ATPS Controle e Automao de ProcessosEtapa I
Curso: Engenharia de Produo 9 srie DDisciplina: Controle e
Automao de ProcessosProfessor: Jose Luiz SorianoAlunosJeft P. da
Silva
RA: 2541425993Alessandro H. Barboza
RA: 1116313034
Danilo F. Leite
RA: 1106272748
Rafael Tomaz A. Fonseca RA: 1113295445Tiago Eugenio Trindade RA:
4200059974Ribeiro Preto/SP
2015ETAPA 1
PASSOS Passo 1
INSTRUMENTOS PARA CONTROLE DE PROCESSOSInstrumentao definida
como a cincia que estuda, desenvolve e aplica instrumentos de medio
e controle de processos. A instrumentao utilizado para mencionar
rea de trabalho dos tcnicos e engenheiros que lidam com processos
industriais (tcnicos de operao, instrumentao, engenheiros de
processamento, de instrumentao e de automao), mas tambm pode
referir-se aos vrios mtodos e tcnicas possveis aplicadas aos
instrumentos. Para controlar um processo industrial (independente
de qual o produto fabricado ou sua rea de atuao) necessria a medio
e o controle de uma srie de variveis fsicas e qumicas, e para isso
se utiliza da instrumentao. O engenheiro que desenvolve, projeta e
especifica os instrumentos que realizam estas medies o engenheiro
de instrumentao. A instrumentao relacionada com os seguintes
equipamentos: caldeira, reator qumico, bomba centrfuga, coluna de
destilao, forno, queimador industrial, refrigerador, aquecedor,
secador, condicionador de ar,compressor, trocador de calor e torre
de resfriamento.Podemos classificar os instrumentos e dispositivos
utilizados em instrumentao de acordo com a funo que o mesmo
desempenha no processo.a) Indicador: Instrumento que dispe de um
ponteiro e de uma escala graduada na qual podemos ler o valor da
varivel. Existem tambm indicadores digitais que indicam a varivel
em forma numrica com dgitos ou barras grficas.b) Registrador:
Instrumento que registra a varivel atravs de um trao contnuo ou
pontos em um grfico.c) Transmissor: Instrumento que determina o
valor de uma varivel no processo atravs de um elemento primrio,
tendo o mesmo sinal de sada (pneumtico ou eletrnico) cujo valor
varia apenas em funo da varivel do processo.d) Transdutor:
Instrumento que recebe informaes na forma de uma ou mais
quantidades fsicas, modifica caso necessrio as informaes e fornece
um sinal de sada resultante. Dependendo da aplicao, o transdutor
pode ser um elemento primrio, um transmissor ou outro
dispositivo.
e) Controlador: Instrumento que compara a varivel controlada com
um valor desejado e fornece um sinal de sada a fim de manter a
varivel controlada em um valor especfico ou entre valores
determinados. A varivel pode ser medida, diretamente pelo
controlador ou indiretamente atravs do sinal de um transmissor ou
transdutor.
f) Elemento Final de Controle: Instrumento que modifica
diretamente o valor da varivel manipulada de uma malha de
controle.
Medies de vazo e noes de metrologiaA metrologia a cincia que
cuida do estabelecimento e reproduo das unidades de medidas sob a
forma de padres e do desenvolvimento de mtodos e meios de
medidas.Um dos principais problemas na metrologia verificar a
preciso dos instrumentos e meios de medidas e test-los para um
funcionamento confivel.A medio um meio de conhecimento da natureza.
Sem dvida, a rentabilidade da produo e a qualidade dos produtos
industriais dependem da certeza da medio obtida no processo
tecnolgico.Medio a comparao entre uma grandeza sujeita a medio e
certo valor adotado como unidade de referncia. O resultado da medio
um nmero concreto, consistindo de uma unidade de medida e de um
nmero que mostra quantas vezes esta unidade contida na grandeza
medida.A unidade de medida deve ser reprodutvel de uma forma real
de modo a ter um alto nvel de preciso e perfeio como um padro
absoluto.Medio direta: aquela cujo resultado obtido diretamente dos
dados experimentais. O valor da grandeza procurado obtido
comparando diretamente com padres ou atravs de instrumentos de
medida graduados segundo as unidades respectivas. Como exemplo,
podemos citar a medida do comprimento com uma rgua, temperatura
atravs de um termmetro, presso atravs de um manmetro.Medio
indireta: aquela cujo resultado obtido atravs de medies diretas de
outras grandezas, ligadas por uma dependncia conhecida com a
grandeza procurada. So utilizadas quando difcil medir diretamente a
grandeza procurada, ou quando a medio indireta produz resultados
mais precisos.Principio de medio o conjunto de fenmenos fsicos
sobre os quais baseada a medio.Mtodo de medio o conjunto de
procedimentos relacionados com a aplicao dos princpios e os mtodos
tcnicos de medio.
DINMICA DOS PROCESSOS E OS MODELOS REPRESENTATIVOS
Para a evoluo do processo de modernizao centrado na automao,
apresentam-se ao pas vrios desafios relevantes, no apenas
tecnolgicos e organizacionais mas tambm sociais. O processo de
automao crescente no qual a indstria nacional est envolvida
diferencia-se segundo os setores e tamanho das empresas. Em alguns
setores e empresas opta-se pela compra de equipamentos e sistemas
inteiramente automatizados, "key-onhands", freqentemente adquiridos
no exterior. Estes se configuram muitas vezes como solues
tecnolgicas ultrapassadas, no completamente apropriadas, e de
manuteno e evoluo dependentes do fornecedor da tecnologia. Em
outros setores e empresas, o nvel de automao encontra-se reduzido
utilizao localizada de informatizao, instrumentao, mquinas
automatizadas, robs, sistemas CAD/CAM etc. Por fim, h empresas que
apresentam diferentes nveis de integrao de alguns destes elementos
ou de organizao do sistema de informao. Este contexto apresenta
desafios distintos para o planejamento e implementao de solues para
os problemas de automao, cabendo ressaltar que uma abordagem
incremental sem uma viso global destes no leva de forma natural e
obrigatria a solues otimizadas. Por outro lado, algumas indstrias
produtoras de equipamentos e fornecedoras de servios e consultorias
na rea, encontram-se, apesar de um certo atraso devido a polticas
industriais inadequadas, numa situao de amplo crescimento e, em
certos casos, a um nvel tecnolgico que lhes permite competir
internacionalmente. Um sistema de automao o resultado de uma
organizao complexa onde intervm pessoas, equipamentos, materiais, e
atividades. Cada elemento tem seus prprios conhecimentos tcnicos,
recursos e informaes e a integrao destes, em todos os nveis,
tcnicos e sociais, a chave do sucesso. Na integrao da informao
encontram-se vrios desafios tecnolgicos devidos complexidade e
especificidade desta questo caracterizada por: grande nmero de
elementos com nveis diversos de autonomia, distribuio, inteligncia
e acoplamento; grande diversidade de tcnicas e vises do problema;
exigncias de comportamento preciso e robusto com tempos de resposta
crticos; e restries cada vez mais severas do ponto de vista humano,
ambiental e de segurana. Alm do mais, automao no se resume apenas
soluo de problemas tecnolgicos e de integrao mas envolve desafios
ainda maiores em termos organizacionais, sociais e educacionais.
Seja qual for o nvel em que o processo de automao de uma empresa se
encontre, os diversos aspectos que nele intervm (aos tecnolgicos
somam-se os organizacionais e sociais, aumentando a complexidade)
condicionam a sua abordagem com viso multidisciplinar. Equipes de
projeto devem ser capazes de trabalhar alm das fronteiras
especficas das disciplinas envolvidas e identificar a combinao
adequada de tecnologias que fornecer a soluo otimizada ao problema.
Neste contexto, as dificuldades de integrao e cooperao entre os
diversos elementos presentes no sistema a automatizar permitem
evidenciar que a soluo dos problemas tecnolgicos da automao no pode
resultar da simples justaposio de tcnicas e metodologias, mas
justificam o enfoque do problema como um todo. O processo de
automao requer uma abordagem integrada na seleo de meios para
resolver seus problemas de planejamento, implantao e otimizao. Um
sistema industrial, independentemente do setor ao qual pertena,
pode ser visto como um sistema dinmico de grande porte,
caracterizado pela existncia de problemas que envolvem a tomada de
deciso e aes de controle em diferentes nveis hierrquicos.
Consideramos como ponto de partida a capacidade de construir
modelos que permitam a representao desses problemas para seu
posterior tratamento. Os modelos devem: contemplar as diversas
vises abstratas do sistema nos seus vrios nveis hierrquicos; ser
consistentes na sua diversidade; ser adequados aos problemas
especficos e ao tipo de variveis envolvidas. Em suma, o
desenvolvimento de uma viso sistmica aprofundada fundamental para a
criao e utilizao de metodologias e ferramentas que permitam a
anlise de comportamento e desempenho do sistema automatizado e o
projeto de solues otimizadas e seguras para este.
O controle PIDProporcional-Integral-Derivativo (PID) o algoritmo
de controle mais usado na indstria e tem sido utilizado em todo o
mundo para sistemas de controle industrial. A popularidade de
controladores PID pode ser atribuda em parte ao seu desempenho
robusto em uma ampla gama de condies de funcionamento e em parte
sua simplicidade funcional, que permite aos engenheiros oper-los de
uma forma simples e direta.
Sintonia de controle PIDOs controladores PID, so encontrados em
diversos tipos de aplicaes, principalmente nas indstrias. Eles
constituem a estratgia de controle mais utilizada na indstria ao
longo de muitos anos, sendo na maioria dessas, suficientes apenas
para garantir um bom desempenho do processo controlado. Contudo,
este bom desempenho s ocorre quando o controlador ajustado de forma
adequada, sendo esta a maior dificuldade de sua utilizao. Os mtodos
de sintonia de controladores PID, utilizam uma funo de transferncia
como modelo da planta, sendo a mais utilizada.A tarefa de sintonia
de controladores PID, na maioria dos casos realizada de forma
emprica pelos operadores e tcnicos responsveis pelo processo sob
controle. A tarefa basicamente consiste em variar os ganhos do
controlador e avaliar o impacto destas variaes junto a varivel de
sada do processo. Ainda assim, por vezes, encontrar o conjunto de
ganhos satisfatrios para o incio da operao de um dado processo pode
resultar em uma tarefa nada sistemtica.
Passo 2
CLPsOs CLPs ou Controladores Lgico Programveis ou Controlador
programvel, conhecido pela sigla de expresso inglesa PLC
(Programmable logic controller), um computador especializado,
baseado num microprocessador que desempenha funes de controle
atravs de softwares desenvolvidos pelo usurio (cada CLP tem seu
prprio software)PB - controlePE de diversos tipos e nveis de
complexidade. Geralmente as famlias de Controladores Lgicos
Programveis so definidas pela capacidade de processamento de um
determinado numero de pontos de Entradas e/ou Sadas (E/S).
Controlador Lgico Programvel Segundo a ABNT (Associao Brasileira de
Normas Tcnicas) um equipamento eletrnico digital com hardware e
software compatveis com aplicaes industriais. Segundo a NEMA
(National Electrical Manufacturers Association), um aparelho
eletrnico digital que utiliza uma memria programvel para armazenar
internamente instrues e para implementar funes especficas, tais
como lgica, seqenciamento, temporizao, contagem e aritmtica,
controlando, por meio de mdulos de entradas e sadas, vrios tipos de
mquinas ou processos. Um CLP o controlador indicado para lidar com
sistemas caracterizados por eventos discretos (SEDs), ou seja, com
processos em que as variveis assumem valores zero ou um (ou
variveis ditas digitais, ou seja, que s assumem valores dentro de
um conjunto finito). Podem ainda lidar com variveis analgicas
definidas por intervalos de valores de corrente ou tenso eltrica.
As entradas e/ou sadas digitais so os elementos discretos, as
entradas e/ou sadas analgicas so os elementos variveis entre
valores conhecidos de tenso ou corrente. Os CLP's esto muito
difundidos nas reas de controle de processos ou de automao
industrial. No primeiro caso a aplicao se d nas industrias do tipo
contnuo, produtoras de lquidos, materiais gasosos e outros
produtos, no outro caso a aplicao se d nas reas relacionadas com a
produo em linhas de montagem, por exemplo na indstria do automvel.
Num sistema tpico, toda a informao dos sensores concentrada no
controlador (CLP) que de acordo com o programa em memria define o
estado dos pontos de sada conectados a atuadores. Os CLPs tem
capacidade de comunicao de dados via canais seriais. Com isto podem
ser supervisionados por computadores formando sistemas de controle
integrados. Softwares de superviso controlam redes de Controladores
Lgicos Programveis. Os canais de comunicao nos CLPs permitem
conectar interface de operao (IHM), computadores, outros CLPs e at
mesmo com unidades de entradas e sadas remotas. Cada fabricante
estabelece um protocolo para fazer com seus equipamentos troquem
informaes entre si. Os protocolos mais comuns so Modbus (Modicon -
Schneider Eletric), EtherCAT (Beckhoff), Profibus (Siemens),
Unitelway (Telemecanique Schneider Eletric) e DeviceNet (Allen
Bradley), entre muitos outros. Redes de campo abertas como
MODBUS-RTU so de uso muito comum com CLPs permitindo aplicaes
complexas na indstria automobilstica, siderurgica, de papel e
celulose, e outras.
Linguagem Ladder
A Linguagem Ladder, diagrama ladder ou diagrama de escada foi a
primeira linguagem destinada especificamente programao de PLCs,
sendo um auxlio grfico para programaes Controladores Lgicos
Programveis (CLPs) no qual as funes lgicas so representadas atravs
de contatos e bobinas, de modo anlogo a um esquema eltrico com os
contatos dos transdutores e atuadores. A linguagem ladder est entre
as cinco linguagens de programao de CLPs definidas pela IEC 1131-3
: FBD (Function block diagram), LD (Ladder diagram), ST (Structured
text), IL (Instruction list) e SFC (Sequential function chart). O
nome (ladder, escada em ingls) provem do fato que a disposio dos
contatos e bobinas realizada, de maneira geral, na horizontal, que
lembra o formato de uma escada. Os componentes da linguagem,
existem 3 tipos de elementos na linguagem ladder : As entradas (ou
contatos), que podem ler o valor de uma varivel booleana; As sadas
(ou bobinas) que podem escrever o valor de uma varivel booleana; Os
blocos funcionais que permitem realizar funes avanadas.SENSORESUm
sensor um dispositivo que responde a um estmulo fsico/qumico de
maneira especfica e mensurvel analgicamente. O desenho inteligente
do sensor, com bordas arredondadas e uma ampla zona activa de
imagem maximiza tanto o conforto do paciente como a qualidade de
impacto. Alguns sensores respondem com sinal eltrico a um estmulo
positivo, isto , convertem a energia recebida em um sinal eltrico.
Nesse caso, podem ser chamados de transdutores. O transdutor
converte um tipo de energia em outro. geralmente composto por um
elemento sensor, normalmente pizoeletrico, e uma parte que converte
a energia proveniente dele em sinal eltrico. O conjunto formado por
um transdutor tensmetro, um condicionador de sinal (amplificador) e
um indicador chamado de sistema de medio em malha fechada. Quando o
sinal disponibilizado no por um indicador, mas na forma de corrente
ou tenso j condicionado - (4 a 20) mA ou (0 a 5) V, geralmente - o
dispositivo chamado de transmissor. Entre outras aplicaes, os
sensores so largamente usados na medicina, indstria e robtica. Como
o sinal uma forma de energia, os sensores podem ser classificados
de acordo com o tipo de energia que detectam.
Conversor D/A
o mais simples dos conversores D/A. Construdo a partir de um
circuito bsico de resistores em paralelo controlado por corrente,
onde a corrente somada num ponto em comum, passando por um resistor
de carga, criando assim uma sada analgica. Os valores dos
resistores so distribudos ponderadamente, de forma a Obter pesos de
acordo com a numerao binria.
Conversor A/D
Esses conversores so largamente empregados em placas de aquisio
de dados e controle que relaciona computadores com dispositivos de
medida. possvel usar um conversor desse tipo num sistema de aquisio
de dados para converter as indicaes de em um sensor de temperatura
para a forma digital de modo que o computador possa processar e
tomar decises no sentido de ativar circuitos externos, ou
simplesmente armazenar as temperaturas em horrios programados na
memria.
Software MATLAB
MATLAB (MATrix LABoratory) um software interativo de alta
performance voltado para o clculo numrico. O MATLAB integra anlise
numrica, clculo com matrizes, processamento de sinais e construo de
grficos em ambiente fcil de usar onde problemas e solues so
expressos somente como eles so escritos matematicamente, ao
contrrio da programao tradicional. O MATLAB um sistema interativo
cujo elemento bsico de informao uma matriz que no requer
dimensionamento. Esse sistema permite a resoluo de muitos problemas
numricos em apenas uma frao do tempo que se gastaria para escrever
um programa semelhante em linguagem Fortran, Basic ou C. Alm disso,
as solues dos problemas so expressas quase exatamente como elas so
escritas matematicamente.
Software Simulink
Simulink, desenvolvido pela companhia The MathWorks, uma
ferramenta para modelagem, simulao e anlise de sistemas dinmicos.
Sua interface primria umaferramenta de diagramao grfica por
blocosebibliotecas customizveis de blocos. O software oferece alta
integrao com o resto do ambienteMATLAB. Simulink amplamente usado
emteoria de controle eprocessamento digital de sinaispara projeto e
simulao multi-domnios
Multisim da National
O softwareNI Multisim uma ferramenta interativa para projeto e
simulao de circuitos eletrnicos, simulao interativa, projeto de
placas e testes integrados.
Com a combinao do softwareNI Multisime o ambiente grfico para
desenvolvimento NI LabVIEW, tcnicos e projetistas podem desenvolver
placas de circuito impresso (PCBs) personalizadas, alm de comparar
facilmente dados simulados em modelos SPICE com dados medidos em
componentes reais, resultando em poucas correes de projeto, reduo
de erros na criao de prottipos e um menor tempo de lanamento do
produto no mercado.
Professores e instrutores tm em mos uma ferramenta muito til e
amigvel para ensino de eletrnica, pois o softwareNI Multisimabstrai
a complexidade de simulao de circuitos eletrnicos de tal maneira
que os estudantes no precisam possuir grande experincia em SPICE
para rapidamente adquirir, simular e analisar novos projetos. Ainda
assim, a mesma ferramenta oferece recursos sofisticados de projeto
e anlise para usurios mais experientes
Software LADDERA linguagem Ladder foi a primeira que surgiu na
programao dos Controladores Lgica Programveis (CLPs), pois sua
funcionalidade procurava imitar os antigos diagramas eltricos,
utilizados pelos Tcnicos e Engenheiros da poca. O objetivo era o de
evitar uma quebra de paradigmas muito grande, permitindo assim a
melhor aceitao do produto no mercado. O diagrama de contatos
(Ladder) consiste em um desenho formado por duas linhas verticais,
que representam os polos positivo e negativo de uma bateria, ou
fonte de alimentao genrica. Entre as duas linhas verticais so
desenhadas ramais horizontais que possuem chaves. Estas podem ser
normalmente abertas, ou fechadas e representam os estados das
entradas do CLP. Dessa forma fica muito fcil passar um diagrama
eltrico para linguagem Ladder. Basta transformar as colunas em
linhas.Interfaces de E/S.Interfaces de Entra e Sada: As
caractersticas que regem a comunicao de cada um dos dispositivos de
E/S (entrada e sada) com o ncleo do computador so muito diferentes
entre si. Cada dispositivo de E/S se comunica com o ncleo de forma
diversa do outro. Entre outras diferenas, os dispositivos de
entrada e sada so muito mais lentos que o computador, caracterstica
essa que impe restries comunicao, de vez que o computador
precisaria esperar muito tempo pela resposta do dispositivo. Outra
diferena fundamental diz respeito s caractersticas das ligaes dos
sinais dos dispositivos.Os primeiros computadores, especialmente os
de pequeno porte, eram muito lentos e os problemas de diferena de
velocidade eram resolvidos sem dificuldade e no representavam
problema importante. Dessa forma, a ligao dos dispositivos de E/S
era feita atravs de circuitos simples (asinterfaces) que apenas
resolviam os aspectos de compatibilizao de sinais eltricos entre os
dispositivos de E/S e a UCP. Os aspectos relativos a diferenas de
velocidade eram resolvidas por programa.
Passo 3
Para realizao dos passos um e dois da primeira etapa do
desenvolvimento do projeto proposto pelo programa de Atividades
Prticas Supervisionadas (ATPS) baseado em um esquema de
reservatrios A e B, foram realizadas pesquisas sobre os possveis
componentes, matrias e mtodos, com o objetivo de se adquirir o
conhecimento necessrio para a realizao do projeto proposto.O
resultado das pesquisas e o aprendizado em sala de aula serviu como
base para a reunio do grupo, onde foi discutida de maneira
democrtica um planejamento para as prximas etapas propostas no
ATPS. O grupo compreendeu como a atividade proposta ter importncia
para entendimento das informaes recebidas em aula.O contedo da
disciplina em questo, Controle e Automao de Processos,
evidentemente muito complexo e abrangente, ficando claro que apenas
com experincia prtica possvel visualizar todas as possibilidades
melhorias e implantaes de automaes em processos. Como o ATPS
apresenta uma situao especfica a ser trabalhada, julgo como possvel
a montagem de um sistema de automao que permita o atendimento dos
objetivos propostos.
Referncias Bibliogrficas.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Instrumenta%C3%A7%C3%A3ohttp://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema103/NocoesMetrologia.pdfhttp://www.biblioteca.pucpr.br/tede/tde_arquivos/9/TDE-2009-0427T111350Z-1121/Publico/PauloHaubmann.pdfhttp://www.martinezezuim.com.br/arquivos%20pdf/pid%20basico.pdfhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_program%C3%A
1velhttp://en.wikipedia.org/wiki/Ladderhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Simulinkhttp://www.mathworks.com/products/matlab/
PAGE
