Sistema de Controle de Processo

PRIMEIRA SÉRIE DE EXERCÍCIOS DE SISTEMAS DE CONTROLE

PROF. CLAUDIO C. J. SANTOS

1) No passado como eram controladas as plantas industriais? Quais eram os inconvenientes desses métodos? – Resolução: Até a década de 1940 a maioria das plantas industriais eram controladas de forma manual, o principal inconveniente era a necessidade de muitas pessoas trabalhando no controle de processos industriais.

2) Quais são os principais motivos que incentivaram a construção dos dispositivos de controle automático? – Resolução: O principal motivo foi o aumento dos custos de mão de obra.

3) Em que década foi desenvolvido a teoria de controle de processo. – Resolução: Foi na década de 1960 que foram desenvolvidas as primeiras teorias de controle.

4) Em que década surgiu no mercado os controladores lógicos programáveis, quais foram os principais motivos que justificaram seu desenvolvimento? – Resolução: Foi na década de 1970 onde foram desenvolvidos os primeiros controladores lógicos, o motivo de sua criação foi a popularização do PC, teoria refinada de controle de processo e a criação do CLP.

5) Em que década foi desenvolvido os conceitos de inteligência artificial e redes neurais? – Resolução: Foi a partir das década de 1940, porém seus conceitos foram revividos em 1980.

6) Como foi a evolução dos instrumentos de controle até os dias de hoje? – Resolução: Com o surgimento de instrumentos pneumáticos na década de 1940 de transmissão e controle foi possível a monitoração e controle de forma automatizada. O operador já não precisava mais abrir ou fechar todas as válvulas manualmente. Isto reduziu o tempo que os operadores necessitavam para monitorar o processo.

Inicialmente os controladores eram instalados próximos ao transmissor e à válvula de controle que pertenciam a sua malha de controle. Com o passar dos anos estes controladores de campo começaram a ser reunidos em uma sala, que centralizava os elementos de controle. Nascia a sala de controle de processo. Os sinais dos elementos de medição que se localizavam instalados no processo, eram enviados à sala de controle por um transmissor, o controlador processava este sinal e enviava de volta para o campo um sinal para o posicionador, que movimentaria a válvula de controle. Todos os instrumentos utilizados nestas malhas de controle eram pneumáticos. O sinal de entrada e saída para estes instrumentos variava entre 3 a 15 psi (com incrementos de 3 psi entre cada faixa de valor, totalizando 5 faixas) e utilizavam um alimentação de ar de 20 psi. O inconveniente deste tipo de instalação são os vazamentos que ocorrem devido a trincas ou corrosão nas tubulações de cobre ou aço carbono, ou trincas por ressecamento para tubulações de vinil. Estes vazamentos poderiam acarretar uma falha na malha de controle, ou até mesmo a parada da produção. Com o avanço da eletrônica nos anos de 1950 e 1960, foi possível a construção de instrumentos eletrônicos para a substituição dos pneumáticos. A partir de 1970 iniciou-se a fabricação destes instrumentos. Inicialmente o sinal de entrada e saída destes equipamentos não eram padronizada. Cada fabricante desenvolvia o seu padrão. Em busca da padronização posteriormente se padronizou este sinal em um sinal de corrente que variava de 4 a 20 mA (com incrementos de 4 mA entre cada faixa de valor, totalizando cinco faixas, criando uma equivalência com a escala de psi) e alimentação elétrica de 24 VDC para transmissores e posicionadores, com casos especiais utilizando-se 110 VAC. Aos poucos as plantas industriais migraram para o controle se utilizando de equipamentos eletrônicos, o que reduziu os custos de manutenção devido a robustez destes equipamentos e por estes não possuírem partes mecânicas, como nos instrumentos pneumáticos. Também foi possível aumentar a precisão das medições o que melhorou o controle das malhas.

A próxima evolução da Instrumentação, ocorreu com o surgimento da computação. Com a elevação da complexidade dos processos industriais, a necessidade de mais processamentos e de mais malhas de controle, tornava-se inviável ter centenas de malhas de controle utilizando-se de instrumentos discretos, pois cada instrumento está sujeito a falhas e necessita de manutenção.

O Sistema de Controle Distribuído (na sigla em inglês DCS), possibilitou reunir em estações de controle várias malhas de controle. O sistema permite o controle de várias salas de controle através de uma estação, que podem estar a quilômetros de distância uma da outra. Agora o operador opera uma enorme gama de malhas através de uma tela de computador. Atualmente existem muitos instrumentos trabalhando através de redes industriais, dentre as várias redes destacam-se: AS-Interface, Profibus, Fieldbus Foundation, Modbus. Também vale lembrar que em algumas plantas industriais, usam-se instrumentos de medição e controle que se comunicam através de redes sem fio.

7) Que são processos industriais? – Resolução: são procedimentos envolvendo passos químicos ou mecânicos que fazem parte da manufatura de um ou vários itens, usualmente em grande escala.

8) Que são industrias de processos contínuos? - Resolução: Contínuos: Indústrias de processos, de manipulação. Exemplo: Indústria química, farmacêutica, petroquímica, etc.

9) Que são industrias de processos discretos? – Resolução: Indústrias manufatureiras, de fabricação por lote. Exemplo: Indústria automobilística, de equipamentos eletroeletrônicos.

10) Que são variáveis discretas e variáveis contínuas? Citar quatro exemplos de cada. – Resolução: as variáveis a serem controladas são, em sua maioria, analógicas, ou de tempo contínuo; o produto final é obtido ao fim da linha de produção continuamente ao mesmo tempo em que a matéria prima é consumida na entrada da linha, as variáveis a serem controladas são, normalmente discretas; o produto final é obtido em lotes, peças, e fabricado por partes discretas.

11) Defina o termo dinâmica. – Resolução: A Termodinâmica é a parte da Termologia (Física) que estuda os fenômenos relacionados com trabalho, energia, calor e entropia, e as leis que governam os processos de conversão de energia.

12) Que são variáveis manipuladas? – Resolução: Variável Controlada de um processo é aquela que mais diretamente indica a forma ou o estado desejado do produto.

13) Que são variáveis de entrada? Resolução: Variável de entrada é um comando em um programa.

14) Que são variáveis de saída? – Resolução – Variável de saída é um comando em um programa.

15) Que são plantas de processo? – Resolução: