-

ferencia de calor de uma substancia a outra. Para analise desse sistema e necessario

aproximar suas variaveis em termos equivalentes de resistencia eletrica e capacitancia.

Tais variaveis aproximadas serao chamadas de resistencia termica e capacitancia

termica (OGATA, 2010).

Analisando o exemplo de um sistema termico representado na Figura 2,

considerando que o reservatorio seja idealmente isolado, pode-se encontrar seu mo-

delo matematico equivalente no domınio da frequencia.

Misturador

Líquido Frio

Líquido Quente

Aquecedor

Figura 2: Exemplo de sistema termicoFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)

Considerando as transferencias de calor por conveccao e conducao pode-

se definir a taxa de fluxo de calor q [kcal/s] em (1)

q = K∆θ (1)

onde ∆θ representa a diferenca de temperatura entre as duas substancias, eK [kcal/sC]

e definido pela equacao (2) em transferencias por conducao e definido por (3) em

transferencias por conveccao

K =kA

∆X(2)


K = HA (3)

sendo k [kcal/msC] a condutividade termica, A [m2] a area de contato entre as

substancias, ∆ X [m] espessura do condutor e H [kcal/m2sC] o coeficiente de con-

veccao.

A resistencia termica de um sistema, onde existe troca de calor entre duas

substancias, e dada pela equacao (4)

R =variacao na diferenca de temperatura, C

variacao na taxa de fluxo de calor, kcal=δθ

δq. (4)

Substituindo (1) em (4), tem-se

R =1

K(5)

ambos os coeficientes para condutividade e conveccao termica sao praticamente cons-

tantes, logo pode-se considerar R tambem constante. A capacitancia termica e defi-

nida pelas equacoes (6) e (7),

C =variacao no calor armazenado, kcal

variacao na temperatura, C(6)

C = mc (7)

onde m [kg] e a massa da substancia e c [kcal/kgC] o calor especıfico da mesma.

Substituindo os valores de C e R no circuito eletrico equivalente represen-

tado na Figura 3, pode-se obter atraves da equacao de balanceamento de calor, a

funcao de transferencia do sistema, representada na equacao (8)

G(s) =1

RCs+ 1(8)


V

CR

GND

i(t)

Figura 3: Circuito eletrico equivalente ao sistematermicoFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)

2.2.3 MODELAGEM EXPERIMENTAL

Na maioria dos casos, devido a grande complexidade que os sistemas po-

dem apresentar nao e possıvel a obtencao do seu modelo matematico apenas anali-

sando as leis fısicas que o influenciam, nestes casos e necessario excitar o sistema

com uma entrada de teste (degrau, rampa ou senoide) adequada as especificacoes

do processo, e posteriormente avaliar a forma de onda da saıda (NISE, 2009).

Para um sistema de primeira ordem, analisando, por exemplo, a resposta

para uma entrada do tipo degrau, o modelo no domınio da frequencia pode ser calcu-

lado a partir de duas especificacoes: o ganho e a constante de tempo. O ganho do

sistema e definido a partir da relacao saıda e entrada no regime permanente, enquanto

a constante de tempo informa o perıodo necessario para que o processo atinja 63,21%

do seu valor final. Para um sistema de segunda ordem subamortecido, alem do ganho

e da constante de tempo, tambem e necessario identificar o tempo de assentamento,

e o valor maximo de ultrapassagem (NISE, 2009).

2.2.4 NAO-LINEARIDADES

As relacoes fısicas de sistemas geralmente sao representadas por equa-

coes lineares, porem a maioria dos sistemas apresentam um comportamento nao-

linear. Para um sistema ser considerado ”linear”, e necessario que o mesmo demons-

tre as propriedades de superposicao e homogeneidade (NISE, 2009).

Pode-se dizer que um sistema possui a propriedade da superposicao, quan-

do a resposta na saıda de um sistema a soma de entradas e igual a soma das res-

2.3 Controle de Sistemas 20

postas as suas respectivas entradas, ou seja, se uma entrada e0(t) fornece uma saıda

y0(t), e e1(t) uma saıda y1(t) entao e0(t)+e1(t) deve fornecer uma saıda y0(t)+y1(t). Ja

para um sistema atender a propriedade da homogeneidade, a sua resposta, quando a

entrada e multiplicada por um escalar α, deve manter a mesma relacao, ou seja, se a

entrada for αe0(t) a saıda deve ser αy0(t) (NISE, 2009).

Quando um sistema nao possui uma das propriedades acima, ele e clas-

sificado como nao-linear sendo necessario a linearizacao da curva em um ponto de

operacao pre estabelecido, para que seja possıvel a aplicacao da transformada de

Laplace, obtendo assim o modelo matematico equivalente do sistema no domınio da

frequencia. A Figura 4 exemplifica casos de sistemas reais com resposta nao linear.

f(x)

Entrada

Sa

ída

x

f(x)

Entrada

Sa

ída

x

f(x)

Entrada

Sa

ída x

Saturação de um

amplificador

Zona morta de um

motor

Folga em um par de

engrenagens

Figura 4: Exemplos de sistemas com resposta nao-linearFonte: Adaptado de (NISE, 2009)

2.3 CONTROLE DE SISTEMAS

Controlar um sistema e modificar a sua entrada com o intuito de obter uma

saıda que atenda as especificacoes de desempenho pre-determinadas( melhora na

resposta transitoria, sobre-sinal maximo e erro em regime permanente). A Figura 5

exemplifica a resposta de um sistema nao controlado.

As especificacoes de desempenho do processo devem estar definidas an-

tes do projeto de controle, sendo assim, o controlador pode ser elaborado para atender

as necessidades mais evidentes do processo. No entanto existem diversas acoes de

controle disponıveis, sendo que cada acao e focada em uma determinada melhoria na

resposta, logo para melhorar mais de um fator do sistema simultaneamente pode-se

aplicar mais de uma acao de controle (OGATA, 2010).


Tempo

Am

plitu

de

Sinal de

entrada

Resposta

transitória

Resposta do

sistema

Resposta de

estado

estacionário

Erro de

estado

estacionário

Figura 5: Resposta transitoria de um sistema nao controladoFonte: Adaptado de (NISE, 2009)

2.3.1 ACOES BASICAS DE CONTROLE

As acoes de controle podem ser listadas como: Controlador Proporcio-

nal(P), Controlador Integral(I), Controlador do tipo Proporcional Integral(PI), Contro-

lador do tipo Proporcional Derivativo(PD) e Controlador do tipo Proporcional Integral

Derivativo(PID).

A Figura 6 representa o diagrama de blocos da implementacao do Contro-

lador Proporcional em malha fechada, no domınio da frequencia, considerando R(s) o

sinal de entrada, E(s) o erro atuante, U(s) o sinal de controle e Y (s) o sinal de saıda.

R(s) E(s) U(s) Y(s)

-+ Kp Planta

u

Figura 6: Diagrama de blocos da acao de controle proporcional em malha fechadaFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)


O controlador proporcional e utilizado para melhorar a resposta transitoria

de um sistema, porem, o mesmo aumenta o sobre-sinal e tambem nao consegue

eliminar o erro da resposta em regime permanente, pois para que o erro seja nulo o

sinal de controle tambem deve ser nulo, como mostra a Figura 7 (OGATA, 2010).

e(t)

0t

u(t)

0t

Figura 7: Relacao entre o erro do sistema e o sinal de controle emuma acao de controle proporcionalFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)

O controlador integral por sua vez tem como unico objetivo zerar o erro em

regime permanente, pois adiciona um polo na origem que aumenta o tipo do sistema

(OGATA, 2010).

O Diagrama de blocos da acao de controle integral e representado na Fi-

gura 8.

Na acao integral o sinal de controle u(t) passa a estar relacionado com a

area sob o sinal do erro atuante e(t), logo, como mostrado na Figura 9, a acao de

controle pode possuir valor nao nulo, mesmo que o erro do sistema seja nulo .

A acao de controle PI e a juncao da acao proporcional e integral, sendo

assim e possıvel em uma acao conjunta de controle, melhorar a resposta transitoria e

eliminar o erro em regime permanente do sistema, o diagrama de blocos da acao de

controle PI e ilustrado na Figura 10.


R(s) E(s) U(s) Y(s)

-+ Ki/s Planta

u

Figura 8: Diagrama de blocos da acao de controle integral em malha fechadaFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)

e(t)

0t

u(t)

0t

Figura 9: Erro atuante e acao de controle integralFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)

Sendo Ti a taxa de restabelecimento, ou seja, o numero de vezes por mi-

nuto que a parte proporcional da acao de controle e duplicada (OGATA, 2010).

A acao de controle do tipo PD (Proporcional Derivativa) tem por objetivo ate-

nuar a resposta do sistema, aumentando o amortecimento do mesmo. Esta acao de

controle nao atua diretamente no erro do sistema, porem possibilita a utilizacao de um

ganho superior, melhorando a resposta transitoria do sistema, a Figura 11 representa

o diagrama de blocos desta acao de controle (OGATA, 2010).

A acao de controle PID combina as tres acoes abordadas (Proporcional


R(s) E(s) U(s) Y(s)

-+ Kp(1+1/(Ti*s)) Planta

u

Figura 10: Diagrama de blocos da acao de controle proporcional integral em malha fechadaFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)

R(s) E(s) U(s) Y(s)

-+ Kp(1+Td*s) Planta

u

Figura 11: Diagrama de blocos da acao de controle proporcional derivativo em malha fechadaFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)

Integral Derivativo). Este tipo de controlador e amplamente utilizado em sistemas

de segunda ordem por juntar as melhorias das acoes que o compoe, melhorando

a resposta transitoria devido a acao proporcional, eliminando o erro devido a acao

integral e aumentando o amortecimento e a taxa de ganho devido a acao derivativa

(NISE, 2009). A representacao desta acao de controle podera ser tratada por tres

estruturas diferentes: paralelo, serie ou academico, representados pelas equacoes

(9), (10) e (11) respectivamente

U(s)

E(s)= Kp +

Ki

s+Kds (9)

U(s)

E(s)= Kp(1 +

1

Tis)(1 + Tds) (10)

U(s)

E(s)= Kp(1 +

1

Tis+ Tds) (11)


2.3.2 METODO DE PROJETO DE CONTROLADORES

Um controlador pode ser projetado tanto no domınio do tempo como no

domınio da frequencia dependendo dos parametros que se deseja controlar, alem

disso o projetista deve escolher a acao de controle adequada para o sistema contro-

lado tendo como guia as especificacoes finais do projeto (OGATA, 2010).

Existem diversas tecnicas para o calculo dos parametros do controlador,

neste trabalho sera abordada a tecnica do lugar das raızes, por ser um metodo simples

e por atender as especificacoes de controle necessarias para este projeto.

2.3.3 METODO DO LUGAR DAS RAIZES

Segundo Dorf e Bishop (2009) ”O lugar das raızes e o percurso das raızes

da equacao caracterıstica tracado no plano s a medida que um parametro do sistema

e alterado”, assim a localizacao dos polos e zeros do sistema a malha aberta estao

diretamente relacionados com as especificacoes do sistema que se deseja controlar.

Para se tracar o lugar das raızes de uma planta e necessario obter sua

funcao de transferencia em malha aberta e rearranja-la conforme a equacao (12)

(OGATA, 2010).

G(s) =K(s− z1)(s− z2)...(s− zn)

(s− p1)(s− p2)...(s− pn). (12)

Apos obter os zeros (zn) e os polos(pn) da planta, e possıvel obter um

esboco que fornece uma visao global do comportamento do sistema. Este esboco

possibilita ao projetista saber qual ganho tornara o sistema instavel, alem melhor acao

de controle a ser implementada. A partir do desempenho desejado, e possıvel obter

os polos e zeros a malha fechada, e entao atraves do metodo do lugar das raızes,

escolher qual acao de controle podera mover os polos e zeros para as posicoes de-

sejadas (NISE, 2009). Um exemplo da aplicacao deste metodo e ilustrado na Figura

12.

Ao analisar a Figura 12 pode-se notar que nao existe nenhum ganho pos-

sıvel que mova os polos para o ponto A, sendo necessario,atraves de acoes de con-

trole integrais ou derivativas, a implementacao de zeros ou polos adicionais, que po-

derao realocar o lugar das raızes( linha verde) para o local desejado, atendendo as

especificacoes do sistema.

2.4 Atraso de tempo e Controle Preditivo 26

A

jɯ

σ

Plano s

Pólos a malha aberta

Pólos a malha fechada

B

C

Figura 12: Exemplo mostrando um ponto de projeto possıvelatraves do ajuste do ganho (B) e um ponto de projeto desejado (A).Fonte: Adaptado de (NISE, 2009)

2.4 ATRASO DE TEMPO E CONTROLE PREDITIVO

O atraso de tempo, ou tempo morto, faz com que a saıda de um sistema,

permaneca nula por um determinado intervalo de tempo apos ser aplicado uma en-

trada qualquer, como representado na Figura 13, onde o sinal y representa o sistema

sem atraso e o sinal y1 representa a resposta com atraso de tempo. (LEVY, 2009)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

x 104

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Step Response

Tempo (seconds)

Tem

pera

tura

(°C

)

yy1

DelayTime

Figura 13: Resposta de um processo com atraso de tempoFonte: Adaptado de (PARRA, 2013)

Segundo Parra (2013) o tempo morto diminui a margem de fase e o ganho

da funcao de transferencia de um sistema, pois o mesmo representa no domınio da

frequencia um polinomio de ordem infinita e−ts onde todos os polos sao reais. Ao se

2.4 Atraso de tempo e Controle Preditivo 27

aumentar o numero de polos de um sistema, ele passa a apresentar uma estabilidade

relativa pior, o que torna mais difıcil a elaboracao de um controlador, podendo ainda

deixar o sistema instavel a malha fechada.

Algumas tecnicas de controle com atraso de tempo ja foram desenvolvidas,

como o Metodo de Cohen e Coon, o Metodo de Ziegler-Nichols e o Preditor de Smith

(existem tambem outras tecnicas de controle preditivo mais avancados baseados em

modelos autorregressivos, porem eles sao mais complexos.) (LEVY, 2009).

Devido ao fato de a tecnica do Preditor de Smith apresentar uma melhor

resposta transitoria, em relacao aos outros metodos, esta sera a tecnica escolhida

para o controlador deste projeto.

A ideia central desta tecnica e incluir paralelo a planta um compensador

de tempo morto, de forma que a entrada do controlador se torne uma dinamica sem

atraso de tempo, permitindo que o ganho assuma um valor muito maior do que com

um controlador PI normal, melhorando o desempenho do sistema, como representado

na Figura 14.

+-

Planta com

tempo mortoControlador

R(s) Y(s)

Modelo

equivalente

da planta

Atraso de

tempo

+-

+-

Preditor

de Smith

Figura 14: Malha de controle com Preditor SmithFonte: Adaptado de (PARRA, 2013)

A malha de controle preditivo desloca o atraso para fora da malha de rea-

limentacao, isto permite ao controlador emitir um sinal de controle como se o mesmo

estivesse controlando uma dinamica sem atraso. Ao se implementar esta tecnica deve-

se assumir que o retardo da planta e constante, tornando o desempenho sensıvel as

incertezas intrınsecas do processo. Sendo assim, para reduzir, o erro entre o modelo

matematico e o real, e instalada uma segunda malha de controle, que subtrai do sinal

de referencia a diferenca entre o modelo matematico e o sistema real (OLIVEIRA, 2016).

2.5 Sistema de Aquisicao de Dados 28

2.5 SISTEMA DE AQUISICAO DE DADOS

A aquisicao de dados DAQ (Data Acquisiton) e uma tecnica que utiliza re-

curso computacional para medir e armazenar as grandezas fısicas de um processo,

tais como, tensao, corrente, potencia, temperatura, pressao, etc. O hardware DAQ

digitaliza os sinais analogicos (desde que os sinais se encontrem condicionados para

uma faixa de tensao apropriada) de entrada para um formato que o computador possa

interpretar. Os componentes basicos de uma placa DAQ sao o ADC (Analogic Digital

Converter ) e o barramento, sendo que o ADC coleta as amostras do sinal de entrada,

que posteriormente sao transmitidas para o computador por meio do barramento (NA-

TIONAL INSTRUMENTS, 2016).

Para este trabalho foi utilizada como hardware de aquisicao de dados a

placa NI - USB 6009 fabricada pela National Instruments, representada na Figura 15,

por possuir baixo custo diante de suas caracterısticas, dispondo de:

• 12 entradas e saıdas digitais;

• 8 entradas analogicas de 14 bits, que operam na faixa de -10V a 10V;

• 2 saıdas analogicas de 12 bits , que operam na faixa de 0V a 5V;

• Contadores de 32 bits;

• Disponibilidade para a instalacao de drivers para a comunicacao com os software

Matlab, Labview e Visual Studio;

Porem como mencionado, as entradas e saıdas da placa so suportam uma

tensao em uma faixa limitada, sendo necessario a implementacao de um circuito con-

dicionador de sinal para adaptar o valor de tensao para a faixa desejada (NATIONAL

INSTRUMENTS, 2016).

2.5 Sistema de Aquisicao de Dados 29

Figura 15: Placa de aquisicao de dados NI USB -6009Fonte: (NATIONAL INSTRUMENTS, 2016)

30

3 PROJETO DE RECONDICIONAMENTO E CONTROLE DE UMA BANCADADIDATICA DE PROCESSO TERMICO

3.1 SITUACAO PRE-PROJETO DA BANCADA DIDATICA

Inicialmente a bancada didatica utilizada para este trabalho possuıa um

sensor Pt100 condicionado, e uma unidade aquecedora de 1000W que apresentava

mau funcionamento, devido a isto a bancada tornou-se obsoleta e estava em desuso.

A Figura 16 ilustra a referida bancada.

Figura 16: Bancada didatica de processo termicoFonte: Autoria Propria 2015

A bancada tambem possui uma bomba hidraulica de potencia nao contro-

lada, que tem por objetivo promover a circulacao de agua dentro do conteiner. O

esquematico da situacao inicial da bancada e ilustrado na Figura 17.

Apos a realizacao de testes iniciais, constatou-se que o sinal de tensao (Fi-

gura 18) proveniente do sensor nao era apto para controle, pois o mesmo apresentava

uma variacao em degraus, o que causaria instabilidade no sistema.

Sendo assim, para se fazer necessario o controle do processo, foi imple-

mentado um segundo sensor Pt100. Porem este sensor fornece uma resposta em

relacao a variacao de resistencia eletrica, se fazendo necessario a conversao dessa

3.1 Situacao Pre-Projeto da Bancada Didatica 31

Container 1

Bomba

Atuador de

Controle

Sensor

Pt100

Figura 17: Diagrama do processo termicoFonte: Adaptado de (FESTO, 1998)

2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

20

25

30

35

40

Tempo(s)

Tem

pera

tura

(°C

)

Temperatura Real

Figura 18: Sinal de saıda do sensor original da bancadaFonte: Autoria Propria

resposta para um sinal de tensao adequado, possibilitando assim a comunicacao com

a placa de aquisicao.

A unidade aquecedora possui um atuador de controle, que controla seu

funcionamento, possuindo apenas as funcoes ligado e desligado em 24 e 0V respec-

tivamente, sendo assim, como a placa de aquisicao possui uma amplitude maxima na

saıda de 5V, e necessario a implementacao de um circuito amplificador para condicio-

nar o sinal.

3.2 Sistema de Acionamento e Condicionamento de sinais do processo termico 32

3.2 SISTEMA DE ACIONAMENTO E CONDICIONAMENTO DE SINAIS DO PRO-CESSO TERMICO

O sensor Pt100 instalado varia sua resistencia eletrica conforme a tempe-

ratura, sendo assim, para converter o sinal para um de tensao, e necessario obter a

curva de resposta (resistencia por temperatura) para que seja possıvel a obtencao dos

valores maximo e mınimo de resistencia. Possuindo estes valores e possıvel projetar

um circuito de condicionamento para adequar o sinal para uma escala de 0 a 5V. A

Figura 19 ilustra a relacao citada acima.

25 30 35 40 45 50 55 60109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

Temperatura

Res

istê

ncia

Resposta do sensor Pt100

Figura 19: Relacao resistencia por temperatura do sensor Pt100Fonte: Autoria Propria

De acordo com o manual descritivo, a temperatura maxima suportada pela

bancada e de 65C, logo o circuito de condicionamento foi desenvolvido de forma a

emitir 5V, quando a resistencia do sensor for 120 Ω(65C) e 0V quando a resistencia

for 100 Ω. O circuito de condicionamento do sensor e ilustrado na Figura 20.

No circuito da Figura 20, a resistencia do sensor passa por um divisor de

tensao com o intuito de converter a mesma para um valor em tensao. Esta tensao

passa por um amplificador nao inversor e posteriormente por um amplificador subtra-

tor, onde o sinal de tensao e subtraıdo pelo sinal de referencia com o intuito de se

obter uma tensao dentro da faixa de valores desejada (0V - 5V). No final do circuito foi

implementado um filtro passa-baixa, para eliminar o ruıdo de alta frequencia na forma

de onda da saıda. A Figura 21 ilustra o funcionamento do circuito condicionador, em

diagrama de blocos.


Title Designed by

Revision Page 1 of 1

24

LM324N1

0

10kVDD1

24

Pt100

10k

VDD224

LM324N224

0

LM324N3

24

01k20k

1k

5k

1k

5k

10k

10u

V

V = 4.9V V = 4.9V

V = 5.9V

V = 0.28V

V = 5V

Tensão de ReferênciaBuffer

Conversão de resistência para tensão

AmplificadorNão-Inversor

Subtrator Amplificador

Filtro Passa-Baixa

Figura 20: Simulacao para condicionamento do sensor Pt100Fonte: Autoria Propria

Sinal do Sensor

100 - 120

Divisor de

tensão

0,23V – 0,28V

Amplificador

subtrator

0,7V – 5V

Filtro Passa-

baixa

0,7V – 5V

Amplificador

não inversor

4,89V – 5,9V

Figura 21: Diagrama de Blocos do Fluxo de sinal do circuito de condicionamento dosensorFonte: Autoria Propria

Apos a realizacao de testes no Protoboard constatou-se que o amp-op

LM324 nao conseguia emitir 0V na saıda do subtrator, mesmo quando as entradas

fossem iguais, sendo que o valor de tensao mınimo na saıda e 0,7V, porem ao se ava-

liar a curva ilustrada na Figura 19 foi constatado que devido a inercia do sensor para

baixas temperaturas ,a temperatura equivalente a 0,7V encontra-se abaixo do valor

mınimo fisicamente possıvel do sistema (0C), tornando este problema obsoleto para

os experimentos deste trabalho.

Inicialmente o atuador de controle da unidade aquecedora, estava conec-

tado diretamente com 24V e 0V em seus terminais, tambem foi identificado que o

mesmo era controlado por um rele interno, ou seja, apenas possuıa a funcao li-

gado(24V) e desligado(0V). Logo para realizar o controle de sinal, optou-se por utilizar

um circuito chave controlado por um sinal PWM(Pulse Width Modulation) de frequencia

baixa, para nao comprometer o funcionamento do rele, e amplitude 5V proveniente da

placa de aquisicao. Este circuito e representado na Figura 22.

O esquematico da utilizacao do circuito de condicionamento no atuador e


Title Designed by

Revision Page 1 of 1

1k

10k

Atuador de Controle

PWM 0-5V

Figura 22: Circuito para condicionamento do atuador decontrole da unidade aquecedoraFonte: Autoria Propria

ilustrado na Figura 23.

+24V 0V

24V Circuito

Chave

Controlado

por PWM

Unidade

aquecedora

Figura 23: Esquematico daimplementacao do circuito de condici-onamento no atuador de controle daunidade aquecedoraFonte: Autoria Propria

Sendo assim, quando o sinal do PWM estiver em nıvel logico alto o transis-

tor ira conduzir, permitindo a passagem de corrente e ativando o aquecedor, e quando

o sinal estiver em nıvel logico baixo o transistor se torna um circuito aberto interrom-

pendo a passagem de corrente.

Apos ambos os circuitos serem devidamente testados em protoboard, mon-

tou-se a placa de circuito impresso representada na Figura 24, a qual comporta tanto

o circuito de condicionamento do sensor, como o do atuador da unidade aquecedora.


Figura 24: Circuito de condicionamento para o processo termicoFonte: Autoria Propria

Cada processo da bancada, possui um modulo, e em cada modulo existe

um terminal analogico que possui conectores de 24V, 15V, 2,5V e 0V, os quais foram

utilizados para alimentar os amplificadores e tornar a referencia comum nos circuitos

de condicionamento. O terminal analogico do processo termico e ilustrado na Figura

25.

Os conectores azuis disponibilizam 0V (referencia) ja os brancos disponibili-

zam variados valores de tensao (24V, 15V e 2,5V), enquanto os laranjas disponibilizam

apenas a tensao maxima (24V).

O modulo possui 4 chaves liga/desliga em sua parte externa e 3 pares de

bornes, sendo que 2 chaves e 2 bornes encontravam-se inicialmente inativados. As

chaves e os bornes estao ilustrados nas Figuras 26 e 27 respectivamente.

Dentre as chaves, a que esta sob o nome de Extern Function (Funcao Ex-

terna), que anteriormente encontrava-se inativa, foi utilizada para controlar a imple-

mentacao do circuito-chave no controle do atuador. Sendo assim, quando a chave

estiver no estado on (ligado), o atuador passara a ser controlado pelo circuito repre-

sentado na Figura 22, ja quando a chave estiver no estado off (desligado), a bancada

permanecera com seu sistema de controle original.

Dentre os bornes, o par inferior emitia o sinal do sensor original da bancada,

enquanto os dois pares superiores encontravam-se inativos, assim o borne superior


Figura 25: Terminal analogico da bancada de processo termicoFonte: Autoria Propria

Figura 26: Chaves on/off do processo termicoFonte: Autoria Propria

foi escolhido para receber o sinal PWM de controle do atuador gerado pela placa de

aquisicao de dados, enquanto o borne do meio foi escolhido para receber o sinal de

tensao acondicionado do sensor Pt100.

3.3 Modificacao da bancada para gerar o fenomeno de atraso de tempo 37

Figura 27: Bornes para ligacao externa do processo termicoFonte: Autoria Propria

3.3 MODIFICACAO DA BANCADA PARA GERAR O FENOMENO DE ATRASO DETEMPO

Apos o recondicionamento do sistema de acionamento e aquisicao, a ban-

cada foi modificada com o intuito de obter uma planta que possua o atraso de tempo

como caracterıstica intrınseca . Para a obtencao deste novo sistema, foi necessario a

utilizacao de um segundo container ”emprestado”da bancada de pressao, sendo que

a agua e aquecida no primeiro container, transportada para o segundo (onde a tempe-

ratura devera ser controlada) atraves de uma mangueira de dez metros (que simulara

uma situacao real de atraso de tempo) acoplada a bomba hidraulica, e devera voltar

para o primeiro container atraves de um pequeno tubo de retorno que mantem o nıvel

dos dois conteineres iguais. O esquematico da bancada pos modificacao e ilustrado

na Figura 28.

Inicialmente para se maximizar o atraso de tempo, foi utilizado uma man-

gueira de 50m, porem devido a falta de potencia da bomba hidraulica do processo

termico foi necessario diminuir o comprimento da mangueira para 10m.

Diferente dos outros processos da bancada a bomba hidraulica do processo

termico possui apenas as funcoes ligado/desligado servindo inicialmente apenas para

promover a circulacao de agua dentro do container. Devido a isto para diminuir o fluxo

de agua, foi implementado uma valvula de controle de vazao na mangueira, diminuindo

3.3 Modificacao da bancada para gerar o fenomeno de atraso de tempo 38

a vazao para o mınimo possıvel, aumentando o tempo morto do sistema. A Figura 29

ilustra a bancada apos as modificacoes efetuadas.

Container 1 Container 2

Sensor 1

Mangueira

de 10m

Bomba

Retorno

Atuador de

Controle

Válvula de Controle de

Vazão

Figura 28: Esquematico do sistema fluıdico do processotermico apos a modificacaoFonte: Autoria Propria

Figura 29: Processo termico e de pressao, apos a modificacao da bancadaFonte: Autoria Propria

3.4 Levantamento dos Modelos Matematicos e controle do Processo Termico com Atraso de Tempo39

3.4 LEVANTAMENTO DOS MODELOS MATEMATICOS E CONTROLE DO PRO-CESSO TERMICO COM ATRASO DE TEMPO

Apos a realizacao do condicionamento dos sinais e a modificacao da ban-

cada, foi feito o levantamento do modelo matematico do sistema, com o intuito de

descobrir suas caracterısticas, como a ordem, o tempo de assentamento, o erro em

regime permanente e o atraso de tempo. Ao se obter as caracterısticas citadas, foi

possıvel estipular as especificacoes do sistema controlado e projetar o controlador.

Antes de levantar o modelo matematico da planta e necessario saber se a

mesma apresenta um comportamento linear ou nao-linear, caso apresente uma res-

posta nao-linear sera necessario efetuar a linearizacao no ponto de operacao.

Para melhor visualizacao da resposta, a tensao de saıda do sensor foi con-

vertida por software para o valor correspondente em temperatura. A frequencia do

sinal PWM do atuador foi estipulada para 250mHz, para se reduzir o desgaste do rele

mecanico que ativa o aquecedor.

Primeiramente o aquecedor foi ativado com um sinal PWM de razao cıclica

50%, apos a saıda entrar em regime a razao cıclica foi aumentada para 60%, com o

intuito de se avaliar a proporcionalidade da resposta do sistema. A Figura 30 ilustra a

resposta em temperatura real do sistema a malha aberta.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 104

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

Tempo(s)

Tem

pera

tura

(°C

)

Temperatura Real

Figura 30: Resposta ao degrau do processo termicoFonte: Autoria Propria

Para efetuar a comparacao entre a entrada e a saıda em escalas iguais,

o inıcio da curva ilustrada na Figura 30 foi movida para a origem, e comparada ao

degrau multiplicado pelo ganho da planta. A comparacao entre a variacao destes dois


sinais e ilustrada na Figura 31.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 104

−2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Tempo(s)

Tem

pera

tura

(°C

)

TemperaturaDegrau Entrada

Figura 31: Comparacao da resposta ao degrau do processo termicoFonte: Autoria Propria

Ao se analisar a Figura 31 pode-se notar que o sistema apresenta uma res-

posta muito proxima da linear, pois com um aumento de 20% na amplitude do degrau

(50% para 60%) a temperatura acima da inicial aumentou de 13C para 15,58C o que

configura um aumento de 19,85%, obedecendo com boa fidelidade as propriedades

de superposicao e homogeneidade.

Para que seja possıvel obter a funcao de transferencia e necessario que

o sistema esteja referenciado na origem, logo atraves da manipulacao de vetores no

matlab foi possıvel obter apenas a resposta ao segundo degrau da curva de saıda.

Com a curva a malha aberta tracada, e possıvel utilizando o APP System Identification

do matlab obter a funcao de transferencia Gp(s) que mais se aproxima com a situacao

real dada em (13).

Gp(s) =26

4861, 6s+ 1e−120s (13)

Ao se analisar a equacao (13) pode-se notar a presenca do atraso gerado

no sistema, representado por e−120s.

Apos a obtencao da funcao de transferencia e aplicado um degrau propor-

cional a mesma e entao e comparado a resposta teorica com a resposta real, como

ilustrado na Figura 32.

Pode-se concluir a partir da Figura 32, que a funcao de transferencia apre-

senta boa fidelidade se comparada com o sistema real. Agora ja e possıvel definir as


0.5 1 1.5 2

x 104

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Step Response

Tempo (seconds)

Tem

pera

tura

(°C

)

Temperatura RealTemperatura Teorica

Figura 32: Comparacao da resposta teorica e real em malha abertaFonte: Autoria Propria

especificacoes do projeto controlado. Por ser identificado como um sistema de pri-

meira ordem, a acao de controle escolhida sera Proporcional Integral (PI). Como o

sistema tem um valor maximo suportado no atuador de controle (razao cıclica 100%),

nao se pode estipular o tempo de assentamento do sistema em malha fechada, logo

o ganho do controlador Kc e projetado para o maior possıvel mas que nao deixe o

sistema saturado por um tempo consideravel. Ja o zero do controlador, foi proje-

tado a partir do lugar das raızes para 80% do valor do polo da planta, para reduzir

drasticamente sua influencia na resposta, sendo que a equacao (14) representa o PI

implementado:

Gc(s) =s+ 1, 6.10−4

s0, 08 (14)

Ainda, ao avaliar a equacao (13) foi possıvel projetar o Preditor de Smith

adequado com tempo de delay de 120s. O diagrama de blocos para a simulacao do

sistema controlado e ilustrado na Figura 33.

Apos algumas simulacoes o ganho Kp ficou definido como 0,08 e o zero

do controlador definido em -0,00016. O bloco step e o degrau da temperatura de

referencia, que foi estipulada em 36C. A constante que soma no preditor e na planta

representa a temperatura inicial do sistema e o bloco saturation simula a situacao

de saturacao real, alem de ser utilizado para o projeto do anti-windup que impede o

integrador de atuar quando o sistema se encontra saturado.

Devido ao fato de o simulink nao simular o controlador em tempo real, re-


25

4861.6s+1

Planta

25

4861.6s+1

Preditor

Temperatura referência Saida do Sistema

Ação de Controle

20.4

Temperatura inicial

-K-

Ganho proporcional Saturation Atraso de tempo

Atraso de tempo teórico

1s

Integrator

-K-

Ganho Integral

1

Ganho

Figura 33: Diagrama de blocos da simulacao do controlador PI com Preditor de SmithFonte: Autoria Propria

alizando o processamento em poucos instantes e posteriormente regulando a escala,

sendo que essa escala nao condiz com o tempo real. A linguagem do controlador

foi convertida para C#, para evitar o conflito entre os tempos de amostragem (reais e

simulados).

O software utilizado para implementar o controle em linguagem C# foi o Vi-

sual Studio Express o qual foi escolhido pela disponibilidade de drivers de comunicacao

com a placa de aquisicao de dados. A Figura 34 ilustra a interface desenvolvida no

software Visual Studio.

Figura 34: Interface desenvolvida para controlar o processo termico em C#Fonte: Autoria Propria

Como a temperatura ambiente varia de um dia para outro, e para tempe-

raturas baixas o sensor Pt100 possui uma pequena inercia, e necessario informar a

interface a temperatura inicial real do sistema, alem de tambem ser necessario infor-

mar a temperatura de referencia. O botao Save salva os valores plotados no grafico

em vetores no formato CSV (Comma-separated values), que depois sao importados

para matlab para uma melhor ilustracao dos resultados. E possıvel atraves da inter-

face, calibrar os ganhos do controlador para obter um melhor resultado. O diagrama

de blocos do controlador PI, o qual foi discretizado, e ilustrado na Figura 35.


++

Kp

Ki 1/s

E(s)C(s)

Figura 35: Diagrama de blocos do controlador PIFonte: Adaptado de (OGATA, 2010)

A equacao discretizada do controlador do processo esta representada na

equacao (15)

c[k + 1] = (TsKi −Kp)r[k] +Kpr[k + 1] + c[k] (15)

onde Ts e o tempo de amostragem, e perıodo do timer, o qual gera o PWM para ativar

o atuador, e Ki e Kp os ganhos do controlador.

A equacao (16) representa a discretizacao da equacao da planta, represen-

tada na equacao (13), a qual foi necessaria para a implementacao do controle preditivo

em C#

c[k + 1] = KtPtTsr[k]− (PtTs − 1)c[k] (16)

onde Kt e o ganho e Pt o polo da planta.

Apos o termino da discretizacao do controlador e da criacao da interface,

foram efetuados os testes a malha fechada do sistema mostrado na Figura 36.

Ao se analisar a Figura 36, pode se confirmar que o controlador funcionou

corretamente, zerando o erro em regime e diminuindo o tempo de assentamento da

curva. Ainda avaliando a Figura 37 que ilustra a acao de controle do sistema a malha

fechada, pode-se notar que o sistema permaneceu saturado no inıcio do teste apenas

por um curto perıodo de tempo (400s), atendendo as especificacoes estabelecidas.

Pode-se notar que apos o sistema entrar em regime a acao de controle

apresenta um pequeno aumento, isto foi devido a temperatura ambiente ter reduzido


0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 1800022

24

26

28

30

32

34

36

38

Tempo(s)

Tem

pera

tura

(°C

)

Temperatura RealTemperatura Prevista

Figura 36: Temperatura Real e Prevista do sistema em malha fechadaFonte: Autoria Propria

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 180000.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Tempo(s)

Raz

ão C

íclic

a

Ação de Controle

Figura 37: Acao de controle do sistema a malha fechadaFonte: Autoria Propria

no final do teste, aumentando a perda de calor atraves da superfıcie dos containers,

e necessitando uma maior acao de controle para manter o sistema na temperatura

desejada.

O teste com o mesmo controlador, mas sem a utilizacao do Preditor de

Smith e ilustrado na Figura 38.

Como ja mencionado neste trabalho o Preditor de Smith tem como objetivo

a diminuicao das oscilacoes do sistema causadas pelo atraso de tempo. Neste projeto

nao foi possıvel observar isto devido ao fato de o atraso de tempo que se conseguiu

gerar ter sido extremamente inferior a constante de tempo do sistema. Porem ao se


0 2000 4000 6000 8000 10000 1200018

20

22

24

26

28

30

32

34

36

Tempo(s)

Tem

pera

tura

(°C

)

Temperatura Real

Figura 38: Controle de temperatura sem preditorFonte: Autoria Propria

avaliar a Figura 36 nota-se que o sistema apresentou um resultado bastante proximo

do previsto (erro medio de 3%), demonstrando que a simulacao apresenta boa confi-

abilidade em relacao ao sistema real. Sendo assim para visualizar melhor a acao do

Preditor no sistema, foram feitas simulacoes da mesma planta, porem com um atraso

10 (1200s) e 20 (2400s) vezes maior do que o real, e entao avaliadas as respostas

dos sistemas com preditor e sem controle preditivo. Os resultados das simulacoes

mencionados estao ilustrados nas Figuras 39 e 40 respectivamente.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

x 104

20

25

30

35

Tempo(s)

Tem

pera

tura

(°C

)

Time Series Plot:

Com PreditorSem Preditor

Figura 39: Simulacao do sistema com dez vezes mais atraso de tempo que aplanta realFonte: Autoria Propria

Para estas simulacoes foi considerado um desvio de 3% nos parametros da

planta a fim de representar a uma situacao real.

3.5 Resultados Obtidos 46

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

x 104

20

25

30

35

Tempo(s)

Tem

pera

tura

(°C

)

Time Series Plot:

Com PreditorSem Preditor

Figura 40: Simulacao do sistema com vinte vezes mais atraso de tempo quea planta realFonte: Autoria Propria

Ao se analisar as Figuras 39 e 40 foi possıvel notar que o controle preditivo

apresentou uma grande diminuicao da oscilacao da resposta com relacao ao contro-

lador sem a utilizacao do mesmo.

3.5 RESULTADOS OBTIDOS

Analisando os sinais obtidos, pode-se verificar que o sistema controlado

atendeu as especificacoes do sistema apresentando uma boa fidelidade em relacao ao

sistema real, possibilitando que o processo termico seja controlado por um controlador

PI implementado em linguagem C#.

O processo termico apresenta a resposta mais lenta se comparado aos

outros processos da bancada didatica devido ao limite de potencia da unidade aque-

cedora, alem disto o tempo de atraso foi drasticamente limitado pois depende direta-

mente da potencia da bomba hidraulica a qual nao pode ser alterada devido ao fato de

ser um componente original da bancada. Logo nao foi possıvel gerar um tempo morto

que provocasse uma perturbacao evidente na resposta do sistema real. Porem na

simulacao pelo software simulink (onde o atraso de tempo foi aumentado) foi possıvel

observar a acao do preditor nos sistemas reduzindo a oscilacao nas respostas dos

mesmos.

47

4 CONCLUSOES

Em um sistema de controle nem sempre os sinais dos sensores e o acio-

namento dos atuadores do processo estarao de acordo com a ferramenta que sera

utilizada para o controle, por isso e indispensavel considerar o recondicionamento dos

sinais, devido a alta exequibilidade e eventual baixo orcamento, que esta alternativa

propoe.

A partir do momento que os sinais estao condicionados, pode-se, ao aplicar

uma entrada adequada e obter o modelo do sistema no domınio da frequencia, em

seguida, e necessario avaliar se o processo e linear ou nao linear, pois as acoes

a serem seguidas diferem em cada situacao. Apesar do sistema controlado neste

trabalho possuir varios fatores nao-lineares, sua resposta respeitou com um bom grau

de precisao as propriedades da superposicao e homogeneidade. Sendo entao, para

fins de calculo, considerado linear. Apos confirmar que o sistema e linear pode-se

obter seu modelo matematico equivalente no domınio da frequencia.

Em seguida e necessario definir as especificacoes para o sistema contro-

lado, como erro em regime permanente, tempo de subida, tempo de assentamento,

entre outros. Lembrando de considerar os limites de saturacao do processo.

Utilizando-se da teoria basica de controle, alem dos conhecimentos adqui-

ridos acerca das tecnicas de controle preditivo, o projeto do controlador foi elaborado

e testado. Devido ao fato de o sistema se revelar de primeira ordem, o controlador

escolhido foi do tipo PI. Os softwares para a supervisao e controle da planta tiveram

desempenho satisfatorio comprovado atraves de experimentos realizados ao longo

do trabalho. Todas as execucoes do processo utilizaram o codigo fonte desenvolvido

em linguagem C#, sendo que os resultados foram posteriormente exportados para o

matlab, onde se gerou todas as figuras simuladas deste trabalho.

Devido a limitacoes dos componentes originais da bancada, nao foi possıvel

uma visualizacao mais detalhada dos efeitos causados no processo pelo atraso de

tempo, bem como a eficiencia do preditor em reduzir a influencia dos mesmos. Porem

devido ao fato de o modelo matematico do sistema apresentar boa fidelidade em

relacao ao real, foi possıvel atraves da utilizacao do software simulink, simular o ex-

perimento hipotetico do mesmo sistema com um tempo morto maior, possibilitando

assim, a visualizacao das oscilacoes causadas pelo atraso de tempo, bem como a

4 Conclusoes 48

acao do controlador preditivo na melhora da resposta do processo.

A bancada foi originalmente construıda de modo a dar liberdade para o

projetista manipular a tubulacao e produzir diferentes sistemas supervisorios, agora

com a finalizacao deste trabalho, todos os processos da bancada encontram-se em

funcionamento podendo ser operados por qualquer dispositivo de controle que opere

na faixa de tensao de 0 a 5V. Fica como sugestao para futuros trabalhos a intercalacao

de mais de um processo de modo a reproduzir as mais diversas situacoes reais ou

fenomenos, alem da implementacao de novas tecnicas de controle para os processos

ja existentes.

49

REFERENCIAS

BARBOSA, Pablo Borges. Projeto de um Sistema de Controle Termico Modernopara Superfıcies Estendidas. 87 p. Tese (Projeto de Graduacao apresentado aoCurso de Engenharia Mecanica) — Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2015.Disponıvel em: <http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10013710.pdf>.

DORF, Richard C.; BISHOP, Robert H. Sistemas De Controle Modernos. 11A. ed.Rio de Janeiro: LTC, 2009. 659 p.

FESTO. Control of temperature, flow, pressure and filling level manual. [S.l.]:Festo Didact, 1998.

GHIGGI, IMF. Controle de Sistemas com Atrasos no Tempo na Presenca de Atu-adores Saturantes. 130 p. Tese (Doutorado em Engenharia Eletrica) — UniversidadeFederal do Rio Grande do Sul, 2008. Disponıvel em: <http://monografias.poli.ufrj.br-/monografias/monopoli10013710.pdf>.

LEVY, Danielle. Analise e Controle de Sistemas de Fase Nao-Mınima e de Siste-mas com Tempo Morto. 154 p. Tese (Doutorado) — Universidade Federal do Riode Janeiro, 2009. Disponıvel em: <http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/mono-poli10003175.pdf>.

NATIONAL INSTRUMENTS. NI DAQ USB 6009. 2016. Disponıvel em: <http://sine.ni-.com/nips/cds/view/p/lang/pt/nid/201987>.

NISE, Norman. Engenharia de Sistemas de Controle. 5A. ed. Rio de Janeiro: LTC,2009. 697 p.

NOVUS. TERMORRESISTENCIAS Pt100. Novus, 2013. 3 p. Disponıvel em: <http:/-/www.novus.com.br/downloads/Arquivos/folheto\ pt100.>

OGATA, Katsuhiko. Engenharia de Controle Moderno. 5A. ed. Sao Paulo: Pearson,2010. 788 p.

OLIVEIRA, Fulvia Stefany Silva de. Controle PI / PID Robusto Baseado no Preditorde Smith. 71 p. Tese (Dissertacao de Mestrado) — Universidade Federal de MinasGerais, 2016. Disponıvel em: <http://www.ppgee.ufmg.br/defesas/1316M.PDF>.

PARRA, Luis Antonio. Sistema de Controle com Compensacao de Tempo MortoAplicado a Geracao de Vento em Tanque de Prova. 180 p. Tese (Doutorado) —Universidade de Sao Paulo, 2013. Disponıvel em: <http://www.teses.usp.br/teses/dis-poniveis/3/3152/tde-22092014155323/publico/Diss\ Parra.>

http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10013710.pdf





http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/pt/nid/201987

http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/pt/nid/201987

http://www.novus.com.br/downloads/Arquivos/folheto_pt100.

http://www.novus.com.br/downloads/Arquivos/folheto_pt100.

http://www.ppgee.ufmg.br/defesas/1316M.PDF

http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-22092014155323/publico/Diss_Parra.

http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-22092014155323/publico/Diss_Parra.

50

ANEXO A - GUIA DO USUARIO

Este guia do usuario tem por finalidade apresentar as etapas necessarias

para operar o processo termico da bancada didatica de controle da marca FESTO,

localizada no Laboratorio de Controle de Sistemas Dinamicos (sala I008) dentro das

imediacoes da UTFPR - Campus Pato Branco.

A.1 LIGACOES FISICAS PARA INICIALIZAR A BANCADA

Cada processo da bancada didatica possui uma fonte, a qual fornece as

tensoes de referencia para o terminal analogico, que posteriormente alimenta o display

da bancada, junto com a interface original de controle do processo. Esta fonte tambem

alimenta os circuitos de recondicionamento do processo, visto que os mesmos se

utilizam das tensoes de referencia do terminal analogico para funcionarem. Logo ao

se inicializar um processo, e necessario primeiro alimentar a fonte a uma tensao de

127/220V.

A alimentacao da unidade aquecedora nao provem da fonte, sendo ne-

cessario conecta-la a 220V (para facilitar esta conexao foi instalada uma extensao

adequada).

A.1.1 CHAVES

Apos ligar a fonte, deve-se ativar as chaves on/off (que liga o terminal

analogico) e Extern Function (que possibilita a unidade aquecedora ser controlada

por um sinal externo). A chave Pump ativa a bomba hidraulica do processo, enquanto

a Valve encontra-se sem conexao, podendo ser utilizada para outras aplicacoes ne-

cessarias aos futuros projetos. A Figura 41 ilustra as chaves do processo termico.

A.1.2 BORNES

Todos os processos da bancada possuem tres pares de bornes para a

comunicacao externa. No processo termico o primeiro par de borne recebe um sinal

PWM para controle da unidade aquecedora, onde se controla a potencia do aquecedor

atraves da alteracao da razao cıclica do sinal, enquanto os outros dois pares emitem

os sinais de tensao dos dois sensores Pt100, sendo que o segundo borne emite o

sinal do ”sensor 2”, instalado no recondicionamento, e o borne inferior emite o sinal

A.2 Seguranca ao operar a bancada 51

Chaves on/off do processo termicoFonte: Autoria Propria

do ”sensor 1”, original da bancada. As equacoes (17) e (18) apresentam a relacao

tensao/temperatura do sensor 1 e 2 respectivamente,

T1 = V1 ∗ 100− 191 (17)

T2 = 3, 125

(10000 ∗ V2 + 252000

2494, 5− V2

)− 314 (18)

Onde T1 e T2 sao as temperaturas do sensor 1 e 2, e V1 e V2 as tensoes

de saıda dos bornes. Obs: nenhum dos sensores apresenta um comportamento com-

pletamente linear, sendo que as equacoes acima foram linearizadas para as faixas de

temperatura de 30 a 50C. A Figura 42 ilustra os referidos bornes.

A.2 SEGURANCA AO OPERAR A BANCADA

•Verificar se nao existe nenhum objeto estranho nos containers, para nao travar a

bomba hidraulica;

•Nao ligar o processo termico com a agua abaixo do nıvel da unidade aquecedora;

•Verificar a conexao dos tubos, para evitar vazamentos;

A.3 Modificacao da bancada 52

Bornes para ligacao externa do processo termicoFonte: Autoria Propria

•Nao deixar a temperatura passar de 65C em nenhum container;

A.3 MODIFICACAO DA BANCADA

Pelo motivo da bancada ser patrimonio da UTFPR, ao recondicionar os sen-

sores ou modificar o acionamento dos atuadores, deve-se encontrar uma alternativa

para manter o funcionamento original dos processos, para isto, e necessario fazer uso

das chaves e bornes que se encontram inativos no sistema. No processo termico a

chave Extern Function e a responsavel por controlar qual interface de controle o pro-

jetista vai utilizar, alem disto o sensor 1, o qual apresenta uma resposta inapta para

controle externo, ainda tem seu sinal disponıvel no par de bornes inferior.

Ao se modificar o sistema fluıdico deve-se tomar as seguintes precaucoes:

•Nao remover tubos originais da bancada para nao modificar o sistema;

•Caso seja necessario a implementacao de novas ligacoes entre os containers,

deve-se adquirir tubos que possuam o diametro externo de 0,5 polegadas(1,27cm);

•Verificar se ao final da modificacao todas as conexoes encontram-se devida-

mente vedadas;

A.4 Sistema Supervisorio 53

•Caso seja necessario a utilizacao de mais de um processo, cuidar para que haja

recirculacao de agua em todos os containers utilizados;

A.4 SISTEMA SUPERVISORIO

Para o controle do processo, foi criada uma interface, em linguagem C#,

representada na Figura 43, a qual possibilita o controle da temperatura com atraso de

tempo.

Interface desenvolvida para controlar o processo termico em C#Fonte: Autoria Propria

Na interface e possıvel calibrar os ganhos do controlador (estrutura para-

lela) para um controle mais preciso do processo. Alem disso a interface podera servir

como base para a criacao de novos sistemas supervisorios mais avancados, os quais

poderao abranger as mais diversas tecnicas de controle.

RECONDICIONAMENTO E PROJETO DE CONTROLE PARA UMA...

Documents

Transcript of RECONDICIONAMENTO E PROJETO DE CONTROLE PARA UMA...