EFEITOS DAS AÇÕES PROPORCIONAL, INTEGRAL E DERIVATIVO NO CONTROLE DE NÍVEL

BEATRIZ RODRIGUES MORAIS

FABIELLY PAULA ALMEIDA

JHONNES CLEITON DE CARVALHO

LHOREN BISPO SILVA

EFEITOS DAS AÇÕES PROPORCIONAL, INTEGRAL E DERIVATIVO NO CONTROLE DE NÍVEL

Professora: Anamaria de Oliveira Cardoso

Disciplina: ENG202 - Instrumentação e Controle de Processos

Turma: Q

DIAMANTINA - MG

2022

1 INTRODUÇÃO

Atualmente, no ramo industrial a eficiência é medida em diferentes processos e de várias maneiras e, é nesse cenário que a automação industrial e o controle dos processos têm ganhado muita importância, como uma forma de reduzir o número de erros durante a produção e também garantir que a demanda será suprida, uma vez que um sistema de controle automatizado bem dimensionado e alinhado com os objetivos específicos de cada ramo, permite um salto na eficiência dos processos quando comparado ao controle manual. (MATHEUS, 2019)

O modo de controle mais conhecido e aplicado na indústria é ocontrolador PID. Baseado em três constantes ou parâmetros, proporcional, integral e derivativo, que podem ser utilizados individualmente ou em conjunto.

A ação Proporcional, corresponde a resposta do sistema em função do erro apresentado, possibilitando uma ação imediata diante de variações ou perturbações. Isso significa que o controlador irá responder em função da distância entre a variável do processo e o set point, quanto maior o ganho proporcional do sistema, mais bruscamente o sistema responde (MATIAS, 2022).

Ação Integral, corresponde ao valor integral do erro, ou seja, responde de forma mais rápida e precisa do que o controle proporcional, que atua somente no valor do erro.  Elimina erros em regime permanente – em longo prazo – do tipo salto ou degrau, isso permite que o sistema responda mais rápido a uma variação do set point, e por isso, os sistemas que unificam proporcional e integrativo, são capazes de resolver a maioria dos problemas industriais. Quando aplicada de forma isolada, piora a estabilidade do sistema (ALTI, 2020).

Ação Derivativa, analisa a variação do erro integrativo, e então, controla a ação para que se diminua o tempo de estabilização da resposta de controle.  Esta ação preditiva aumenta a estabilidade relativa do sistema e torna a resposta mais rápida e menos oscilatória conforme for o tempo derivativo.

2 METODOLOGIA

        A Figura 1 apresenta o módulo didático utilizado para a prática.

Figura 1: Módulo DL 2314

[pic 1]

Fonte: Autores 2022.

Primeiramente, foi inspecionado se o tanque estava vazio e se as válvulas manual, de distribuição e de ar estavam abertas com as demais válvulas fechadas. Verificou-se também se o sensor de nível estava com suas entradas 1 e 2 conectadas nas entradas correspondentes. Assim como a bomba, que estava com suas entradas 19 e 20 conectadas às entradas correspondentes e a entrada 18 ao setpoint 1, que inicialmente estava em zero. Após a inspeção as etapas tiveram início.

2.1 Primeira etapa

Nessa etapa foi determinada a relação entre o nível do tanque e o sinal de saída do sensor. Foi conectado a entrada vermelha do multímetro à saída 13 do sensor de nível, enquanto a entrada preta foi conectada ao aterramento verde. Em seguida foi iniciado o painel no botão de energia e acionado o setpoint 1 para que a bomba fosse acionada, caso se fizesse necessário. O nível do tanque foi colocado na marca de 6 cm. Depois foi feito o ajuste ao offset do sensor para ajustar a saída do mesmo em 1 V. Foi utilizado a chave apropriada para tal etapa. Logo após, foi acionado o ponto de ajuste 1, para que o nível alcançasse 14 cm, utilizando a chave. Foi ajustado o ganho do sensor para que o mesmo indicasse a saída de 9 V. Com o auxílio da válvula de drenagem, foi feito com que o nível retornasse ao ponto igual a 6 cm. Foi repetido os dois primeiros passos duas vezes para que fosse garantido a calibração do sensor. Com o nível em 15 cm e com o auxílio da válvula de drenagem, foi diminuído o nível e anotado o valor da tensão para cada ponto apresentado na Tabela 1. Por fim, foi construído no Excel a curva que relaciona o sinal de saída do sensor com o nível correspondente e determinada equação que representa esta relação.

2.2 Segunda etapa

Nessa etapa foi determinada a influência da ação proporcional no comportamento do sistema.

Primeiramente, foi conectado os pontos 25 e 26 da válvula solenóide nas entradas correspondentes, e o ponto 18 na entrada da chave on/off da válvula. A mesma foi mantida desligada. Com o auxílio da bomba, foi levado ao nível até 7 cm, foi removido o cabo do setpoint 1, e colocado o ponto no zero. Em seguida foi conectada a saída 13 do sensor de nível à entrada 13 do controlador. A entrada 14 do controlador foi conectada ao ponto de ajuste 2. Assim foi inserido o terminal vermelho do voltímetro no ponto de ajuste 2, e o preto no aterramento verde. Foi ligado o interruptor principal, e regulado o setpoint no botão setpoint 2 em 4 V. O terminal do voltímetro foi movido para a entrada X5 do controlador e o valor da tensão foi a diferença da tensão aplicada na entrada 14 e na entrada 13 do controlador. Foi feita a regulagem do botão proporcional em 12,5%. Em seguida foi conectada a entrada 15 do controlador na entrada correspondente.E o terminal do voltímetro foi conectado na entrada 13 do controlador e anotado o valor da tensão indicado no instante 0s. O valor da tensão foi de aproximadamente igual variando de 0,02 para cima. A voltagem obtida para o nível da tensão foi de aproximadamente igual (variando 0,02 para cima ou para baixo) à voltagem obtida para o nível igual a 7 cm, na primeira etapa. Foi conectado à saída 18 do controlador na entrada 18 da unidade linear, ligado a válvula solenóide e acionado o cronômetro no mesmo tempo. Com um intervalo de tempo de 20 s, foram feitas as medidas da resposta do sensor de nível até que foi atingido o regime estacionário, que é no mínimo de 2 minutos no mesmo valor, podendo variar 0,01V para cima ou para baixo. Quando isso aconteceu, foi removido temporariamente o cabo 18 da unidade linear da saída do controlador e a válvula solenóide. Com o auxílio da válvula da bomba, foi levado o nível até 7 cm. Por fim foi repetido o procedimento a partir do passo da conexão a saída 18 do controlador, sendo alterado o valor do ganho proporcional para Kc = 25% e Kc = 50%. Os resultados medidos para cada ganho foram anotados na Tabela.