1 INTRODUÇÃO Essas definições descritas são suficientemente gerais para que num outro sentido mais abstrato, qualquer objeto físico possa ser considerado um sistema de controle. Uma simples superfície refletora possibilita controlar o raio de luz, refletindo-os de acordo com os ângulos de incidência. Qualquer coisa controla o ambiente a sua volta, passiva ou ativamente.

Em um sistema de controla adquirir-se designadamente um sistema para controlar ativamente variáveis como temperatura, pressão e vazão em processos químicos, tensão e frequências em sistema de geração e distribuição de energia, posição e velocidade angulares de motores, trajetórias de veículos,etc.

1.0 - Sistema de Controle

Um Sistema de Controle é um conjunto de dispositivos que mantémuma ou mais grandezas

físicas dentro de condições definidas na sua entrada.

Os dispositivos que o compõe podem ser elétricos, mecânicos, ópticos e até seres humanos.

As grandezas físicas controladas são várias, mas as maiscomuns são temperatura, pressão,

vazão, nível de líquidos ou sólidos, velocidade, frequência, posição linear ou angular, tensão,

corrente e luminosidade.

A entrada do sistema pode ser o ajuste feito nos botões no painel do controlador, nos SC

1

Analógicos, ou através de um programa, nos SC Digitais com microprocessador.

Quanto à estrutura, um sistema de controle pode ser de Malha Aberta, no qual a entrada

define o comportamento do controlador, cérebro do sistema, e este responde agindo no

ambiente, sem verificar depois se o nível da grandeza física corresponde de fato à entrada;

não há sensor para observar algum eventual desvio, nem realimentação, para corrigi-lo.

2.0 - Realimentação e Sistemas Realimentados

O conceito de “realimentação” é de fundamental importância para o entendimento do

funcionamento em malha fechada. Os sistemas que assim funcionam denominam-se “sistemas

realimentados”.

é o nome dado ao procedimento através do qual parte do sinal de saída de um sistema (ou circuito) é transferida para a entrada deste mesmo sistema, com o objetivo de diminuir, amplificar ou controlar a saída do sistema. Quando a retroalimentação diminui o nível da saída, fala-se deretroalimentação negativa, e quando a retroalimentaçãoamplifica o nível da saída fala-se de retroalimentação positiva.A retroalimentação pode também ter um efeito variável (às vezes positivo, às vezes negativo) de acordo com as condições, tempo de transmissão e inércia do sistema, o que pode provocar efeitosvariados (ciclos, comportamento caóticoou outros).

2

A principal característica dos sistemas realimentados é que o controlador conhece o resultado

A figura [3] mostra o diagrama em blocos do sistema, onde fica evidente que o sinal da

variável de saída (a temperatura ambiente) é “realimentado” na entrada, onde é comparado

com o valor de ajuste.

Quando a temperatura ambiente é superior ao limite superior de ajuste (25oC), o controlador

3

aciona o compressor. Na situação oposta (inferior a 23oC), o desativa.

Operando da forma descrita, o sistema funciona em “malha fechada” ou “circuito fechado”.

Caso o sistema não utilize sensor de temperatura ambiente, ou o sensor de temperatura ou o

seu circuito, estiverem com defeito, o sistema funcionará em “malha aberta”. Seria o usuário

da sua ação, ou seja, conhece, a todo instante, o estado das variáveis de entrada e o estado da

saída do sistema controlado, isto último, devido a que há uma “realimentação” do valor da

saída para a entrada. Quando a saída não corresponde com o resultado esperado, o controlador

atua sobre algum dos parâmetros de funcionamento do sistemacontrolado, no sentido de

retornar à condição desejada.

De uma outra forma, os sistemas realimentados são aqueles em que o controlador compara o

sinal de ajuste (desejado) com o sinal realimentado, que reflete o estado do dispositivo

controlado, com o objetivo de que a diferença entre ambos seja nulaou pelo menos, a menor

possível.

4

O sistema (simplificado) eletromecânico de direção de um navio do tipo “drive-by-wire”(fig.[1]) serve como exemplo de aplicação do conceito de realimentação.

Nele, a posição do leme é determinada por um motor (atuador) e mecanismo redutor,

comandado por um controlador eletrônico que recebe sinais: 1) do sensor de posição do leme

(sinal realimentado) que reflete o estado do leme, e 2) do sensor de posição do timão (sinal de

controle ou de ajuste) que reflete a posição desejada.

A função do controlador, que compara constantemente esses sinais, éa de comandar o motor

de acionamento do leme até conseguir que a diferença entreeles seja nula ou a menor

possível. Nesse momento, o leme estará na posição desejada.

Qualquer modificação na posição do timão implicará na modificação do sinal de ajuste

(controle) e consequentemente, no ângulo do leme, o qual “segue” constantemente, o primeiro.

Este é um exemplo de sistema de controle realimentado funcionando em “malha fechada”.

Pelo fato de não existir nenhuma ligação mecânica entre o timão e oleme, qualquer falha.

Nos Sinais ou sensores impede o funcionamento. Ou seja, o sistema deve funcionar.

Obrigatoriamente, em malha fechada.

5

A figura [2] mostra outro exemplo de sistema realimentado que pode funcionar tanto em malha fechada como em malha aberta.

Corresponde a um sistema de ar condicionado automático, o qual mantém a temperatura.

Ambiente, no valor ajustado pelo usuário.

Com esse objetivo, o controlador recebe o sinal do sensor de temperatura (sinal de

realimentação) que informa a do ambiente. Por outro lado, recebe o sinal de temperatura

(sinal de ajuste) determinado, no exemplo, pelo usuário, através dopainel frontal. A variável

controlada é a temperatura ambiente, a qual é mantida dentro da faixa de ajuste (por exemplo,

24oC mais ou menos 1oC) ativando/desativando o compressor.

quem deveria fazer o “sensoriamento” da temperatura ambiente e ativar ou desativar o

compressor manualmente. Neste caso, é o usuário quem “fecha” a malha.

1ª Questão: Como controle de malha aberta diferencia-se do controle de realimentação:

O controle de malha aberta consiste em um sistema que possui realimentação. Mais detalhadamente o controle de malhas aberta consiste em aplicar um sinal de controle na entrada deum sistema esperando-se que na saída a variável controlada consiga atingir um determinado valor. Portanto, não há qualquer mecanismo que efetue medidas ou que

corrija a saída.

Exemplo: forno à gás (fogão).

6

Temperatura escolhida em um seletor. Na verdade, o seletorescolhe volume de gás.

Temperatura esperada obtida através de calibração na fábrica.

Não há garantia de que aquela temperatura será obtida com precisão.

Em um dia quente, o forno pode esquentar mais.

Caso a parede do forno enferruje (e, com isso, fique mais fina), o forno pode esquentar

menos.

2ª Questão: o que é controle automático:

Controle automático: um sistema (mecânico, elétrico, pneumático, etc.) efetua o controle da

variável, sem depender de operador humano. O operador pode, entretanto, efetuar ajustes,

como definir o valor da variável de referência. Exemplos:

Caixa d’água: se o nível de água está baixo,

a caixa recebe água da rua. Se o nível está na

posição desejada, a caixa não recebe mais

água. O controle é feito por uma boia, que

abre ou fecha a entrada de água conforme sua

posição. O nível de água é mantido

aproximadamente constante mesmo quando

existe um consumo moderado de água na

residência.

7

Geladeira, ar condicionado, forno

elétrico, sanduicheira: um

mecanismo de

resfriamento/aquecimento é ligado

sempre que a temperatura está

acima/abaixo do desejado. Se a

temperatura estiver abaixo/acima

do desejado, o mecanismo é

desligado e o sistema ganha/perde

calor do/para o meio ambiente.

8

Diagrama de Blocos

Sistema em Malha Aberta

A entrada é o nível desejado da grandeza controlada (comando ou programação). O

controlador avalia este sinal e envia um sinal (que pode ser elétrico ou mecânico, conforme o

sistema) ao atuador, que é o elemento que age no ambiente de modo a alterar a grandeza.

 é a representação gráfica de um processo ou modelo de um sistema complexo. Através de figuras geométricas e ligações, descreve-se asrelações entre cada subsistema e o fluxo de informação. É a representação gráfica da solução de um problema. Os símbolos devem ser dispostos em ordem lógica e com sintaxe correta para atingir o objetivo de resolver o problema. Os diagramas diferem os

9

fluxogramas por representarem pequenas partes de um grande sistema com foco no processo lógico.

Malha Fechada

Controle em Malha Fechada

No sistema clássico de controle em malha fechada, que na sua forma mais usual é constituído por componentes contínuos ou analógicos, o sinal de saída possui um efeito direto na ação de controle, pelo que poderemos designá-los por sistemas de controle com realimentação ou retroação .Neste tipo de sistemas, o sinal de erro que corresponde à diferença entre os valores de referência e de realimentação (que pode ser o sinal de saída ou uma função do sinal de saída), é introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e a manter a saída do sistema num determinado valor, pretendido pelo operador. Por outras palavras, o termo "MALHA FECHADA" implica necessariamente a existência de uma realimentação com o objetivo de reduzir o erro, e manter deste modo a saída do sistema num determinado valor desejado. A Fig.2.5 representa a relação entrada-saída de um sistema de controle típico em malha fechado. Esta representação gráfica é designada na literatura de Controle por "DIAGRAMA DE BLOCOS".

Fig.2.5.

10

Diagrama de blocos de um sistema de controle em malha fechada.

Para ilustrar o sistema de controle em malha fechada, vamos consideraro sistema térmico da Fig.2.6, na qual está representado um operador que desempenha a função de controlador. Este operador pretende manter constante a temperatura da água à saída de um permutador de calor. No coletor de saída, está montado um termômetro (elemento de medida) que mede a temperatura real da água quente (variável de saída do sistema).Deste modo, em função das indicações fornecidas pelo elemento de medida, o operador irá manipular a válvula de controle de vazão de vapor de aquecimento, de modo a manter a temperatura da água o mais próxima possível do valor desejado.

Controle automático

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variáveis eram controladas pelo

elemento humano; o controle manual.

Atualmente, devido à complexidade dos processos, seja por questões de segurança ou de

economia, o elemento humano foi substituído por instrumentos capazes de executar essas

tarefas: são os controladores automáticos.

11

A mão de obra pode ser extremamente reduzida, uma vez que restaram poucas operações

manuais e a fiscalização ou supervisão geral da instrumentação é de fácil execução.

Como vantagens de controle automático sobre o elemento humano, temos:

• Redução de custos através da diminuição de mão de obra;

• Garantia de uniformidade de produtos acabados;

• Garantia maior de segurança pessoal e do equipamento.

Conceito de controle automático

Entende-se por "controle automático" um conjunto de operações que consistem em:

• Medir uma variável;

• Comparar esta medida com um valor desejado;

• Corrigir o desvio observado.

A figura abaixo mostra, sob a forma de notação de blocos, o conceito de controle automático.

Os componentes principais do controle automático são: o processo e o controlador 12

automático.

O processo ou sistema controlado compreende uma operação ou uma série de operações.

O termo atual controle automático de processo foi definido quando os procedimentos do controle automático foram aplicados para tornar mais eficiente e seguro a manufatura de produtos. O controle automático de processo é em grande parte responsável pelo progresso que vem acontecendo nas últimas décadas. O principal objetivo do controle automático de processo é conseguir que uma variável dinâmica se mantenha constante em um valor específico.

Agenda de controle é a energia ou material do processo, do qual a variável manipulada é uma

condição ou característica.

Sistemas de controle

De acordo com a natureza da energia usada pelo controlador, os sistemas de controle podem

ser: pneumáticos, hidráulicos, elétricos e eletrônicos.

Os controladores pneumáticos usam ar comprimido, limpo e seco.

Os controladores hidráulicos usam líquidos, principalmente, óleo. 13

Os controladores elétricos e eletrônicos utilizam a energia elétrica, sendo que a

natureza de seus componentes é que define se os mesmos pertencem a um grupo ou ao

outro.

Conclusão

O relatório proposto acima demonstrou equipamentos muito importantes para a indústria em geral, onde se pode destacar: petrolífera, química, têxtil, siderúrgica, ceramista entre outras. O sistema automático de processo, na atualidade se necessita obtê-lo para que o trabalho seja realizado de uma forma correta esclarecida e com o principal, que é a qualidade. Enfatizado e bem descrito os sistemas decontrole com suas partes principais, os sistemas em malha aberto e fechado sendo, bem detalhado, os procedimentos. O sistema em malha aberta não possui uma fonte alimentadora, onde contrário, o fechado possui uma fonte alimentadora, sendo este o mais complexo. O controlador, equipamento de tamanha necessidade para se conseguir controlar o sistema com seus principais métodos e modos de controle para se obter o máximo possível de estabilidade no sistema.

9.0 - Bibliografia

Web sites:

1. http://www.oficinabrasil.com.br/geral/analise-de-diagnostico/453-parte-1-sistemas-realimentados-e-o-controle-em-malha-fechada

2. http://pt.scribd.com/doc/216626666/00-Sistemas-de-Controle-Introducao

3. http://www.zeugma.com.br/marcosbarros/Sistemas%20de%20Controle.pdf

14

Livros:

1. OGATA, K. Engenharia de Controle Moderno, Prentice-Hall, 4ª edição, 2003.

2. Richard, C. Dorf. Sistemas de Controle Modernos, 8ª Ed, 2001.

3. NISE, N. Engenharia de Sistemas de Controle. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

http://www.matematiques.com.br

2.3.3 Controle de Malha Aberta versus Controle de Malha Fechada

Amintas Paiva Afonso

Apostila de Sistema de Automação e Controle

2.2. Estruturas básicas do Controle Automático – páginas Error: Reference source not found19 à 22

SENAI – Espírito Santo/ Companhia Siderúrgica de Tubarão

15