Controle de malhas

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  • Publicado : 26 de março de 2012
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Tipos de Malha de Controle de Processos Industriais

Sempre que surgir uma oscilação no sistema, o controlador será capaz de atuar sobre o erro entre o setpoint e o valor da variável controlada e eliminá-lo. Abaixo temos uma malha de controle clássica, onde apenas um controlador interage no processo.

Anderson Beltrame

O conceito de realimentação (feedback) sugere que uma simples malha decontrole fechada utilizando um controlador PID seja suficiente para manter o valor de uma variável controlada dentro de limites pré-ajustados, haja vista que ela é projetada especificamente para atender um determinado tipo de processo. Desta forma, sempre que surgir uma oscilação no sistema, o controlador será capaz de atuar sobre o erro entre o setpoint e o valor da variável controlada eeliminá-lo. Abaixo temos uma malha de controle clássica, onde apenas um controlador interage no processo.

Na figura 1, o controlador basicamente mede a saída do processo (neste caso, a temperatura), compara com o valor desejado (setpoint), encontra o erro, e calcula uma saída de controle para modificar a posição da válvula de controle até que o erro seja eliminado ou permaneça dentro de limitesconsiderados como nulos.

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F.1 - Malha de controle com um controlador

Infelizmente, na prática, não é bem assim que as coisas funcionam. Existem limites. As válvulas de controle se saturam. É impossível abrir uma válvula mais que 100%. Inclusive, há casos onde a própria dinâmica do processo faz com que variações muito bruscas ocorram, seja por alteração de carga, ou mesmo por modificação novalor do setpoint. E por vezes, tal distúrbio acontece em tamanha magnitude, ou dura tanto, que um único controlador convencional PID não é capaz de atuar a tempo, e o “controle” é então perdido. 

Para contornar este tipo de problema, algumas estratégias de controle podem ser utilizadas. Uma delas consiste em associar controladores PID de maneira tal, que de acordo com a sua configuração,conseguem solucionar este tipo de problema. Dentre elas, destacamos: Controle em Cascata, Controle de Relação (ou Razão), Split-range e Feedforward. 

Controle em Cascata

O controle em cascata deve ser implementado quando a malha de controle simples já não responde satisfatoriamente, principalmente em processos de grande inércia e quando o mesmo possui uma contínua perturbação na variável manipulada.Normalmente, aplica-se o controle em cascata, quando os efeitos dos distúrbios da variável manipulada afetam a variável controlada. O controle em cascata emprega pelo menos duas variáveis controladas para atuar sobre uma única variável manipulada. 

Funcionamento

A figura 2 representa um processo de controle de temperatura em um trocador de calor. Analisando-se os resultados obtidos pelocontrole em malha fechada composto por um único controlador PID, é possível identificar que durante uma variação na pressão Pe, ou seja, na pressão do óleo combustível utilizado para alimentar o sistema de queima do forno, haverá conseqüentemente uma alteração na vazão Qs (variável manipulada) que, por sua vez, provocará uma variação acentuada na temperatura Ts (variável controlada). 

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F.2– Malha de controle de um forno


Isto ocorre porque a própria dinâmica do processo impõe um determinado tempo até que o controlador possa perceber a alteração do valor de Ts, e agir atuando na válvula TCV1 para modificar a vazão de entrada de óleo. E quando este o faz, o valor de Pe já modificou-se novamente e o sistema não consegue evitar tais oscilações indesejáveis na variável controlada.Na figura 3 são mostrados os resultados obtidos para a mesma perturbação, porém já com a estratégia de controle em cascata implementada. 

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F.3 – Malha de controle de um forno com cascata

Observe que, agora, a nova malha de controle possui um controlador de vazão exclusivo para manter a vazão de óleo combustível independentemente das variações de pressão encontradas em sua...
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