SISTEMASSISTEMASCONTROLE ICONTROLE I

Conceitos Conceitos BásicosBásicos

Prof. ArnaldoProf. ArnaldoI. T. ConsultantI. T. ConsultantI. A. I. ConsultantI. A. I. Consultant

BIBLIOGRAFIA PRINCIPALBIBLIOGRAFIA PRINCIPAL• Engenharia de Sistemas de ControleEngenharia de Sistemas de Controle

Autor: Nise, Norman C. ; Autor: Nise, Norman C. ; Editora: LTC Editora: LTC

6ª. Edição 6ª. Edição São Paulo, 2012São Paulo, 2012

• Sistemas de Controle ModernosSistemas de Controle ModernosAutor: Bishop, Robert H.Autor: Bishop, Robert H.

Dorf, Richard C. ; Dorf, Richard C. ; Editora: LTC Editora: LTC

12ª. Edição 12ª. Edição São Paulo, 2013São Paulo, 2013

BIBLIOGRAFIA PRINCIPALBIBLIOGRAFIA PRINCIPAL

• Sistemas de Controle AutomáticosSistemas de Controle AutomáticosAutor: Golnaraghi, FaridAutor: Golnaraghi, Farid

Kuo, Benjamin C.Kuo, Benjamin C. ; ; Editora: LTC Editora: LTC

1ª. Edição 1ª. Edição São Paulo, 2012São Paulo, 2012

• Engenharia de Controle ModernoEngenharia de Controle ModernoAutor: Ogata, Katsuhiko ; Autor: Ogata, Katsuhiko ; Editora.: Pearson Education - BR Editora.: Pearson Education - BR 5ª. Edição 5ª. Edição

São Paulo, 2012São Paulo, 2012

• InternetInternet – – Web SitesWeb Sites : : Vários Artigos & Vários Artigos & ArquivosArquivos

EMENTA TÉCNICA BÁSICAEMENTA TÉCNICA BÁSICA• Introdução aos Sistemas de Controle ; Introdução aos Sistemas de Controle ; • Princípios Básicos do Controle por Princípios Básicos do Controle por

Realimentação ; Realimentação ; • Especificações de Desempenho em Sistemas de Especificações de Desempenho em Sistemas de

Controle no Domínio do Tempo ; Controle no Domínio do Tempo ; • Introdução ao Controle de Processos Industriais ; Introdução ao Controle de Processos Industriais ; • Controladores P, PI, PD & PID ; Controladores P, PI, PD & PID ; • Método do Lugar Geométrico das Raízes (LGR) ; Método do Lugar Geométrico das Raízes (LGR) ; • Projeto de Compensadores baseados no Método Projeto de Compensadores baseados no Método

LGR ;LGR ; • Métodos de Resposta em Freqüência (RdF) ;Métodos de Resposta em Freqüência (RdF) ;• Projeto de Compensadores pelos Métodos RdF ;Projeto de Compensadores pelos Métodos RdF ;• Controle Digital de Sistemas: Sinais Contínuos, Controle Digital de Sistemas: Sinais Contínuos,

Discretos & por Amostragens ; Discretos & por Amostragens ; • Funções de Transferências Pulsadas ;Funções de Transferências Pulsadas ; • Discretização de Sistemas ;Discretização de Sistemas ;• Controladores Digitais ;Controladores Digitais ;

SistemasSistemasControleControleContextoContexto

De EstudoDe Estudo

Chão de FábricaChão de FábricaElétricaElétricaEletrônicaEletrônicaMecânicaMecânicaHidráulicaHidráulicaPneumáticaPneumáticaInstrumentaçãoInstrumentaçãoMonitoramentoMonitoramentoControle Op.Controle Op.AutomaçãoAutomaçãoInformáticaInformáticaTelecomTelecomSupervisãoSupervisãoAdministraçãoAdministraçãoGerênciaGerênciaPlanejamentoPlanejamento

IINNTTEEGGRRAAÇÇÃÃOO

IINNDDUUSSTTRRIIAALL

AAMMBBIIEENNTTEE

AA Enorme CompetitividadeEnorme Competitividade dos dos Vários NichosVários Nichosdo do Mercado MundialMercado Mundial envolvendoenvolvendo as as IndústriasIndústrias& suas & suas Plantas de ProcessosPlantas de Processos foi foi impostaimposta pelos pelosCrescentes Níveis de GlobalizaçãoCrescentes Níveis de Globalização que, agora,que, agora,

podem ser podem ser Considerados IrreversíveisConsiderados Irreversíveis & isso & issopraticamente, tem obrigado as praticamente, tem obrigado as OrganizaçõesOrganizações aa

BuscaremBuscarem, , ConstantementeConstantemente,, as as Mais DiversasMais DiversasSoluções TecnológicasSoluções Tecnológicas, muitas , muitas InovadorasInovadoras & &que podem que podem ofereceroferecer Melhorias QuantitativasMelhorias Quantitativas,,QualitativasQualitativas & & FinanceirasFinanceiras para seus para seus MétodosMétodosProdutivosProdutivos, , Linhas de ProdutosLinhas de Produtos,, EstratégiasEstratégias& & MetodologiasMetodologias de de MarketingMarketing, de , de OfertaOferta & de & de

ComercializaçãoComercialização adotadas oficialmente adotadas oficialmente ; ;

T. I. A. S.T. I. A. S.

E. P. Q. F.E. P. Q. F.E. P. Q. F.E. P. Q. F. xx T. I. A. T. I. A.

S.S.

Sistemas Controle ProcessosSistemas Controle ProcessosImplementação Técnica Op.Implementação Técnica Op.

Sistemas Automáticos de ControleSistemas Automáticos de Controle

Soluções Tecnológicas NormatizadasSoluções Tecnológicas Normatizadaspara para AcionaremAcionarem, , MonitoraremMonitorarem, , AjustaremAjustarem,,

SupervisionaremSupervisionarem && GerenciaremGerenciarem VariáveisVariáveis,,ParâmetrosParâmetros, , CondiçõesCondições & & Seqüências Op.Seqüências Op. dedeEventosEventos &/ou &/ou Processos ProdutivosProcessos Produtivos, dentro, dentrode certas de certas EspecificaçõesEspecificações, , CaracterísticasCaracterísticas & &ConjuntosConjuntos de de Regras de TrabalhoRegras de Trabalho &/ou de &/ou de

Controle Op.Controle Op. que são que são DefinidasDefinidas,, AjustadasAjustadas &&Pré-ProgramadasPré-Programadas conforme conforme DeterminadosDeterminadosMétodosMétodos & & Critérios FuncionaisCritérios Funcionais,, FixosFixos ouou VariáveisVariáveis dentro dasdentro das Malhas de ControleMalhas de Controle ;;

Sistemas Automáticos de ControleSistemas Automáticos de Controle

A partir deA partir de Modelagens FuncionaisModelagens Funcionais para as para asMalhas de Controle Op.Malhas de Controle Op. que são que são ProjetadasProjetadaspara para ManteremManterem NíveisNíveis & & Valores CoerentesValores Coerentespara para GrandezasGrandezas & & VariáveisVariáveis dos dos ProcessosProcessos

ProdutivosProdutivos DentroDentro das suas das suas Condições PréCondições Pré --AjustadasAjustadas, permite-se , permite-se DeterminarDeterminar os os ErrosErros & &DesviosDesvios em relaçãoem relação aos aos Valores DesejadosValores Desejados

&& Utilizá-losUtilizá-los em em Ajustes FuncionaisAjustes Funcionais de modo ade modo a

Aplicá-losAplicá-los nas nas Ações de ControleAções de Controle visandovisandoReduzirReduzir ou ou AnularAnular EfeitosEfeitos & & ConseqüênciasConseqüências

dos própriosdos próprios ErrosErros nos nos ProcessosProcessos ; ;

CALDO CALDO PARA FÁBRICA PARA FÁBRICA

Malha de Controle OperacionalMalha de Controle Operacional

Configuração Técnica Op.Configuração Técnica Op. composta por composta porConjuntosConjuntos de de EquipamentosEquipamentos, , DispositivosDispositivos& & ElementosElementos de de Instrumentação IndustrialInstrumentação IndustrialDimensionadosDimensionados para tornarem-se para tornarem-se SoluçõesSoluçõesNormatizadas PadronizadasNormatizadas Padronizadas à à ObtençãoObtenção,,MediçãoMedição, , MonitoramentoMonitoramento & & AlteraçãoAlteração dos dos ContextosContextos, , SituaçõesSituações &/ou &/ou ValoresValores relativos relativosàs às GrandezasGrandezas, , VariáveisVariáveis &/ou &/ou ParâmetrosParâmetros

( ( Sinais E. E.Sinais E. E. &/ou &/ou Conjuntos de DadosConjuntos de Dados ) dos ) dosEventos Op.Eventos Op. && Processos ProdutivosProcessos Produtivos dasdasPlantas Industriais SupervisionadasPlantas Industriais Supervisionadas ;;

Malha de ControleMalha de Controle –– Cadeia de Cadeia de ComandoComando

Cadeia de ComandoCadeia de Comando de 1 de 1 Malha Op.Malha Op. em 1 em 1 Sistema de ControleSistema de Controle dentro dos dentro dos Processos Processos

ProdutivosProdutivos deve deveser ser ConstituídaConstituída por 1 por 1 ConjuntoConjunto de de

Componentes TecnológicosComponentes Tecnológicos,, DigitalizadosDigitalizados ouou NãoNão, , CapazesCapazes de de ::

## ReceberReceber Sinais E. E.Sinais E. E. &/ou&/ou DadosDados dos dos Elementos de EntradaElementos de Entrada envolvidos em envolvidos em EventosEventos

de de Controle Op.Controle Op. ; ;

# # EfetuarEfetuar adequadamente todos adequadamente todos ProcessamentosProcessamentos & & Conversões TécnicasConversões Técnicas

necessárias nestes necessárias nestes Sinais E. E.Sinais E. E. ;;

## EnviarEnviar osos ResultadosResultados obtidos como obtidos como Saídas Op.Saídas Op. para os para os Elementos FinaisElementos Finais do do Sistema de Sistema de

ControleControle ;;

Malhas Automáticas de Controle Op.Malhas Automáticas de Controle Op.

Soluções Tecnológicas NormatizadasSoluções Tecnológicas Normatizadas que sãoque sãoImplantadasImplantadas para para ProporcionaremProporcionarem as as

CondiçõesCondiçõesFuncionais AdequadasFuncionais Adequadas capazes de capazes de ManteremManterem as as

Variáveis de ProcessosVariáveis de Processos Dentro DeDentro De determinadosdeterminados

Valores PadrãoValores Padrão, a partir das , a partir das Ações de ControleAções de Controleque ocorrerão, que ocorrerão, Respeitando-seRespeitando-se certos certos CritériosCritérios& & Parâmetros Op.Parâmetros Op. ConsideradosConsiderados como os como os MaisMais

Próximos dos DesejadosPróximos dos Desejados, , Observando-seObservando-se até as até as Possíveis Margens de ErrosPossíveis Margens de Erros &/ou de &/ou de DesviosDesvios

que possam ser que possam ser CausadosCausados por por Perturbações Op.Perturbações Op.InerentesInerentes aos aos Processos ProdutivosProcessos Produtivos que ficarão que ficarão

sob as sob as Metodologias de ControleMetodologias de Controle aplicadas aplicadas ;;

Sistema de ControleSistema de Controlepor Realimentaçãopor Realimentação

( ( Feedback Op. ModeFeedback Op. Mode ) )

AlarmeAlarme

Controle AutomáticoControle Automático ---- Ação Op. BásicaAção Op. Básica

Técnicas de Controle Op. AutomáticoTécnicas de Controle Op. Automático permitem, através permitem, através dede SensoriamentoSensoriamento,, MediçãoMedição & suas& suas AçõesAções,, aa ReduçãoRedução

dos dos Níveis de ErroNíveis de Erro,, comcom Tempos de AtuaçãoTempos de Atuação && PrecisãoPrecisãoImpossíveis De Se ObterImpossíveis De Se Obter através de através de Controle ManualControle Manual

PlantaPlanta -- -- Espaço TotalEspaço Total ou ou ParticionadoParticionado,,

emem ConjuntoConjunto ou ou MódulosMódulos, que , que AbrangemAbrangem

Itens Op.Itens Op. das das InstalaçõesInstalações, , MáquinasMáquinas,,

EquipamentosEquipamentos &/ou &/ou DispositivosDispositivos que irão que irão

Operar ConjuntamenteOperar Conjuntamente para para EstabelecerEstabelecer,,

ControlarControlar &/ou&/ou Gerenciar CorretamenteGerenciar Corretamente

ProcessosProcessos & & Eventos ProdutivosEventos Produtivos dentro dentro

de de Normatizações TécnicasNormatizações Técnicas devidamentedevidamente

ReconhecidasReconhecidas & & AtualizadasAtualizadas, visando os, visando os

Maiores Níveis E. P. Q. F.Maiores Níveis E. P. Q. F. possíveis possíveis ;;

SistemaSistema – – Conjunto Op. EstruturadoConjunto Op. Estruturado dedeComponentes CombinadosComponentes Combinados, que , que AtuamAtuam no no

AcionamentoAcionamento, , CalibraçãoCalibração, , AjustesAjustes & & ControleControle

das das MáquinasMáquinas, , EquipamentosEquipamentos, , DispositivosDispositivos&/ou &/ou CircuitosCircuitos Operando ConjuntamenteOperando Conjuntamente,,

dentro das dentro das Normatizações TécnicasNormatizações Técnicas devidas, devidas,Desempenhando AdequadamenteDesempenhando Adequadamente as várias as váriasMetodologiasMetodologias, , FunçõesFunções & & Tarefas Op.Tarefas Op. que quesão são DifíceisDifíceis, , ComplicadasComplicadas ou ou ImpossíveisImpossíveis

de serem de serem Desenvolvidas IsoladamenteDesenvolvidas Isoladamente com comos os Melhores Níveis E. P. Q. F. PossíveisMelhores Níveis E. P. Q. F. Possíveis,,

dentro dos dentro dos ProcessosProcessos & & Eventos ProdutivosEventos Produtivos ;;

ProcessoProcesso ---- ConjuntoConjunto de de TécnicasTécnicas, , MétodosMétodos,,

EventosEventos, , TarefasTarefas &/ou &/ou Funções Op.Funções Op. utilizadas noutilizadas noTratamento IndustrialTratamento Industrial das das Matérias-PrimasMatérias-Primas para parapoderpoder Transformá-lasTransformá-las de maneira a de maneira a Tornarem-seTornarem-seElementos FinaisElementos Finais dos dos Processos ProdutivosProcessos Produtivos, em, emQuaisquerQuaisquer Escalas Finais de ObtençãoEscalas Finais de Obtenção, dentro, dentro

das das DependênciasDependências das das Plantas IndustriaisPlantas Industriais ; ;

Também são considerados Também são considerados ProcessosProcessos, os , os EventosEventos

TécnicosTécnicos que que GeramGeram Ações FuncionaisAções Funcionais que são que sãoEfetuadasEfetuadas nas nas Soluções de ControleSoluções de Controle & &

Supervisão Supervisão das das Seqüências de TarefasSeqüências de Tarefas de onde de onde Se Se

OriginarãoOriginarãoos os Produtos FinaisProdutos Finais já mencionados já mencionados ;;

Variável de ProcessoVariável de Processo ( ( PVPV ) )

GrandezaGrandeza, , Propriedade FísicaPropriedade Física ou ou Condição Op.Condição Op.

SensoriadaSensoriada & & MensuradaMensurada para que se para que se EfetuemEfetuem

AnálisesAnálises, , ComparaçõesComparações, , AjustesAjustes &/ou quaisquer &/ou quaisquer

Ações TécnicasAções Técnicas de de GerenciamentoGerenciamento, , SupervisãoSupervisão

& & Controle de Processos Op.Controle de Processos Op. visando-se visando-se ObterObter as as

DefiniçõesDefinições para para NíveisNíveis & & ValoresValores de de ParâmetrosParâmetros

capazes de capazes de MelhoraremMelhorarem os os Índices QualitativosÍndices Qualitativos

dos dos Processos ProdutivosProcessos Produtivos & seus& seus ProdutosProdutos queque

estarão sob estarão sob SupervisãoSupervisão &/ou &/ou Controle Op.Controle Op. ;;

( ( PVPV também denominada também denominada Variável ControladaVariável Controlada ))

• Variável ManipuladaVariável Manipulada ( MVMV ) – QuaisquerQuaisquer dasVariáveis de ProcessosVariáveis de Processos cujos ValoresValores podem serOperadosOperados com Finalidade TécnicaFinalidade Técnica de se ManterManterdeterminada Variável ControladaVariável Controlada DentroDentro &/ou De AcordoDe Acordo com certos Valores Pré-AjustadosValores Pré-Ajustados ; ;

• Set PointSet Point ( SPSP ) – ValorValor(eses) DesejadoDesejado(ss) que são

EstabelecidoEstabelecido(ss) PreviamentePreviamente como PadrãoPadrão(õesões) de Referência Op.Referência Op. para Variáveis de Variáveis de

ProcessosProcessos ;;

• Set ValorSet Valor ( SVSV ) – ValorValor(eses) nos quais VariáveisVariáveis

de Processode Processo Devem PermanecerDevem Permanecer para que sejamConsideradas OperacionalmenteConsideradas Operacionalmente como sendo as

Variáveis ControladasVariáveis Controladas nos ProcessosProcessos sob os Métodos de SupervisãoMétodos de Supervisão & Controle FuncionalControle Funcional ; ;

• DistúrbiosDistúrbios ( ( PerturbaçõesPerturbações ouou RuídosRuídos ) - ) - São osSão osFenômenosFenômenos, , SituaçõesSituações, , GrandezasGrandezas & &

ParâmetrosParâmetrosque que Afetam AdversamenteAfetam Adversamente os os ValoresValores

ReferênciaReferênciadas das Variáveis ControladasVariáveis Controladas dentro dos dentro dos ProcessosProcessosProdutivosProdutivos que estão sob que estão sob Controle FuncionalControle Funcional ;;

• DesviosDesvios ( ( ErrosErros ) - ) - Valores Op. ResultantesValores Op. Resultantes dasdas

DiferençasDiferenças entre entre Valores DesejadosValores Desejados & & ValoresValoresReaisReais para 1 para 1 Variável ControladaVariável Controlada num num ProcessoProcesso ;;

• Ganho Op.Ganho Op. - - Valor ResultanteValor Resultante do do QuocienteQuocienteentre entre Taxas de AlteraçãoTaxas de Alteração dos dos Valores de SaídaValores de Saída & &

EntradaEntrada causadores de causadores de Discrepâncias Op.Discrepâncias Op. numnumProcessoProcesso, quando expressos na , quando expressos na MesmaMesma UnidadeUnidadede Medidade Medida de 1 de 1 Sistema de Unidades ComumSistema de Unidades Comum ;;

Problemáticas de ControleProblemáticas de Controle ---- NaturezaNatureza

Em Em SupervisãoSupervisão & & Controle de ProcessosControle de Processos são são

utilizadas utilizadas MetodologiasMetodologias & & Técnicas FuncionaisTécnicas Funcionais

para que para que Grandezas VariáveisGrandezas Variáveis se se MantenhamMantenham

sob sob Valores Referenciais Pré-determinadosValores Referenciais Pré-determinados, a, a

partir de partir de AlgoritmosAlgoritmos & & Modelagens de AçõesModelagens de Ações

que que MonitoramMonitoram, , ComparamComparam, , AgemAgem & & OtimizamOtimizam,,

em em Tempo RealTempo Real, , Possíveis VariaçõesPossíveis Variações existentes existentes ;;

Para isso ocorrer Para isso ocorrer Sem Maiores DistúrbiosSem Maiores Distúrbios, com, com

Menores Índices de ErrosMenores Índices de Erros & & ResultadosResultados dentro dentro

dos dos Índices de PrecisãoÍndices de Precisão, , ExatidãoExatidão, , Eficácia Op.Eficácia Op.

NormatizadosNormatizados & & DesejadosDesejados, deve-se analisar , deve-se analisar ::

Problemáticas Básicas de ControleProblemáticas Básicas de ControlePlantasPlantas, , SistemasSistemas, , ProcessosProcessos &/ou &/ou Eventos Op.Eventos Op.

a serem a serem ControladosControlados possuem como alguns de possuem como alguns deseus seus Critérios Técnicos Mais ImportantesCritérios Técnicos Mais Importantes ::

• Especificações Especificações dede Desempenho Funcional Desempenho Funcional

• Índices de PrecisãoÍndices de Precisão,, Exatidão Exatidão && Eficácia Op. Eficácia Op.

• Níveis de Rejeição Níveis de Rejeição aa Distúrbios Técnicos Op. Distúrbios Técnicos Op.

• Respostas Respostas dede Regime Estacionário Regime Estacionário && Transitórios Transitórios

• Intercorrências Técnicas Intercorrências Técnicas nosnos Regimes Funcionais Regimes Funcionais

• Níveis de SensibilidadeNíveis de Sensibilidade àsàs Alterações Alterações dasdas GrandezasGrandezas,, ParâmetrosParâmetros && Características Op.Características Op.

• Minimização Minimização dosdos Índices de Custo-Benefício Índices de Custo-Benefício

• Otimização FuncionalOtimização Funcional && dede Implementação FísicaImplementação Física

Problemáticas de ControleProblemáticas de Controle ---- ResoluçõesResoluções

• Escolha AdequadaEscolha Adequada dosdos Sensores de MediçãoSensores de Medição• Opção CorretaOpção Correta dosdos Atuadores FuncionaisAtuadores Funcionais• Desenvolvimento AdequadoDesenvolvimento Adequado dasdas ModelagensModelagens

dede Controle FuncionalControle Funcional & seus & seus Regimes Op.Regimes Op. • ProjetoProjeto &/ou &/ou EscolhaEscolha dodo ControladorControlador baseado baseado

nas nas ModelagensModelagens & & CritériosCritérios dede ControleControle• Avaliação CorretaAvaliação Correta do do ProjetoProjeto porpor SimulaçõesSimulações

& através de & através de TestesTestes emem Sistemas Físicos Op.Sistemas Físicos Op.• RepetiçõesRepetições dasdas SimulaçõesSimulações & & TestesTestes, em caso , em caso

de de Resultados Iniciais Não SatisfatóriosResultados Iniciais Não Satisfatórios• Padronização TécnicaPadronização Técnica dos dos Níveis de ExatidãoNíveis de Exatidão, ,

PrecisãoPrecisão, , QualidadeQualidade & & Custo-BenefícioCusto-Benefício

ProcessosProcessos && InstrumentaçãoInstrumentação IntegradosIntegradosaosaos Sistemas de Malhas de ControleSistemas de Malhas de Controle

• Dados Rápidos Dados Rápidos && Seguros de Matérias-Primas Seguros de Matérias-Primas utilizadas utilizadas && Quantidades produzidas Quantidades produzidas ;; • Seqüenciamento Registrado de Eventos Op. Seqüenciamento Registrado de Eventos Op. ;;• Controle Controle && Estabilização dos Processos Op. Estabilização dos Processos Op. ;;• Otimização Funcional dos Processos Op. Otimização Funcional dos Processos Op. ;;• Maior Exatidão, Precisão Maior Exatidão, Precisão && Eficácia Técnica Eficácia Técnica ;;• Automação Integrada da Produção Automação Integrada da Produção ;;• Melhoria da Qualidade dos Produtos Melhoria da Qualidade dos Produtos ;;• Otimização Econômica da Produção Otimização Econômica da Produção ;;• MaiorMaior Segurança das Pessoas Segurança das Pessoas && Instalações Instalações ;;• MaiorMaior Proteção ao Meio Ambiente Proteção ao Meio Ambiente ;;

Sistemas de ControleSistemas de Controle – Tipos FuncionaisTipos Funcionais

►► Processos ContínuosProcessos Contínuos & “ & “Tipo BatchTipo Batch” ;” ;

►► LinearesLineares ou ou Não-LinearesNão-Lineares ; ;

►► BásicosBásicos, , DifusosDifusos, , Redes de PetriRedes de Petri ou ou GrafosGrafos ; ;

►► VariantesVariantes ou ou Invariantes no TempoInvariantes no Tempo ; ;

►► Uma EntradaUma Entrada & & Uma SaídaUma Saída – – S. I. S. O.S. I. S. O. ; ;

►► Múltiplas EntradasMúltiplas Entradas & & SaídasSaídas – – M. I. M. O.M. I. M. O. ; ;

►► Malha AbertaMalha Aberta ou ou Malha FechadaMalha Fechada ; ;

►► Funcionalmente HíbridosFuncionalmente Híbridos ; ;