aquecimento de uma estufa.pdf
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FACULDADE METROPOLITANA DE CAMAÇARI
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E
AUTOMAÇÃO.
PROCESSO DE AQUECIMENTO DE ÁGUA.
Camaçari-Ba
2011
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FACULDADE METROPOLITANA DE CAMAÇARI
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E
AUTOMAÇÃO.
PROCESSO DE AQUECIMENTO DE ÁGUA.
ADRIANO.
CLÁUDIA CRISTINA.
THIAGO ALMEIDA.
NILMAR IBRAHIM.
WILLER.
Camaçari-Ba
2011
Relatório experimental da disciplina Servomecanismo
I a ser encaminhado ao professor Leonardo Fonseca
para avaliação e análise. Referente à 3º Unidade do
curso de Engenharia de Controle e Automação
(Mecatrônica).
3
RESUMO
Este Relatório apresenta de forma descritiva o processo de aquecimento de água,
com o objetivo de estudar a aplicabilidade no processo produtivo, enfatizando a
importância da Engenharia de Controle e Automação aplicando-se de forma
enfática o quanto a mesma é fundamental em qualquer processo produtivo.
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SUMÁRIO
1-INTRODUÇÃO...............................................................................................05
2-OBJETIVO.....................................................................................................06
3- SISTEMA PROPOSTO (AQUECIMENTO DE ÁGUA POR ESTUFA)........07
4- SISTEMAS DE CONTROLE.........................................................................08
5- CLP...............................................................................................................09
6- MICROCONTROLADORES.........................................................................11
7- ELEMENTOS SENSORES...........................................................................12
8- ELEMENTOS ATUADORES........................................................................13
9- TÉCNICAS DE CONTROLE.........................................................................13
10- TRANSDUTOR INTELIGENTE DA TEMPERATURA DA
INTEGRAÇÃO..................................................................................................14
11- CONCLUSÃO.............................................................................................27
12- REFERÊNCIAS .........................................................................................28
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1. INTRODUÇÃO
SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA.
É importante que o sistema de aquecimento de água seja definido já na fase de projeto, uma vez que sua instalação adequada exige certos cuidados que interferem diretamente no desenho da planta, tais como a inclinação do telhado e as.instalações,elétricas,e.hidráulicas. A escolha do aquecedor depende do tipo de energia a ser utilizado para esquentar a água: elétrica, a gás ou solar. A partir daí, é definido o sistema de alimentação,dos,equipamentos: • por acumulação, em que a água aquecida fica armazenada em boilers instalados,no,forro;ou.em,falsos.armários; • de passagem, em que a água é aquecida gradualmente, à medida em que passa,pelo;aparelho.
Um fator importante é a localização do imóvel. O sistema a gás, por exemplo, fica mais prático em cidades servidas por gás de rua e em regiões próximas a bacias coletoras, como o Rio de Janeiro. Já a opção pelo aquecimento solar é perfeita para regiões em que a incidência do sol é constante. O aquecimento solar merece algumas explicações: trata-se de um conjunto incluindo um coletor, um boiler e um sistema de aquecimento elétrico acoplado. O coletor é a placa para captação da energia dos raios solares, transformando-a no calor que aquece a água fria. Seu número varia de acordo com a capacidade do boiler (o reservatório que armazena a água quente): uma ou duas placas para boilers de 150 litros, duas para 200 litros, duas ou três para 250 litros e quatro a cinco para 300 litros. Como regra geral, o boiler deve ser instalado em posição superior aos coletores. Estes devem estar voltados para o norte, e sua inclinação deve ser igual ao ângulo da latitude local acrescido de 5 a 10 graus. De forma geral, os fabricantes fazem as seguintes recomendações: • os aquecedores devem ser alimentados pelo reservatório superior de água fria (caixa d'água), nunca diretamente pela rede pública (água da rua), evitando assim que;o;aparelho;seja,afetado.pela.falta,de;água; • antes de usar o equipamento pela primeira vez, verificar se as ligações de gás e hidráulicas estão de acordo com as especificações do manual de instalação; • deve ser verificado se a empresa instaladora colocou uma válvula de segurança ou respiro nos modelos de acumulação a gás, pois esse acessório de proteção.alerta.quando.o,aparelho;está;com;problemas; • o queimador do aquecedor nunca deve ser acendido sem antes verificar se o reservatório (nos modelos de acumulação) está cheio de água; • o aquecedor nunca deve ser acoplado à mesma válvula que alimenta a descarga; • para evitar o acúmulo de sedimentos no interior dos aquecedores com sistema de acumulação, deve-se, uma vez por mês, deixar escoar, pelo dreno de limpeza, cerca de 20 litros de água do aparelho;
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• para obter pressão satisfatória nos pontos de consumo, o fundo da caixa d'água fria deve estar a pelo menos 1 metro acima do forro;
• ao instalar o sistema em casas (baixa pressão), certificar-se de que a bitola da tubulação de alimentação de água fria seja maior que a do ponto de entrada do aquecedor, melhorando a pressão da água;
• de acordo com as normas de segurança da ABNT, é proibida a instalação de aquecedores a gás em forros, armários embutidos, nichos internos ou qualquer local sem ventilação permanente.
A tabela abaixo mostra os diversos tipos de aquecedores e suas principais características:
TIPOS Elétrico
Passagem individual Passagem central Acumulação
Vantagens compacto e fácil de instalar, dispensando tubulação compacto água quente para uso imediato e boa
pressão de água
Desvantagens custo do kw, baixa pressão e pouca vazão de água
custo do kw e pouca vazão de água custo do kw
.
. A gás Passagem Acumulação
Vantagens pressão de água melhor que nos modelos de passagem elétricos
água quente para uso imediato; pressão de água melhor que no similar elétrico
Desvantagens risco de vazamento se não seguir
especificações; dificuldade em manter a temperatura baixa
risco de vazamento se não seguir especificações
.
. Solar Acumulação
Vantagens custo de aquecimento zero, em regiões de sol constante Desvantagens custo do aparelho; em regiões pouco ensolaradas, o sistema elétrico é acionado constantemente
2- OBJETIVO
Um algoritmo de controle automático PID é a base para muitos sistemas de
controle de processos industriais. Cada tipo de algoritmo controle automático
algoritmo tem vantagens e desvantagens.Você irá determinar a correta estratégia
de controle baseado no processo dinâmico e nas exigências da aplicação.O
controles aplicado neste relatório e ON/OFF são relativamente simples e
econômicos.
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Assim, são amplamente usados em sistemas industriais. Neste tipo de controle, a
saída oscila dentro de uma banda morta. Reduzindo esta banda morta reduzem-se
as amplitudes de oscilações do processo, mas também se aumenta o numero de
ciclos de atuação do atuador, reduzindo a vida útil deste.
3 - SISTEMAS PROPOSTO (AQUECIMENTO DE ÁGUA POR ESTUFA)
O sistema automático para o controle de temperatura desenvolvido (Figura 2)
possui um circuito eletrônico temporizado, capaz de programar o tempo do
processo, avisando ao operador, através de alarme que o tempo programado foi
atingido. O circuito é provido de um sistema de acendimento automático elétrico,
que possibilita acender com segurança os queimadores. O controlador
detemperatura analógico comanda, conforme o set point, a temperatura do ar de
secagem, abrindo e fechando o solenóide do queimador a gás auxiliar (A), o qual
entrará em combustão aproveitando a chama do queimador a gás principal (B). O
queimador a gás auxiliar, será acionado através do solenóide, liberando o gás,
entrando em combustão na presença da centelha do acendedor elétrico.
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Os resultados da avaliação do sistema de controle mostrados na figura 3 e 4
acima, realizando a simulação no SIMULINK foi possível simular dados coletados
em dois períodos: de 8:45 às 10:58 e de 19:00 às 22:04, respectivamente.
Observou-se que o gráfico da Figuras 4 (período noturno), apresentou
características diferentes ao gráfico da Figuras 3 (período diurno), no que diz
respeito ao aumento de temperatura do ar em relação ao tempo. O coeficiente R2
mostra que o comportamento da temperatura do ar de secagem não varia em
função do período (diurno e noturno) em que acontece o processo, ou seja, não
afeta o modelo de funcionamento do sistema de automação proposto.
4 - SISTEMAS DE CONTROLE
Um sistema de controle é basicamente um sistema entrada(s)-saída(s). O
sistema a ser controlado é, em geral, chamado de processo ou planta. O processo
é um sistema dinâmico, ou seja, seu comportamento é descrito matematicamente
por um conjunto de equações diferenciais. Como exemplos de sistemas dinâmicos
temos, entre outros: sistemas elétricos, mecânicos, químicos, biológicos e
econômicos. A entrada do processo é chamada de variável de controle ou variável
manipulada (MV) e a saída do processo é chamada de variável controlada ou
variável de processo(PV).
A filosofia básica de um sistema de controle é unir o resultado da leitura dos
elementos sensores com a ação dos elementos atuadores. Eles recebem as
informações lidas dos sensores para saber o atual estado do processo, executa
cálculos e lógicas pré-definidas (também chamadas de lei de controle) e envia o
resultado para os atuadores, de modo que a situação atual do processo seja
modificada para que se atinja um ponto de operação próximo do desejado.
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Para projetar um controlador são utilizadas diversas ferramentas
computacionais, técnicas e teorias de controle. As ferramentas computacionais
permitem que o processo seja simulado em um computador para que os
parâmetros do controlador possam ser projetados sem a necessidade de utilizar o
processo real. Uma vez projetado o controlador o mesmo é implementado e
validado no processo real.
Os Sistemas de Controle unem o resultado da leitura dos elementos sensores
com a ação dos elementos atuadores. Eles recebem as informações lidas dos
sensores para saber o atual estado do processo, executa cálculos e lógicas pré-
definidas (também chamadas de lei de controle) e envia o resultado para os
atuadores, de modo que a situação atual do processo seja modificada para que se
atinja um ponto de operação próximo do desejado.
Na era da modernidade, o uso dos sistemas de controle é disseminado: desde
uma simples boia que controla o nível de um tanque d'água até os sistemas digitais
das aeronaves mais sofisticadas.
Para implementar sistemas de controle, são utilizados dispositivos
como microcontroladores, CLP's e microprocessadores, entre outros. Estes
dispositivos possuem em comum entradas e saídas (Portas de entrada/saída), que
servem para realizar a comunicação com os dispositivos periféricos (sensores e
atuadores).
Estas portas de entrada/saída também podem ser destinadas a realizar
a comunicação com outros sistemas, a fim de fornecer dados de leitura dos
sensores ou até receber instruções externas para os atuadores.
5 - CLP
Ao final da década de 1960, o advento dos circuitos integrados permitiu o
desenvolvimento de minicomputadores que logo foram utilizados para controle on-
line de processos industriais. Em 1969 surgiram os primeiros controladores e, em
1970, eles incorporaram microprocessadores, sendo então denominados
Controladores Lógicos Programáveis (CLPs ou PLCs, da sigla em inglês, a qual
possui emprego mais amplo, uma vez que a primeira se tornou marca registrada de
propriedade exclusiva de um fabricante nacional). Este dispositivo foi concebido
para controlar e automatizar equipamentos e processos , devendo reagir e
apresentar respostas a estímulos no menor tempo possível (operação em “tempo
real”). Na automação, o emprego de CLPs deve-se considerar:
Compatibilidade entre instalação elétrica e pontos de Entrada/Saída
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Existência de chaves de proteção de hardware
Tipo e forma de endereçamento
Estrutura da palavra
Tipo e forma dos sinais aceitáveis
Compatibilidade dos equipamentos eletromecânicos
Para ser considerado como CLP, o equipamento precisa reunir três características
básicas:
Executar uma rotina cíclica de operação durante seu funcionamento
Forma básica de programação através de uma linguagem oriunda dos
diagramas elétricos de relés
Produto projetado para operação em ambiente industrial, e sujeito a condições
adversas (umidade, temperatura, gases inflamáveis, oxidações, poeira)
Um CLP é constituído basicamente por:
Fonte de alimentação
Unidade Central de Processamento (UCP)
Memórias dos tipos fixa (Memória de programa) e volátil (Memória de dados)
Dispositivos de entrada e saída
Terminal de programação
As linguagens de programação utilizadas por um CLP podem ser divididas em dois
tipos básicos: as textuais (Lista de Instruções e Texto Estruturado), oriundas da
programação baseada em mnemônicos, e as gráficas, representadas pelas
linguagens tradicionais baseadas em relés e em blocos funcionais (Linguagem
Ladder, Linguagem em Diagrama de Blocos Funcionais e Diagrama de Funções
Sequenciais). Em geral, os CLPs permitem dois modos básicos de operação: o
Modo de Programação, destinado à elaboração e alteração de programas
aplicativos; e o Modo de Execução (run), destinado à execução do programa
contido na memória do dispositivo (Ciclo de Execução). O Ciclo de Execução
(scan) é realizado ciclicamente, e compreende:
Leitura dos valores de entrada e seu respectivo armazenamento na memória
(imagem das entradas);
Processamento das instruções do programa aplicativo, empregando a imagem
das entradas e gerando na memória os valores de saída (imagem das saídas);
Atualização das saídas , através do envio da respectiva imagem para os
módulos de saída.
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6 - MICROCONTROLADORES
O microcontrolador é um Circuito integrado incorporado em um chip, composto por
processador, entradas, saídas e memória. Através de uma programação feita pelo
técnico, os microcontroladores podem controlar suas saídas, tendo como referência
as entradas ou um valor pré-determinado no programa. Diferenças entre os
microcontroladores:
Quantidade de memória interna.
Velocidade de processamento.
Quantidade de sinal de entrada e saída (I/O).
Alimentação.
Periféricos.
Arquitetura.
Set de instruções.
Características:
Consumo pequeno.
Modo de espera.
Tamanho reduzido.
Baixo custo.
Por apresentar tamanho reduzido, baixo consumo são muito utilizados em
automação e controle. Exemplos: controle de motores automotivos, controles
remotos, máquinas de escritório e residenciais, brinquedos, sistemas de
supervisão, etc. Enfim eles são uma alternativa eficiente e barata para controlar
muitos processos e aplicações.
7 – ELEMENTOS SENSORES
São os elementos responsáveis pela leitura do estado em que o processo se
encontra. Os sensores (ou transdutores) medem grandezas mecânicas como
de posição, de velocidade e aceleração; grandezas físicas como de temperatura,
de fluxo, de nível e de pressão; grandezas químicas como de concentração, entre
outras. Eles enviam para o controlador a atual situação do processo para que este
possa tomar as medidas necessárias.
A obtenção de algumas dessas variáveis pode ser impossibilitada por razões
operacionais ou econômicas. Para contornar essa limitação as grandezas de
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interesse podem ser estimadas através da medição de outras. Isso pode ser feito
utilizando-se um estimador de estados ou através de inferência.
Sensor Transdutor da temperatura
Especificação:
1 Amplitude da
pressão -50-600-1300
2 Exatidão classe a: + (0.15+0.2%t); classe b: + (0.3+0.5%t)
3 Fonte de
alimentação 24vdc
4 Sinal de saída 0-5v, 0-10v, 4-20ma; E, K, J, PT100; PT1000
5 Temp do
diafragma. -25-125
6 Material do
diafragma 304; 306,316L
7 Par
termoeléctrico /
8 E-conexão 2pin; 3PIN, fio principal
9 Conexão do
processo
1/4NPT; 1/2NPT; M20*1.5; M27*2; PROJETO
ESPECIAL
10 Aplicação a química do petróleo, passa a indústria de aço, a fonte elétrica, o navio, o oceano, o sistema da solução da água, a máquina da ambiental-proteção, a máquina etc. do alimento
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8 – ELEMENTOS ATUADORES
Atuador é um elemento capaz de modificar grandezas físicas no sistema ao qual
pertence (geralmente produzindo movimento) atendendo a comandos que podem
ser manuais ou automáticos, nesse processo também acontece a conversão de
diferentes tipos de energia, são exemplos de elementos atuadores: cilindros
pneumáticos (pneumática) ou cilindros hidráulicos (Hidráulica)e motores
(dispositivos rotativos com acionamento de diversas naturezas). Para se classificar
os elementos atuadores podem ser usados três critérios diferentes,são eles:
Energia de saída: mecânica, térmica, óptica, etc.
Princípio de funcionamento: mecânico, pneumático, hidráulico, eletromagnético,
etc.
Se for um atuador que gera movimento, pelo tipo de movimento: linear ou
rotativo.
9 – TÉCNICAS DE CONTROLE
9.1 - Controle em malha fechada
No controle em malha fechada, informações sobre como a saída de controle
está evoluindo são utilizadas para determinar o sinal de controle que deve ser
aplicado ao processo em um instante específico. Isto é feito a partir de uma
realimentação da saída para a entrada. Em geral, a fim de tornar o sistema
mais preciso e de fazer com que ele reaja a perturbações externas, o sinal de
saída é comparado com um sinal de referência (chamado no jargão industrial
de set-point) e o desvio (erro) entre estes dois sinais é utilizado para
determinar o sinal de controle que deve efetivamente ser aplicado ao
processo. Assim, o sinal de controle é determinado de forma a corrigir este
desvio entre a saída e o sinal de referência. O dispositivo que utiliza o sinal de
erro para determinar ou calcular o sinal de controle a ser aplicado à planta é
chamado de controlador ou compensador. Em resumo, a utilização da
realimentação e, portanto, do controle em malha fechada, permite entre outros:
aumentar a precisão e exatidão do sistema.
rejeitar o efeito de perturbações externas.
melhorar a dinâmica do sistema e, eventualmente, estabilizar um sistema
naturalmente instável em malha aberta.
diminuir a sensibilidade do sistema a variações dos parâmetros do processo,
ou seja, tornar o sistema robusto.
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9.2 - Controle em malha aberta
O controle em malha aberta consiste em aplicar um sinal de controle pré-
determinado, esperando-se que ao final de um determinado tempo a variável
controlada atinja um determinado valor ou apresente um determinado
comportamento. Neste tipo de sistema de controle não são utilizadas
informações sobre evolução do processo para a determinar o sinal de controle
a ser aplicado em um determinado instante. Mais especificamente, o sinal de
controle não é calculado a partir de uma medição do sinal de saída.
Características básicas de um sistema de controle que opera em malha
aberta: imprecisão, nenhuma adaptação a variações externas (perturbações),
dependência do julgamento e da estimativa humana. Por outro lado, este tipo
de sistemas são em geral simples e baratos, pois não envolvem
equipamentos sofisticados para a medição e/ou determinação do sinal de
controle.
10 – TRANSDUTOR INTELIGENTE DE TMPERATURA
Os transdutores de temperatura são dispositivos destinados a converter o sinal
de um sensor de temperatura em um sinal linear de corrente elétrica. Esta
conversão permite que o sinal seja transportado com maior imunidade a ruído,
aumentando assim a distância entre o sensor e o indicador ou painel de controle.
Qualquer componente eletrônico muda suas características com a temperatura;
assim, alguns componentes são projetados para medir temperatura, outros o são
para se manterem estáveis com a temperatura.
Figura 0.3 Transdutor de temperatura
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Modelo: STT-800H
Tipo de protocolo do CERVO
STT-800M Análogo-tipo
10.2.1 Característica e funções:
10.2.1.1 O fio Two transmite o sistema. Conversores de sinal do sinal de saída de dois fios da fonte de alimentação ao mesmo tempo.
10.2.1.2 A saída da C.C. do sinal de saída 4-20mA sobreps o protocolo de comunicações digitais do CERVO (sistema two-wire).
10.2.1.3 Conversor de sinal usado na resina de cola Epoxy em um pacote do módulo, com antivibração, o anticorrosivo, anti-umidade, etc.
10.2.1.4 Os conversores de sinal do milivolt do par termoeléctrico convertidos diretamente 4 na saída atual do ~ 20mA, usando um cabo ordinário da transmissão do sinal podem eliminar a compensação cara do fio.
10.2.1.5 Para trazer a temperatura da cena mostrou que ambos a saída do transmissor 4 do sinal atual do ~ 20mA, quando a temperatura medida na cena puder ler a temperatura.
10.2.1.6 Desfile através das mãos da configuração de máquina e do software da eliminação de erros, gerência remota do PC.
Especificação técnica:
Fonte de alimentação 13~30V, C.C.
Resistência de carga 0~850Ω
Sinal de saída 4~20mA
Erro ±0.2%, ±0.5%
Exposição LCD
Temperatura ambiental -20~70degree
O impacto da temperatura ambiental 0.25%/10
Sinal à prova de explosões dBT4
Avaliação da proteção IP54
Compensação da junção fria CU50
Erro da compensação da junção fria 0.5%/10
Sinal de entrada B, E, J, K, N, R, S, T-tipo par
termoeléctrico.
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Pt50, Pt100, Pt1000, Cu50, resistência
térmica de Cu100-based
Resistência, entrada da tensão do
milivolt
Sistema do fio
O par termoeléctrico e a resistência
podem ser conectados em
uma segundo-linha sistema, três-ou
sistema de quatro fios
Tensão de fonte de alimentação do
transmissor do CERVO C.C. 11V~36V
Os dados refrescam a taxa ò/S
Exatidão ±0.05%
Estabilidade ± 0.1% ou ± 0.1%/ano (verificação uma
do maior)
Umedecimento 0-32 segundos ajustável
Temperatura de trabalho -40~+85degree
Escala de temperatura do
funcionamento do LCD -20~+70degree
Dimensão × 25mm de 44mm
Resistência mecânica da vibração 10 ~ 60HZ, 0.21mm sinusoidals
Interferência Anti-RF IEC61000-4-3, 10V/M, 80 ~ 1000MHZ
10.9 Controlador Lógico Programável Simatic S7-200
figura 1.0 CLP s7-200 SIEMENS
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10.9.1 Características Funcionais
Um amplo espectro de CPUs está disponível para aplicações simples até aplicações de grande performance. Ao todo são 5 modelos de CPU com diferentes características, dentre elas, a quantidade de memória e de entradas e saídas integradas. A própria CPU já vem equipada com diversos recursos, como: O micro CLP S7-200 constitui uma verdadeira alternativa econômica para todas as aplicações na área de automação de pequeno porte. Seu projeto é caracterizado pelas seguintes qualidades básicas:
- Entradas e saídas digitais integradas ; - Interface RS485 integrada ; - Protocolo PPI (mestre/escravo), MPI (escravo), ou outros como Modbus (programável via Freeport) ; - Contadores rápidos ; - Saídas de pulso rápido ; - Memória retentiva ; - Entradas de interrupção ; - Relógio de tempo real (opcional para alguns modelos) ; - Cartão de memória removível; - Potenciômetro;
A grande diversidade de módulos de expansão permite a adaptação da configuração para diversos tipos de aplicação. Dependendo do modelo da CPU, é possível utilizar até 7 módulos de expansão:
- Módulos de Entradas/Saídas - Digitais - Analógicos - Específicos para medição de temperatura - Módulo de Posicionamento - Módulos de Comunicação - AS-Interface (mestre) - PROFIBUS-DP (escravo) - Modem - Ethernet
10.9.2_Interfaces Homem-Máquina
O SIMATIC S7-200 pode usar qualquer painel de operação da linha SIMATIC HMI. Porém, para manter sua característica de baixo custo, foi desenvolvido uma linha de painéis de operação específicos para o uso com o S7-200, os Micro Painéis.
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Essa linha é constituída de dois modelos: - TD200: display de texto de duas linhas com teclas programáveis, velocidade de até 187,5 Kbps e extremamente fácil de usar. - TP070: painel gráfico com “tela de 5,7” do tipo “touch-screen” com elevado contraste.
10.9.3_Programação e Parametrização
A programação do SIMATIC S7-200 é feita através do software STEP 7-Micro/WIN, que é uma ferramenta que preza a facilidade de uso, possibilitando a programação na linguagem que mais lhe agrada: LAD, FDB e STL (SIMATIC), ou KOP e FUP (IEC 1131). Sua aparência e operação são idênticas às aplicações padrão Windows, agilizando a ambientação do usuário. Ele permite que você crie suas próprias bibliotecas, com partes de programas para serem reutilizadas, ou adicionar bibliotecas prontas, como a de protocolo USS. Além disso, ele conta com os Wizards, que são assistentes de parametrização para funções como comunicação em rede e configuração do TD200, entre outros. Isso tudo lhe permite poupar tempo, aumentando sua produtividade e reduzindo custos.
10.10_Supervisório (Elipse SCADA)
SCADA = Supervisory Control and Data Acquisition
São os sistemas de supervisão de processos industriais que coletam dados do
processo através de remotas industriais, principalmente Controladores Lógicos
Programáveis, formatam estes dados, e os apresenta ao operador em uma
multiplicidade de formas. O objetivo principal dos sistemas SCADA é propiciar uma
interface de alto nível do operador com o processo informando-o "em tempo real"
de todos os eventos de importância da planta.
Hoje os sistemas de supervisão oferecem três funções básicas:
a)Funções de supervisão:
Inclui todas as funções de monitoramento do processo tais como: sinóticos
animados, gráficos de tendência de variáveis analógicas e digitais, relatórios
em vídeo e impressos, etc.
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b) Funções de operação:
Atualmente os sistemas SCADA substituíram com vantagens as funções da mesa
de controle. As funções de operação incluem: ligar e desligar equipamentos e
seqüência de equipamentos, operação de malhas PID, mudança de modo de
operação de equipamentos, etc.
c) Funções de controle:
Controle DDC ("Digital Direct Control")
Alguns sistemas de supervisão possuem uma linguagem que permite definir
diretamente ações de controle, sem depender de um nível intermediário de controle
representado por remotas inteligentes. Todas as operações de entrada e saída são
executadas diretamente através de cartões de I/O ligados diretamente ao
barramento do micro, ou por remotas mais simples. Os dados são amostrados, um
algoritmo de controle como um controlador PID, por exemplo, é executado, e a
saída é aplicada ao processo (ação direta sobre uma variável manipulada). Isto,
entretanto só é possível quando a velocidade do processo assim o permite. Em
alguns casos requisitos de confiabilidade tornam desaconselhável este tipo de
solução.
De forma que visualizando sistema proposto temos:
20
Para o processo em questão, arbitramos o valor de 250 segundos para o sistema
alcançar o regime permanente, conforme o gráfico abaixo:
Assim sendo, podemos calcular os parâmetros básicos deste sistema, com a
finalidade de obtermos a modelagem requerida para o projeto de automação a ser
desenvolvido e fazer a análise do sistema proposto.
1. Qual a constante de tempo do processo?(ּז)
O tempo requerido, medido a partir do ponto onde o sinal de saída começa a
mudar, para que a saída do processo de primeira ordem atinja 63.2% do
valor da variação total, depois que ocorreu uma mudança na entrada.
Quando sistemas desta natureza atingem o regime permanente, temos que:
t=20τ (1)
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Nestas condições dizemos que o sistema alcançou o regime ideal de trabalho para
as definições do projeto de controle, atingindo o máximo da variação total que é de
aproximadamente 98,2%.
Respondendo a pergunta deste tópico, temos:
Se tmáx=250 segundos, a constante de tempo é 12,5=ּזs
2. Quais os pólos e zeros da função de transferência?
1º passo: calcular o Kp:
ou
Onde:
Y(t) É a variação da saída
u(t) . É a variação da entrada.
Θs pode ser definido como:
O tempo decorrido após a ocorrência de uma perturbação no processo até que seja
notada uma mudança na saída do mesmo (atraso).
(2)
(3)
(4)
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A variação da saída, para o nosso sistema está entre 30ºC até 130ºC, sendo assim
fica:
Então,
Kp=0,4
De posse de todos os parâmetros retomamos agora a função de transferência para
o sistema de 1ª ordem:
O sistema não tem zeros, e o pólo único deste tipo de sistema é P=
3. Demonstre o diagrama de bloco do processo?
4. Qual a nova função de transferência com aplicação da função P, PI, PD,
PID?
Erro (Ação Direta):
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Onde: SP = setpoint PV = variável de processo E = erro Controle Proporcional:
Onde: Kp = ganho proporcional E = erro
Controle Proporcional integral (PI):
Onde: Kp = ganho proporcional Ti = reset integral E = erro
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Controle Proporcional Derivativo (PD):
Onde: Kp = ganho proporcional Kd = ganho derivativo Ti = reset integral E = erro
Controle Proporcional integral Derivativo (PID):
Onde: Kp = ganho proporcional Ti = reset integral Td = tempo derivativo
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Implementação Digital de um Algoritmo PID (Padrão):
Onde: CVn = variável de controle no instante “n” CV(n-1) = variável de controle no instante “n-1” En = erro no instante “n” E(n-1) = erro no instante “n-1” Kp = ganho proporcional Ti = reset integral Td = tempo derivativo
5. Quais o pólos e zeros da função controlada com aplicação dos
controladores P,PI,PD e PID?
Conforme avaliado antes O sistema não tem zeros, e o pólo único deste tipo de
sistema é P=
.
Porém em uma aplicação em que o sistema possua podemos demonstrar
exemplos:
26
27
11 - CONCLUSÃO
Durante a realização do trabalho houve grande dificuldade para encontrar um
modelo a ser utilizado na simulação. Como foi difícil obter uma literatura técnica
que disponibilizasse um modelo mais realístico do sistema então foi adotado o
modelo genérico de segunda ordem como foi descrito anteriormente. Este apesar
de genérico tem um comportamento semelhante à maioria dos sistemas de
aquecimento práticos.
O aquecedor de água é de extrema importância no processo industrial sendo
aplicadas em caldeiras, extrusoras, injetoras entre outras aplicações. Se a
ocorrência simultânea de gás, por um lado, diminui a energia hidrostática da coluna
bifásica que se estabelece entre o reservatório e a superfície, por outro aumenta a
energia dissipada no escoamento, induz oscilações de pressão e vazão neste
escoamento.
Assim aplicação do Aquecedor por estufa é fundamental sempre que a co-
existência das fases no escoamento implicarem na operação inadequada de
equipamentos ou incrementar processos indesejáveis, como a perda de carga ou a
oscilação de variáveis operacionais (vazão, pressão, temperatura, etc.) no sistema
de transporte de fluidos. Assim um sistema de controle eficiente é fundamental
para que o processo produtivo ocorra da melhor e mais segura maneira possível. A
temperatura no aquecedor por estufa é a sua principal variável no processo de
separação dos fluidos imiscíveis. As outras variáveis como nível são mais utilizadas
para segurança e análise quantitativa da produção do que para estabelecer um
ambiente adequado à separação. Como foi apresentado neste trabalho, o
controlador PID se mostrou uma opção eficiente para realizar o controle da
temperatura deste sistema. Dada a grande praticidade na sintonia, a sua
simplicidade, baixo custo de implementação e versatilidade o PID se tornou uma
ferramenta largamente empregada na indústria moderna. E neste trabalho foi
comprovado que é possível implementar este tipo de controle em CLP que não
disponibilizam um bloco PID pronto.
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12 – REFERÊNCIAS
CAPELLI, Alexandre, 2006; Automação industrial: Controle do movimento e processos contínuos /Alexandre Capelli. – Sao Paulo: Erica, 2006. GEORGINO, Marcelo, 1971; Automação Aplicada Descrição e Implementação de sistemas Seqüenciais com PLCs/ Marcelo Georgini. São Paulo: Erica, 2000. MORAES, CICERO C.: CASTRUCCI, P. de, 2007; Engenharia de automação industrial / Cicero couto de Moraes, Plinio de Lauro Castrucci. – 2. ed. – Rio de Janeiro. OLIVEIRA, J. C. P. Controlador Lógico Programável. Editora Makron Books. Sao Paulo, 1993. PRUDENTE, FRANCESCO: Automação industrial - PLC: teoria e aplicações, LTC, 2007. PNPUB – Programa Nacional De Produção e Uso de Bicombustível, Disponivel em <http://biodiesel.gov.br> Acesso: 10 novembro 2010 às 20:18hs SILVEIRA, Paulo Rogerio Da. Automação e controle discreto. São Paulo: Erica, 2003. 229 p GUEDES, L.A.Classificação das redes para automação industrial. 2005. Disponívelem:< http://www.dca.ufrn.br/~affonso/DCA0447/aulas/rai acesso em 11 de outubro de 2010 às 16:52hs
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