X ′(s K X H - · PDF fileelemento de controle final (atuador), o dispositivo que permite...

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Assume-se que o comportamento dinmico do sensor- transmissor

da composio pode ser aproximado por uma funo de

transferncia de primeira ordem;

quando, pode ser assumido como sendo igual a zero.

1)(

)(

+=

s

K

sX

sX

H

Hm

HH ,

)(sX mX HK

23

Modelo do elemento de medio (sensor)

Prof Ninoska Bojorge

Sistema de Instrumentao

Transmissor

Sensor

Transdutor

Transdutor: Sensor + Transmissor Transmissor gera um sinal padro a partir da sada do sensor.

Nveis de sinais padres de instrumentao:

Pneumtico: 3-15psig

Voltagem: 1~5VDC, (excees: 0~5VDC, -10~+10VDC, etc).

Corrente: 4~20mA (ideal p transporte de sinal a longa distncia )

Digital: 0 / 1

Converso de sinal Transdutor I/P ou P/I : corrente-a-presso ou vice-versa

I/V (I/E) ou V/I: corrente-a-voltagem ou vice-versa

P/E ou E/P: presso-a-voltagem ou vice-versa

Convertedor Analgico-a-Digital (A/D)

Prof Ninoska Bojorge

SINAIS DISPOSITIVO DE MEDIOSistema de Instrumentao

H (s)VP (s) VPm (s)

Varivel do Processo(T, P, F, L, x, )

Sinal de Sada do transdutor

(V, mA, psig, )

Diagrama de blocos de uma combinao sensor-transdutor

1)(

)()(

+==

s

K

sVP

sVPmsH

H

H

onde:KH = Ganho do transdutor , possui unidades [VPm (?) / VP (?) ]H = Constante de tempo do transdutor , [tempo]

Prof Ninoska Bojorge

Sistema de Instrumentao

Ganho do transmissor (KH): ajustvel

O ganho (ou sensibilidade) a razo da varivel do sinal de

sada (leitura) para variao no sinal de entrada, aps atingir

estado estacionrio:

Span e Zero: ajustveis

Span: magnitude do alcance do sinal do transdutor

Zero: limite inferior de sinal do transdutor

Parmetros do sensor

entradaspan

sadaspanrazo =

Prof Ninoska Bojorge

Por Exemplo: Transdutor de Temperatura

Entrada Sada

50 C 4 mA

150 C 20 mA

)/[16,0)50150(

)420(CmA

CC

mAmAK H =

=

Prof Ninoska Bojorge

Curva de calibrao do transmissor de temperatura

Parmetros do sensor

Cada malha de controle de processo contm um

elemento de controle final (atuador), o dispositivo

que permite que uma varivel de processo possa

ser manipulada.

Para a maioria dos processos qumicos e de refino

de petrleo, os elementos de controle final

(geralmente, vlvulas de controle) ajustam as taxas

de fluxo de materiais e, indiretamente, as taxas de

transferncia de energia e de matria para o

processo.

Elementos finais de controle

Vlvulas de Controle

Existem muitas maneiras diferentes de manipular os fluxos de materiais e energia dentro e fora de um processo, por exemplo, mediante alteraes da velocidade de uma bomba, inversores de frequncias, ou um transportador pode ser ajustado.

No entanto, um mtodo simples e amplamente utilizado para realizar este resultado com fluidos a utilizao de uma vlvula de controle, tambm chamada devlvula automtica de controle.

A vlvula de controle inclui o corpo da vlvula, haste, sede, e o atuador.Prof Ninoska Bojorge

molamola

Indicador de posio de vlvula

Indicador de posio de vlvula

hastehaste

obsturadorobsturador

sedesede

diafragmadiafragmaSinal de

atuao

Sinal de

atuao

So mecanismos que alteram a grandeza controlada,

ou seja, transformam energia eltrica ou de presso

que chega nele em energia mecnica, com o objetivo

de abrir ou fechar a vlvula.

Classificao:

Pneumtico;

Eltrico;

Hidrulico .

Atuadores

ATUADOR e CONVERSOR

Conversor Digital-Analgico (D/A e A/D; I/P, P/I, etc.)

O sinal original convertido noutro sinal contnuo e guarda o sinal at que o sinal seja alterado (a cada delta t).

ATUADOR e CONVERSOR

So normalmente concebidos para ter caractersticas lineares e de dinmicas insignificantes (rpido), assume-se que, a FT do conversor consiste meramente de um ganho de estado estacionrio, KIP :

c

pPI

U

UK

=/

Modelo de uma vlvula de controle

A funo de transferncia de uma vlvula de controle em conjunto com um atuador pneumtico pode ser expressa como uma funo de primeira ordem, que inclui a dinmica do atuador com diafragma e o corpo da vlvula

s

K

sU

sXG

v

vV

.1)(

)(

+==

)(sU

vvK

vK

vK

34

Diagrama de Blocos para o conversor I/P

)(sUc )(sUp

Diagrama de Blocos para a vlvula de controle.

KIP

(mA) (psi)

)(sUc )(2 sW

(mA) (Kg/min)1

*

+s

K

v

V

Modelo de uma vlvula de controle: Blocos

Sinal proveniente

do controlador

Sinal sada

para a

vlvula

Air-to-Open vs. Air-to-Close Control Valves

AR PARA FECHAR (A.F.) OU FALHA ABRE (F.A.)

Com o aumento da presso de ar na cabea da vlvula, a haste do atuador

desloca-se de cima para baixo at

provocar o assentamento do

obturador na sede, fechando a

vlvula.

Com a diminuio da presso do ar, a

haste se deslocar de baixo para

cima, abrindo a vlvula.

AR PARA ABRIR (A.A.) OU FALHA FECHA (F.F.)

Com o aumento da presso de ar na cabea da vlvula, a haste do

atuador desloca-se de baixo para

cima, provocando a abertura da

vlvula.

Com a diminuio da presso do ar,

a haste se deslocar de cima para

baixo at provocar o assentamento

do obturador na sede, fechando a

vlvula.

VLVULA DE AO DIRETA, Kv0

Ao da Vlvula de ControleA1

Slide 35

A1 Autor; 26/09/2017

Air-to-Open vs. Air-to-Close Control Valves

VLVULA DE AO DIRETA, Kv0

movimento do eixo com o aumento da presso de ar

movimento do eixo com o aumento da presso de ar

retrao da mola,

ar para fechar,

normalmente

aberto

Extenso da

mola, ar para

abrir,

normalmente

fechada

Entrada de Ar

Entrada

de Ar

Ao da Vlvula de Controle

Ao Reversa

FALHA FECHA (F.F.) AR PARA ABRIR

Ao da Vlvula de Controle

Air-to-Open vs. Air-to-Close Control Valves

Vlvula de ar para abrir tem um ganho positivo.

Vlvula de ar para fechar tem um ganho negativo.

A ao da vlvula determina o sinal do ganho da vlvula

Ar para abrir:

Ar para fechar:

100

mvp =

1001

mvp =

Frmulas que relacionam a posio da vlvula com a sada do controlador (valores estacionrios) :

Ao da Vlvula de Controle

( )

++=

+=

+=

=

ss

KsE

sC

sKsE

sC

sK

sE

sC

KsE

sC

D

I

C

DC

I

C

C

11

)(

)(

1)(

)(

11

)(

)(

)(

)( Controle proporcional

Controle Proporcional-Integral

Controle Proporcional Derivativo

Proporcional-integral -derivativo

39

Modelo do controlador PID

Possveis estratgias de controle:

Voltando ao Exemplo do sistema de Mistura

Processo de mistura

40

Variaes na composio de sada so detectados pelo sensor do transmissor

de composio e enviada para o controlador fazendo com que o sinal de sada

do controlador varie. Isto , por sua vez faz com que a posio da vlvula de

controle e, consequentemente, o fluxo do fluido da corrente 2 mude. As variaes no fluxo de corrente faz variar a composio de sada, completando assim o ciclo.

[Kg/min]

)(2 sW

)(1 sX

)(sX

1

1

+s

1

2

+s

K

%

massa

%

massa

%

massa

+

+

X1, w1

X, w1

X2, w2

AT AC

I/P

xsp

Exemplo: O sistema trocador de calor

41

Diagrama de Blocos do tanque de mistura

Diagrama de Blocos da malha de controle da Composio no tanque

Funo de Transferncia - Malha fechada

42

Analisando a malha fechada, temos:

)()( sCXKsE spSP =

)()()( sEsGsM C=

)()()(2 sMsGsW V=

)()()()()( 12 sXsGsWsGsX DP +=

)()()( sXsHsC =

Funo de Transferncia - Malha fechada

43

Analisando a malha fechada, temos:

)()( sCXKsE spSP =

)()()( sEsGsM C=

)()()(2 sMsGsW V=

)()()()()( 12 sXsGsWsGsX DP +=

)()()( sXsHsC =)()()()()( 12 sXsGsWsGsX DP +=

)()()()()()( 1 sXsGsMsGsGsX DvP +=

)()()]()()[()()()( 1 sXsGsXsHXKsGsGsGsX DSPspCvP +=

)()()()()()()()]()()()(1[ 1 sXsGsXsGsGsGKsXsHsGsGsG DSPCvPspCvP +=+

Funo de Transferncia - Malha fechada

44

Considerando, variao no Set-point

Ento:

i. e, X1(s) = 0

)()()()(1

)()()(

)(

)(

sGsGsGsH

sGsGsGK

sX

sX

CVp

CVpsp

sp +=

)()()()()()()()]()()()(1[ 1 sXsGsXsGsGsGKsXsHsGsGsG DSPCvPspCvP +=+

massa

TO