O CONTROLE DE TEMPERATURA DE ESTUFA TERMICA UTILIZANDO CONTROLADOR PID DIGITAL E MONITORAMENTO IOT

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL[pic 1]

MEC – SETEC

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO

DIRETORIA DE ENSINO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA E AUTOMAÇÃO

ENGENHARIADE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

ANDRÉ MARTINS POMMOT MAIA

CONTROLE DE TEMPERATURA DE ESTUFA TERMICA UTILIZANDO CONTROLADOR PID DIGITAL E MONITORAMENTO IOT

        Cuiabá - MT

Outubro de 2022

INSTITUTO FEDERAL DE MATO GROSSO - IFMT

ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

ANDRÉ MARTINS POMMOT MAIA

CONTROLE DE TEMPERATURA DE ESTUFA TERMICA UTILIZANDO CONTROLADOR PID DIGITAL E MONITORAMENTO IOT

        Cuiabá - MT

Outubro de 2022

[pic 2]

ANDRÉ MARTINS POMMOT MAIA

CONTROLE DE TEMPERATURA DE ESTUFA TERMICA UTILIZANDO CONTROLADOR PID DIGITAL COM MONITORAMENTO IOT

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Elétrica e Automação do Curso de Engenharia de Controle e Automação, do Instituto Federal de Mato Grosso, como exigência para a obtenção do título de Engenheiro.

Orientador(a): Prof. (MSc, Dr.) Claudete Galvão de Alencar Pedroso

        Cuiabá - MT

Outubro de 2022

DEDICATÓRIA

Dedico aos meus filhos, amigos, professores e em especial a minha mãe que sempre me ajudou, me incentivou e me orientou em toda esta trajetória muito importante na minha vida.

AGRADECIMENTOS

Ao orientador e co-orientador.

Aos professores da banca e aos coordenadores.

Aos meus familiares pela infinita paciência e bondade, durante todas as etapas da minha vida.

RESUMO

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de efetuar o controle de temperatura em uma estufa térmica, pelo fluxo de ar de uma ventoinha (RPM), utilizando controlador PID digital e interface visual web com sintonia manual.  A função de transferência da planta (estufa - aquecimento da lâmpada) foi obtida em sistema de malha aberta e tem comportamento de função de 1ª ordem onde não possui sobre elevação e tempo de atraso. A função de transferência do atuador (ventoinha), foi obtida experimentalmente , aplicando-se um degrau de 12Vcc na entrada do sistema em malha fechada e observando-se o comportamento do gráfico plotado, tendo o comportamento de uma função de 2º ordem . A partir de simulações em MATLAB foi possível comprovar o funcionamento do sistema projetado. Por fim foi realizada a montagem prática do prototipo utilizando micro-controlador ESP32 para a implementação do PID discreto juntamente com sensores de temperatura  e velocidade da fan para realizar a computação do sistema através dos ajustes de setpoint e sintonia dos controles proporcional ‘KP’, integrativo ‘KI’, derivativo ‘KD’. O software de interface visual foi desenvolvida em linguagem C# “Windows Forms” com comunicação de dados em tempo real através de rede wireless (protocolo MQTT), integrado a um banco de dados SQL e a interface web desenvolvido em C# ASPNET Core MVC, seguindo as melhores praticas para o monitoramento e controle de IOT´s remotamente. Os resultados obtidos foram satisfatórios, o sistema se comportou de forma esperada, apresentando uma resposta condizente com o projeto tanto em regime permanente quanto transitório e serviu para realizar demais experimentos afim de aprofundar os conhecimentos na área de controle digital.

Palavras-chave: controlador PID, controle de temperatura estufa, IOT MQTT

ABSTRACT

This work was developed with the objective of effecting the temperature control in a thermal oven, by the air flow of a fan (RPM), using a digital PID controller and a visual web interface with manual tuning. The plant transfer function (greenhouse - lamp heating) was obtained in an open loop system and has a 1st order function behavior where there is no over-elevation and no delay time. The actuator (fan) transfer function was obtained experimentally by applying a 12Vdc step to the input of the closed loop system and observing the behavior of the plotted graph, having the behavior of a 2nd order function. From simulations in MATLAB it was possible to prove the functioning of the designed system. Finally, the practical assembly of the prototype was carried out using ESP32 micro-controller for the implementation of the discrete PID together with temperature and fan speed sensors to perform the system computation through the setpoint adjustments and tuning of the proportional 'KP' controls, integrative 'KI', derivative 'KD'. The visual interface software was developed in C# "Windows Forms" language with real-time data communication through wireless network (MQTT protocol), integrated with an SQL database and the web interface developed in C# ASPNET Core MVC, following the best practices for monitoring and controlling IOT's remotely. The results obtained were satisfactory, the system behaved as expected, presenting a response consistent with the project both in permanent and transient regime and served to carry out other experiments in order to deepen the knowledge in the area of digital control.

Keywords: PID controller, oven temperature control, IOT MQTT

        

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Automação Industrial................................................................................. 20

Figura 2: Automação Residencial............................................................................. 23

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Custos dos materiais do projeto................................................................29

LISTA DE FLUXOGRAMAS

Fluxograma 1: Funcionamento lógico.......................................................................35