Sistemas de Controle e Controladores: Técnicas Básicas e Avançadas

Sistema de Controle

Um Sistema de Controle é um conjunto racional e sistemático de equipamentos e intervenção humana projetado para operar o sistema controlado.

Os objetivos principais de um Sistema de Controle são:

• Eliminar a influência de perturbações.
• Garantir a estabilidade do processo.
• Otimizar o processo.

Técnicas de Controle Automático

Técnicas Básicas (Regulatórias)

Baseiam-se no feedback (realimentação) ou controle de circuito fechado. Incluem:

• Ações Fundamentais: Proporcional (P), Derivativo (D), Integral (I).
• Ações Combinadas: PI, PD, PID.
• Outras Ações: Tudo ou Nada (On/Off), Flutuante, Proporcional com o Tempo, etc.

Técnicas Avançadas

Baseadas em estratégias de controle mais complexas. Embora possam usar instrumentos analógicos para sua execução, geralmente exigem o tratamento de informações digitais. Nesses sistemas, a estabilidade é alcançada e os laços de controle são mais complexos.

Exemplos de técnicas avançadas:

• Controle em Cascata.
• Controle Seletivo.
• Controle Feedforward (Alimentação Antecipada).
• Outras.

Controladores (Drivers)

Controlador Analógico Clássico

Consiste em um comparador e o próprio controlador. Possui entradas e saídas analógicas (pneumáticas ou elétricas).

O processo de controle analógico:

1. O comparador recebe dois sinais: o set point (valor desejado) e a medição da variável.
2. A diferença entre eles gera um sinal analógico de erro.
3. O sinal de erro entra no controlador, que gera uma resposta (saída) proporcional, integral ou derivativa do erro, que atuará em um elemento final de controle.

Os controladores analógicos existentes no mercado geralmente operam em uma escala de 0 a 100, onde se define o set point e se monitora a variável do sistema.

Controladores Digitais

Utilizam um microprocessador como elemento de controle. O processamento dos sinais de entrada e saída é totalmente digital.

Quando é necessário conectar componentes analógicos e digitais, são utilizados:

• Conversores Analógico-Digital (para entrada).
• Conversores Digital-Analógico (para saída).

Vantagens do Controle Digital

• A ação do controlador é realizada através de fórmulas incluídas no seu software, oferecendo maior flexibilidade.
• Maior precisão no controle.
• Muitos processos independentes podem ser controlados por meio de um multiplexador.

Características Operacionais

Um controlador digital tipicamente possui:

• Opção de colocá-lo no modo manual ou automático.
• Capacidade de programação da ação de controle (direta ou inversa) pelo algoritmo.

O controle digital conecta o microprocessador, a memória e os periféricos mediante:

• Barramento de Dados.
• Barramento de Endereços.
• Barramento de Controle.

Conceitos de Ação de Controle

Retardo (Tempo Morto)

É o tempo que o sistema leva para dar a resposta necessária a uma mudança no processo, pois a resposta nunca é imediata.

Controle Tudo ou Nada (On/Off)

É a forma de controle mais simples. O controlador envia um sinal para regular ou não o processo, considerando apenas se há erro ou não.

Em um processo químico, uma oscilação no regulamento resulta em uma resposta do elemento final para abrir ou fechar o processo, de acordo com o que foi projetado (ação direta ou inversa).

O controlador Tudo ou Nada funciona satisfatoriamente se o processo tiver uma taxa de reação lenta e um tempo de atraso mínimo.

Existe um controlador Tudo ou Nada em duas etapas (liga/desliga) para permitir ou interromper a passagem de corrente, por exemplo.

Controle Flutuante

É uma variante do controlador Tudo ou Nada.

Trata-se de um controlador de velocidade constante, que move o elemento final de controle a uma taxa única, independentemente do desvio.

Vantagens e Desvantagens

• Vantagem: Compensa as mudanças de carga gradualmente, retardando o processo ao mover a posição da válvula.
• Desvantagem: Não é adequado se houver atrasos significativos ou alterações rápidas de carga.

Embora esta forma de controle tenda a produzir oscilações na variável de controle, elas podem ser minimizadas escolhendo-se corretamente a velocidade da válvula para compensar as características do processo.