Com toda a certeza do mundo, você já ouviu falar sobre a automação industrial, a famosa tecnologia que torna os processos automáticos, através de dispositivos e equipamentos que realizam medições, controlam as variáveis físicas dos processos e as monitoram.
Mas o que você sabe especificamente sobre os sistemas de controle?
Provavelmente não muito. Temos notado que os detalhes importantes acerca do controle dos processos industriais são omitidos em diversas explicações quando o assunto é a automação.
O controle de processos industriais utiliza, sim, os equipamentos e os dispositivos para ajustar os seus parâmetros, mas a nossa missão se trata de que você passe a saber mais sobre qual o estudo e o meio utilizado para que o controle seja, de fato, efetivo.
Assim, decidimos que, através deste texto, você vai conhecer o que são os sistemas de controle e, assim, estará mais imerso como nunca quando o assunto for a automação industrial.
Vamos checar este conteúdo?
Conteúdos
Conheça os pilares da automação industrial
Se pudéssemos dividir a automação industrial em atividades que refletissem a sua ação no contexto industrial, com certeza não deixaríamos de mencionar o monitoramento, o controle e o armazenamento das variáveis físicas do processo.
Tudo parte da conexão de dispositivos e equipamentos ao sistema de controle principal, como um sistema SCADA.
O monitoramento, por exemplo, se dá pela presença de sensores (de temperatura, de nível, de pressão, entre outros) distribuídos nos pontos importantes do processo em questão.
Já o armazenamento de dados é por conta do próprio sistema de controle principal, que armazena os parâmetros do processo e que podem ser utilizados futuramente para estudar o comportamento e melhorar o sistema.
Por fim, temos o controle do processo.
O controle, é claro, está relacionado também aos equipamentos e dispositivos, os quais devem manter os parâmetros do sistema próximos do desejado.
E para que isso seja possível, são utilizadas programações avançadas que reduzem os desvios de parâmetros do seu sistema em relação ao cenário desejado, as quais são transmitidas ao sistema a ser controlado por meio de sinais.
Essa explicação está meio abstrata, não? Então vamos entendê-la melhor no tópico seguinte.
O que são Sistemas de Controle
Estamos, cada vez mais, chegando ao assunto principal do texto.
Antes, precisamos explicar do que se trata os sistemas de controle, para que depois, possamos falar sobre como utilizá-lo para otimizar os processos industriais.
Entenda que os sistemas de controle foram aperfeiçoados no decorrer do tempo.
As primeiras aparições de controle automático se deram entre 300 A.C e 1 A.C na Grécia, com mecanismos reguladores flutuantes.
Depois de diversos estudos e experimentos, apareceram os métodos utilizados hoje em dia no controle de sistemas, tais como:
- Controladores automáticos PID;
- Resposta em frequência;
- Diagrama de Bode;
- Margens de estabilidade;
- Método do lugar das raízes;
- Entre outros.
Todos esses assuntos são complexos o suficiente para demandarem novos textos para tratarem especialmente cada uma dessas particularidades.
E como não é o propósito principal deste texto dificultarmos a sua compreensão sobre o conteúdo, vamos focar no que é mais palpável e conhecido.
Resumidamente, os sistemas de controle de processos são sistemas de reguladores automáticos em que a saída (variável a ser controlada) é uma variável como: temperatura, pressão, nível de líquido, pH ou fluxo.
Após regular a variável de entrada (conhecida como valor referência, valor ajustado ou setpoint), essa variável ganha o nome de “variável manipulada” e afetará o valor da saída.
Além disso, os sistemas podem ser descritos através de um diagrama de blocos, que refletem os dispositivos, equipamentos, distúrbios e processos que interferem no sistema de aplicação da automação.
Este diagrama é utilizado tanto para o esboço do sistema quanto na simulação gráfica do sistema em softwares.
Comumente, o diagrama contém alguns blocos padrões, tais como: controladores, atuadores, comando ou sinal de referência (valor de interesse ou de setpoint), processo ou planta, amplificador de sinais, sensor e distúrbios.
Quais blocos estarão presentes ou não nos diagramas, vai depender exatamente deste tipo de diagrama, o qual chamamos de Malha Fechada ou Malha Aberta.
Na Malha Abertura, a saída não tem efeito sobre a ação de controle. Já na Malha Fechada, a saída tem efeito sobre a ação de controle.
Em outras palavras e de um jeito mais compreensível:
- Malha Aberta: você atira a flecha na direção do alvo sem olhar pra onde ela acertou, então se você calculou tudo, a flecha acertou o alvo. Mas caso apareçam perturbações, como ventos mais fortes, a flecha poderá errar o alvo;
- Malha Fechada: você atira a flecha e alguém a observa, dizendo o que pode ser corrigido na sua mira para que você possa atingir a precisão, mesmo com perturbações no sistema.
Então tudo se resume ao Feedback ou Retroação da sua ação e também à adaptação do sistema de controle em relação ao sistema a ser controlado, de acordo com o distúrbio (sinal que tende a afetar o valor da variável de saída de um sistema) presente no sistema.
Esse feedback na malha de controle, o qual aplica essa correção na variável que há de ser manipulada, é chamado de “Controle por Realimentação”, isto é, é uma operação que tende a reduzir a diferença entre a saída do sistema e a entrada de referência.
Controladores PID
Isso tudo que foi mostrado até agora, em relação ao ajuste da variável nos mostra muito sobre o comportamento de controladores PID, os quais são utilizados na eletrônica e robótica, mecânica, automação industrial, entre muitos outros sistemas.
O PID, característico da malha fechada, ajusta o sinal de controle para manter o sistema mais próximo possível do valor desejado (setpoint colocado no equipamento industrial), enquanto minimiza o erro (diferença entre o valor de saída e o valor de entrada ou de setpoint).
Além disso, o controlador PID é conhecido por garantir constantes as variáveis do sistema, como temperatura, velocidade, posição, entre outros, através de um controle mais estável, responsivo e preciso.
Cada uma das letras do PID tem uma ação específica nos sistemas de controle.
- P: o componente proporcional verifica a diferença entre o valor desejado (setpoint) e o valor real do sistema e, assim, calcula um sinal de controle proporcional à magnitude desse erro, reduzindo-o rapidamente;
- I: o componente integral olha a acumulação de erros ao longo do tempo e corrige os erros persistentes. É útil para eliminar os chamados “erros estacionários”;
- D: o componente derivativo prevê como o erro está mudando e ajuda a evitar oscilações excessivas, respondendo às mudanças repentinas no sistema.
Você pode se perguntar: por que não utilizar os componentes sozinhos?
Isso se deve ao fato de que um serve de complemento ao outro.
O componente P, utilizado sozinho, pode resultar em oscilações no sistema.
Já o componente I corrige os erros persistentes que não são corrigidos pelo componente P, e assim por diante.
Entenda como otimizar o seu processo industrial através dos sistemas de controle
Até agora, você presenciou um conteúdo rico em informação técnica e complexa.
Por isso, exemplificamos e explicamos com bastante cautela, para que você absorva o máximo possível do assunto.
Agora, é hora de saber como utilizar os sistemas de controle ao seu favor, ou seja, para otimizar o seu processo industrial através da automação.
Neste contexto, preparamos algumas dicas abaixo.
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Sistemas de Controle de Nível de Líquido
Para essa otimização do seu sistema de nível de líquido, você pode utilizar um flutuador (sensor de nível de líquido) para retroalimentar o seu sistema controlador, o qual enviará a situação atual do seu tanque para o seu controlador.
Já o seu controlador, o qual será ajustado segundo o valor de setpoint (valor de entrada), terá controle sobre uma válvula pneumática que influencia no nível de líquido do tanque reservatório.
Resumidamente, o seu sensor de nível de líquido será o dispositivo da malha fechada que mostrará para o controlador o quanto a diferença (erro) de nível de fluido presente no tanque está diferente do valor de entrada ajustado, para que a válvula abra ou feche até que os valores possuam a diferença mínima.
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Sistema de Controle de Temperatura
Em um sistema de controle de temperatura de um forno industrial, por exemplo, temos alguns componentes.
Esses componentes são: tubulação, queimador, forno, termômetro, combustível do queimador, ventilador, válvula e o controlador.
O valor de interesse da temperatura é inserido no controlador, enquanto o forno é aquecido através de uma circulação forçada proveniente do ventilador.
O termômetro colocado no forno mostrará a variação de temperatura no queimador apenas segundos mais tarde à queima, devido à tubulação que separa o queimador do forno.
Portanto, deve-se ter um tempo acrescido ao de referência para acionar o queimador ou para mantê-lo ativo, mas sendo cauteloso para que o queimador não ofereça temperatura maior do que o necessário para o processo.
Então, torna-se necessário também atentar-se ao controle da queima, através da válvula que abre ou fecha o combustível que será inserido no queimador.
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Sistema de Controle de Vazão
Como a variável do processo é a vazão, a mesma deve ser detectada através de um sensor de vazão, enquanto a transmissão do valor da vazão lido pelo sensor, é transmitida utilizando, obviamente, um transmissor ao controlador.
O controlador, por sua vez, compara a vazão desejada no processo com a vazão lida pelo sensor.
No entanto, temos um sinal de erro (devido às diferenças entre a vazão requerida e a real) que será enviado à válvula pneumática.
Visto que essa válvula é pneumática e o sinal do erro é eletrônico, deve-se converter este sinal eletrônico para um sinal pneumático, de modo que a válvula “entenda” que precisará abrir ou fechar por um valor pré-determinado, de acordo com a necessidade.
Portanto, enquanto o papel da válvula será o de abrir ou fechar, o papel do controlador será o de enviar sinais constantes de erro para a válvula.
Apesar do conteúdo deste texto envolver diversos conceitos da Engenharia de Controle e Automação, tentamos explicá-los minuciosamente para que você, mesmo sem entender sobre o assunto, conseguisse absorver os fundamentos dos sistemas de controle.
Desse modo, descobrimos que o controle de processos industriais utilizando a automação pode ser algo realmente desafiador e complexo.
Por outro lado, você pode construir a sua base em textos como este, que te deixam mais próximo da realidade tecnológica em que vivemos.
E é claro, o seu primeiro passo em estar interessado sobre o assunto, é algo essencial para que você alcance os seus objetivos futuros, tais como aprofundar no assunto ou aplicá-los à sua indústria.
Inclusive, caso tenha interesse, a equipe Nepin oferece diversos equipamentos e dispositivos utilizados no âmbito industrial, tais como alguns que foram descritos aqui no texto, como: válvulas, transmissores de nível, controladores de temperatura, sensores de nível, dispositivos para o seu queimador, sensores de temperatura, entre outros.
Você pode checá-los no nosso site, acessando a aba “produtos” e escolhendo o que atender ao seu processo.
Além disso, conte conosco para selecionar o produto que lhe convém.
