No primeiro texto dessa série de dois artigos, introduzimos o assunto “ações de controle básicas” e definimos seu conceito, que nada mais é que o modo o qual o controlador automático produz o sinal de controle.
Além disso, conhecemos o diagrama de blocos e o fluxo de sinais, que são elementos essenciais para desmistificar como a automação funciona.
No entanto, o assunto anterior precisa de uma sequência que o complemente e finalize o assunto, pelo menos de forma “intermediária”, sem entrarmos nas questões das equações presentes em cada um dos controladores.
No texto de hoje, vamos falar sobre a classificação dos controladores analógicos industriais e daremos um exemplo de um sistema de controle.
Classificação dos controladores analógicos industriais
Você se lembra do texto anterior? Nele, finalizamos discutindo sobre cada um dos elementos presentes no diagrama de blocos, e é muito importante que você tenha entendido a maneira em que eles estão presentes no cenário real.
Neste texto, vamos classificar os controladores analógicos industriais. Assim, o nosso foco é o bloco do controlador Gc(s).
Este bloco pode ser implementado de diferentes formas, a depender da dinâmica do processo e também do nível de precisão exigido.
No entanto, é preciso lembrar-se de que os controladores são os responsáveis por mandar sinal para o atuador de forma que o Erro E(s) do sistema seja reduzido, sendo que cada um possui características próprias de resposta, estabilidade e rejeição a perturbações.
Pois então, adivinhe só qual o critério para classificar o controlador? Sim! Os controladores analógicos clássicos são classificados conforme a forma como tratam o erro E(s) ao longo do tempo.
Controlador on-off
O controlador on-off é o mais simples entre todos. Ele não atua de forma contínua, mas sim discreta. É o famoso “controlador binário”, pois opera apenas em dois estados:
- totalmente ligado
- totalmente desligado
Em outras palavras, se a variável de processo está abaixo do setpoint, o sistema atua com 100% de comando. Já quando a variável ultrapassa o valor desejado, o comando desliga o atuador completamente.
Na prática, é comum utilizar uma banda de histerese para evitar chaveamentos excessivos.
Controlador on-off: aplicações
- termostatos industriais
- controle de nível simples
- sistemas onde alta precisão não é necessária
Controlador proporcional (P)
Outro tipo de classificação é o controlador proporcional, o qual gera uma saída diretamente proporcional ao erro.
E o seu nome é exatamente fácil de associar à sua função, já que:
- “Proporcional”: quanto maior o erro, maior a ação de controle (proporcional ao erro).
Isso permite uma resposta mais suave e contínua em comparação ao on-off.
No entanto, esse tipo de controlador apresenta uma limitação importante, que é o erro em regime permanente (offset).
Em outras palavras, o controlador proporcional faz com que o sistema tenda a estabilizar próximo ao setpoint, mas não exatamente nele. Aqui, temos um controlador em que a precisão não é o seu forte.
Controlador proporcional: aplicações
Suas aplicações contemplam:
- processos onde pequenas imprecisões são aceitáveis
- sistemas com dinâmica rápida e estável
Controlador proporcional-integral (PI)
Se o controlador P é o proporcional, o PI é o controlador proporcional mais algum outro, correto? E esta outra ação é a integrativa ao controle proporcional.
Essa ação considera o erro acumulado ao longo do tempo, permitindo a eliminação do erro em regime permanente
Em contrapartida, este controlador pode introduzir:
- resposta mais lenta
- possibilidade de overshoot (ultrapassagem do setpoint)
Controlador PI: aplicações
Este é um dos controladores mais utilizados na indústria, especialmente em:
- controle de pressão
- controle de vazão
- processos térmicos
Precisa de válvulas e atuadores confiáveis para garantir precisão nos sistemas de controle industrial?
Controlador proporcional-derivativo (PD)
Analogamente ao exemplo anterior, o controlador PD adiciona uma ação derivativa do controlador proporcional, que reage à taxa de variação do erro.
Se você não entendeu, tudo bem. Na prática, caro leitor, isso significa que o controlador:
- antecipa tendências do sistema
- melhora o amortecimento
- reduz oscilações
No entanto, assim como outros controladores descritos anteriormente, este também possui desvantagens. Neste caso aqui, o controlador PD:
- não elimina o erro em regime permanente
- é sensível a ruídos de medição
Controlador PD: aplicações
Suas aplicações típicas são:
- sistemas com resposta rápida
- controle de posição e movimento
Controlador proporcional-integral-derivativo (PID)
O controlador PID, como é de se esperar, combina as três ações:
- proporcional → resposta imediata
- integral → eliminação do erro
- derivativa → antecipação e estabilidade
Então, estamos falando de um controle mais completo. Um controle mais robusto.
Neste viés, o controlador PID é capaz de lidar com:
- perturbações
- variações de carga
- dinâmicas mais complexas
Por esse motivo, o PID é o padrão na indústria.
Controlador PID: aplicações
Na prática, o controlador PID é amplamente implementado em CLP (Controlador Lógico Programável) e sistemas de controle distribuído.
Controladores PID modificados
Na aplicação industrial real, o PID “ideal” raramente é utilizado de forma pura. Em vez disso, são empregadas variações e melhorias, como:
- PID com filtro derivativo (redução de ruído)
- PID com anti-windup (evita saturação da ação integral)
- PID com ganho variável (gain scheduling);
- Back calculation
- estruturas em cascata ou feedforward
Essas modificações têm como objetivo:
- aumentar a robustez
- melhorar a estabilidade
- adaptar o controle a diferentes condições operacionais
Exemplo de sistema de controle
Este exemplo mostra um sistema que utiliza a válvula para regular a temperatura do aquecedor gerador de vapor.
Para que esse controle seja possível, é preciso recorrer a um sistema automatizado. Abaixo, você tem quais elementos foram utilizados neste esquema, os quais são, respectivamente:
- Transdutor de temperatura;
- Controlador PID;
- Conversão de corrente-pressão (4-20 mA);
- Válvula de regulação comandada a ar
Conclusão
Nessa série composta por dois artigos, vimos que as ações de controle básicas são o núcleo de qualquer sistema de automação industrial.
Ao longo de ambos os textos, ficou claro que, independentemente da aplicação, o desempenho do sistema depende diretamente de como o erro é tratado e isso cabe ao tipo de controlador (Gc(s) .
Para que você pudesse entender as principais tecnologias de controle presentes na indústria, apresentamos desde estratégias simples, como o controle liga-desliga, até estruturas mais robustas como o PID e suas variações.
É fato que entre as classificações se nota vantagens e limitações que devem ser avaliadas conforme a dinâmica do processo, a presença de perturbações e o nível de precisão exigido.
Quer melhorar a estabilidade e o desempenho dos seus sistemas de controle industrial?
FAQ – Controladores analógicos industriais
1. Qual a função de um controlador industrial?
Ele compara o valor desejado com a variável medida do processo e gera ações de controle para reduzir o erro do sistema.
2. Qual a diferença entre controle on-off e PID?
O controle on-off atua apenas ligado ou desligado, enquanto o PID realiza ajustes contínuos e mais precisos no processo.
3. Por que o controlador PID é tão utilizado na indústria?
Porque combina rapidez de resposta, eliminação de erro permanente e maior estabilidade operacional.
4. Em quais aplicações os controladores PI e PID são mais utilizados?
Controle de pressão, temperatura, vazão, nível e velocidade em processos industriais automatizados.
