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O que são Redes Industriais? (Parte IV)

Oii gente,

Finalmente chegamos ao quarto artigo desta série, onde falaremos diretamente sobre as Redes Industriais. Nos artigos anteriores foi falado que o exemplo de redes de computadores mais comum, denominado Internet, interliga pessoas em todas as partes do mundo através de computadores, smartphones etc. Nesse modelo, a comunicação ocorre entre pessoas, através de dispositivos eletrônicos.

Agora, que entramos em Redes Industriais de fato, a comunicação não é mais feita entre pessoas, e sim, entre os próprios dispositivos. É como se eles tivessem vontade própria.

Quando falamos em automação, estamos falando de “coisas” sem vida, que trabalham sozinhas, executando ordens vindas de outras “coisas” sem vida. Não é necessário que uma pessoa faça o que precisa ser feito. Complexo? Vejam este exemplo simples. Suponhamos que temos um tanque de água de 1000 litros. Este tanque deve manter seu nível entre 30 e 80% de sua capacidade.

Num modelo antigo, esse tanque era controlado por uma pessoa, que ficava vigiando seu nível. Quando o tanque estava com o nível abaixo de 30%, a pessoa responsável iria até a válvula que controla a entrada de água dentro do tanque e abriria esta válvula de forma que a quantidade de água entrando no tanque, fosse maior. Com isso, o tanque começaria a se encher de água. Em um determinado momento, o nível de água ultrapassa os 80% permitido. Então, esta mesma pessoa, corre até a válvula, e a fecha, cortando ou diminuindo o fluxo.

Enquanto o nível estiver dentro do normal, a situação está controlada (e esta pessoa tem seu momento de descanso). Só de escrever isso, confesso que já fiquei cansada.

Agora imagina a pessoa que é realmente responsável por esta atividade. Ela encontra uma série de dificuldades, por exemplo, a válvula pode ser longe do tanque, fazendo com que ela fique andando por distâncias longas o tempo todo, nesse processo: “verifica o tanque – abre a válvula – verifica o tanque – fecha a válvula”. Além de ser desgastante toda essa andação da pessoa, muitas vezes ela pode não ter uma noção do tanto que esta válvula deverá ser aberta ou fechada, até mesmo pra evitar que ela tenha que andar tanto. Mais um probleminha….essa válvula pode ser grande e seu manuseio pode ser complicado, já que, esse processo de abrir e fechar pode ser pesado.

Enfim, são vários os motivos, nesta história, que fazem com que este processo precise ser automatizado.

Veja Figura 1:

Figura 1 - Esquema de um Processo Manual
Figura 1 – Esquema de um Processo Manual

 

Agora essa abertura e fechamento da válvula será feito de forma automatizada. Para isto, precisamos dos seguintes equipamentos (além do tanque e da válvula):

  • Um CLP (Controlador Lógico Programável);
  • Um sensor de nível;
  • Um posicionador de válvula.

Quem vai controlar todo o esquema de fechamento e abertura da válvula é o CLP. Este equipamento é chamado de Mestre nas redes industriais, pois ele dá ordens, ou seja, envia comandos para os equipamentos escravos, que neste caso são o sensor e o posicionador. O CLP é programado com uma sequência de lógicas e, sua atuação vai variar de acordo com informações que ele receber sobre o processo. Ele compara o valor recebido do sensor com o valor que ele tem registrado e que é considerado normal. Se este valor estiver abaixo do normal, neste caso 30%, o CLP manda uma informação para o posicionador e este abre a válvula. Se o valor recebido for superior ao valor considerado normal, ele manda uma mensagem para que o posicionador feche a válvula. Se o valor estiver dentro da faixa, então o CLP não toma nenhuma atitude.

O sensor de nível será o responsável por detectar o nível de água dentro do tanque e enviar esse valor para o CLP. O envio desses dados é feito constantemente, em tempo real.

Já o posicionador é o responsável pela interface entre o CLP e a válvula. É ele quem atua na válvula abrindo ou fechando, de acordo com a necessidade.

Veja Figura 2:

O que são Redes Industriais? (Esquema Automático)
Figura 2 – Esquema de Automatização de um Processo

 

Vocês conseguem notar, através destes exemplos simples, a necessidade de se automatizar um processo? Agora imaginem uma indústria inteira, com muitos processos variados e complexos. A automação é totalmente necessária. E as Redes Industriais é quem interliga todos os envolvidos no processo de automação e faz o transporte dos dados de um lado para outro.

Só pra reforçar: em uma rede de comunicação como a internet, a troca de dados é feita entre pessoas através de dispositivos eletrônicos; nas redes industrias a comunicação é feita entre os próprios dispositivos eletrônicos, que neste caso, são: sensores, atuadores, controladores, posicionadores, PC, workstation etc. Aqui, não se faz apenas um controle dos equipamentos, como citado no exemplo acima, mas também é possível acompanhar todo o processo de produção, estoque de tudo que existe na empresa, controle de compra e venda, fazer rastreio de produtos…enfim. Através desta interligação entre todas as áreas de uma planta, consegue-se controlar toda ela.

Veja na Tabela 1 uma relação entre cada um desses dispositivos e a área onde atuam:

Tabela 1 - Relação entre Dispositivos e sua Área de Atuação
Tabela 1 – Relação entre Dispositivos e sua Área de Atuação

 

De acordo com [1], a necessidade da automação na indústria e nos mais diversos segmentos está associada às possibilidades de aumentar a velocidade de processamento das informações, uma vez que as operações estão cada vez mais complexas e variáveis. Isso ocorre, pois, no modelo de indústria atual, todas as partes de uma planta podem ser automatizadas, o que faz com que se tenha variados benefícios. Entre eles estão:

  • Economia de energia;
  • Aumento da produtividade;
  • Um melhor controle de qualidade do produto;
  • Segurança operacional;
  • Entre outros.

Todos estes benefícios são conseguidos através da utilização de redes industriais. Estas redes podem ser divididas de três formas:

  • Rede de informação;
  • Rede de controle;
  • Rede de campo.

As Redes de Informação representam o nível mais elevado dentro de uma arquitetura. Em grandes corporações é natural a escolha de um backbone de grande capacidade para interligação dos sistemas ERP (Enterprise Resource Planning), Supply Chain (gerenciamento da cadeia de suprimentos) e EPS (Enterprise Production Systems). Estas redes atuam nos Níveis 4 e 5 da Tabela 1.

Já as Redes de Controle tem como função interligar os sistemas industriais de Nível 2 aos sistemas de Nível 1. É possível também, que equipamentos de Nível 3 estejam ligados a este barramento.

Por fim, as Redes de Campo, também conhecidas como fieldbus, garantem a conectividade entre os diversos dispositivos atuantes diretamente no Nível 1 (chão de fábrica) com os níveis superiores (sistemas de controle ou gerenciamento).

Então, visando a minimização de custos e o aumento da operacionalidade de uma aplicação introduziu-se o conceito de rede industrial para interligar os vários equipamentos de uma aplicação. A utilização de redes e protocolos digitais prevê um significativo avanço nas seguintes áreas:

  • Custos de instalação, operação e manutenção;
  • Facilidade de diagnóstico da rede;
  • Procedimentos de manutenção com gerenciamento de ativos;
  • Fácil expansão e upgrades;
  • Informação de controle e quali­dade;
  • Determinismo (permite deter­minar com precisão o tempo necessário para a transferência de informações entre os integrantes da rede);
  • Baixos tempos de ciclos;
  • Várias topologias;
  • Padrões abertos;
  • Redundância em diversos níveis;
  • Menor variabilidade nas medições com a melhoria das exatidões;
  • Medições multivariáveis.

Bom pessoal, como foi mostrado nesse artigo, as vantagens de se automatizar os processos em uma planta são numerosas e o uso das Redes Industriais para se fazer a ligação entre todos os níveis da pirâmide de automação, a qual eu chamei de Tabela 1, facilita, e muito, a vida das pessoas que trabalham em indústrias.

A facilidade de se diagnosticar um problema, por exemplo, é muito maior do que quando se utilizam as redes convencionais do tipo 4-20 mA. O diagnóstico pode ser realizado analisando as formas de onda produzidas na Camada Física da rede ou os telegramas de mensagem produzidos na Camada de Enlace. Com um diagnóstico rápido, é possível diminuir o tempo de parada de uma planta e reduzir possíveis prejuízos no processo. Mas isto é assunto para um outro post.

É isso aí. Espero que tenham gostado dos artigos e compreendido o que sãs as redes industriais. A partir de agora, começarei a escrever sobre os principais protocolos de comunicação utilizados nas Redes Industriais. O primeiro a ser descrito será o protocolo Profibus.

Até mais!

Referência bibliográfica

[1] CASSIOLATO, C. (2012). Redes Industriais – Parte 1. Revista Saber Eletrônica. Edição 461. Páginas 24 a 32.

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51 Comentários
  1. Evanir Diz

    Adorei!! Parabéns! Acho q esse foi o melhor dos melhores!! Conseguiu retratar a vida real com pequenos detalhes: se cansou, fez Aff e ainda escorreu suor no rosto dos trabalhadores, ou seria lágrimas?!

    1. Rafaela Souza Diz

      haha…obrigada Vandir.

      Era suor…mas acho q lágrimas tb representa bem…haha

  2. Osmar Diz

    legal gostei bem didatico. Parabens

    1. Rafaela Souza Diz

      Obrigada Osmar.

  3. WALDIR NUNES DA SILVA Diz

    BOM DIA, MEU NOME WALDIR NUNES (MAGAYVER), GOSTEI DE VOCÊ POR TER RETRATADO SOBRE REDE INDUSTRIAL PORQUE ESTE É O MEU MUNDO QUE TRABALHO JÁ Á MAIS DE 25 ANOS COMO ISTRUMENTISTA ESPECIALIZADO OK.

  4. Rafaela Souza Diz

    Obrigada pelo comentário Waldir.

  5. Gustavo José Nedel Diz

    Prezada Rafaela, você poderia desenvolver o assunto otimizacão/controle de processos aplicando algorítmos PID para poder completar esta sua matéria ?

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi Gustavo,

      Agora eu vou iniciar uma série de artigos falando sobre os protocolos de comunicação. Vou tentar escrever sobre esse assunto que vc está pedindo, mas caso eu veja que vai demorar, tento ver com algum outro colega pra escrever sobre este tema pra vc. Ok?

  6. João Lopes sobrinho Diz

    Olá Rafaela, parabéns pela matéria postada, meu nome e João Lopes, trabalho nesta área bem como ministro aula pelo Senai em redes Industriais, gostei muito da linguagem simples porém bem objetiva.

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi João,

      Muito obrigada.

  7. Jose Almir Diz

    Ola rafaela meu nome e Jose Almir trabalho com automação e faço pos- graduação em automação industrial e estou vendo os metodo de sistema de controle cohenn con ziegler primeiro e segundo voce teria um materila bem didatico sobre o assunto.

    1. Haroldo Azevedo Diz

      Olá José Almir, sugiro que dê uma espiada no livro Controle de Processos Industriais – Princípios e Aplicações, ed. Erica, de Claiton Moro Franchi.

      Olá Rafaela, parabéns pela iniciativa de publicar e pela qualidade do material.

      1. Rafaela Souza Diz

        Oi Haroldo,

        Muito obrigada.

  8. Rafaela Souza Diz

    Oi José,

    Não tenho nenhum material sobre este assunto. Vou dar uma procurada e se encontrar envio pra vc.

  9. Nelson Diz

    ótimo trabalho

    1. Rafaela Souza Diz

      Obrigada Nelson.

  10. Jose Viana Diz

    Olá, Rafaela! gostei do seu artigo sobre as Redes Industriais, soube traduzir em poucas linhas as questões mais básicas das RI, sou engenheiro eletrônico com 32 anos de estrada e com um razoável conhecimento de redes cabeadas e wireless, tenho muito interesses em desenvolver projetos nessa área. A Schneider Eletric tem um material muito bom de redes industriais, um grande abraço e continue escrevendo…

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi José,

      Obrigada pelo comentário e por indicar o material da Schneider. Vou procurar esse material.

  11. Fernando Jorge Julião da Silva Diz

    Meus Parabéns! o mundo acadêmico reclama por pessoas didáticas, objetivas e ao mesmo tempo sofisticada como você. Mesmo sendo graduada em Engenharia Eletrônica e Especialista em redes de comunicações industriais, soube de maneira simples apresentar o assunto tão “complexo” sem assustar ou apavorar o leitor do seu artigo. Tenho quase certeza, que a maioria dos Mestres e Doutores, começariam abordando esse assunto nos apresentando modelos matemáticos, fórmulas, equações, teoremas e propriedades. “E ai o leitor teria que recorrer à uma nova fonte, para tomar uma nova água” e justamente isto que ocorre numa sala de aula de Engenharia e assusta muita gente, esse é um dos motivos pelo qual ingressam 40 e lá pro 3º e 4º ano só tem 12. Para muitos Mestres e muito fácil falar que a raiz quadrada de 4 é 2, mas, não tem interesse em explicar que o lado de um quadrado de área =4 vale 2. Ou seja se quiser descobrir algo a mais, para entender melhor o assunto, se vira!

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi Fernando,

      Q bom q gostou.

      Infelizmente alguns assuntos não são explicados de forma prática mesmo. A nossa idéia é justamente abordar esses assuntos complexos de forma que simplifique o entendimento.

      Obrigada

  12. Herbert Diz

    Oi Rafaela meu nome é Herbert e sou técnico em Automação estou acompanhando suas publicações e está ficando bem legal parabens…….

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi Herbert,

      Q bom q está gostando.

      Obrigada

  13. Julio Acacio Diz

    Oi rafaela meu nome é Julio, sou tecnico em instrumentação industrial e gostei muito da didática de sua publicação, muito fácil de assimilar. Parabéns.

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi Julio,

      Muito obrigada.

  14. Luis Oliveira Diz

    Bacana Rafaela. Sou engenheiro de Telecom e não conhecia muito sobre as redes industriais. Fiquei interessado nos modelos de análise e otimização do processo produtivo. Quando der, publica algo sobre o assunto sim!!
    Sucesso e parabéns pela iniciativa.

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi Luis,

      Obrigada pelo comentário.

      Pode deixar que na primeira oportunidade escreveremos sobre este tema.

  15. Lucas J Santos Diz

    Parabéns Rafaela,

    os seus posts ficaram ótimos. Espero que continue e como sugestão de tópico você poderia comentar sobre as aplicações mais comuns para cada tipo de rede. Isto é, onde se usa profinet, profibus, devicenet, controlnet, fieldbus etc. E também algo que comente sobre as tecnologias industrias de comunicação sem fio.

    Mais uma vez, parabéns pela iniciativa!!!

  16. Rafaela Souza Diz

    Oi Lucas,

    A partir de agora vou começar a escrever sobre cada um dos procolos e vou comentar sobre a aplicação deles.

    Obrigada pelo comentário.

  17. João Castro Diz

    Que inveja…não temos a Rafaela la na nossa rede social: http://www.autombrasil.net

    1. Rafaela Souza Diz

      Obrigada João…rs

  18. Eudócio Diz

    Parabéns, Rafaela! Foi uma introdução bem didática!

    1. Rafaela Souza Diz

      Bom dia Eudócio,

      Muito obrigada.

  19. João Castro Diz

    Para atender ao membro que solicitou algo sobre PID:
    FÁBULA DO REGULADOR PID E DA CAIXA D’ÁGUA PARA A ALDEIA

    Pode parecer desnecessário falar-se sobre a utilidade e o porque do sistema de controle PID. Achamos porém, a seguinte história tão graciosa que decidimos publicá-la. Trata-se de uma fábula contada pela primeira vez aos professores da Universidade Técnica de Bruxelas.

    Era uma vez uma pequena cidade que não tinha água encanada. Um belo dia, o prefeito mandou
    construir uma caixa d’água na serra e ligou-a a uma rede de distribuição. A ligação da caixa com o rio foi feita por meio de um tubo. Neste tubo colocou-se uma válvula para restringir ou aumentar a vazão.

    Enfim, foi empregado um senhor, sem quaisquer conhecimentos técnicos más, apesar disso, executou o seu serviço durante muitos anos, limitando-se a manter o nível d’água na caixa tão constante como podia, alterando a vazão sempre que necessário.

    Quando o velho alcançou a idade de aposentadoria, seus três filhos, Isidoro, Pedro e Demétrio
    ofereceram-se para substituir o pai. Cada um queria resolver a tarefa da maneira mais simples possível e discutiram as possibilidades de instalar uma válvula acionada por bóia, ou de um ventil eletro- pneumático, ou de um regulador hidráulico, etc.

    Certo dia, em meio a estas discussões, apareceu um primo de visita à casa. Sendo este engenheiro, pediram sua opinião quanto às idéias em discussão. O primo pensou e, ao invés de apontar uma das alternativas como a melhor, perguntou qual a característica de função que possuíam os reguladores por eles idealizados. Os três irmãos ficaram um pouco desapontados pois, esperavam uma resposta mais concreta, sendo que o primo explicou: – mais de um tipo de regulador poderá servir para solucionar o caso, desde que sua função obedeça as seguintes características principais:

    1) Dando-se uma variação do valor desejado, o regulador deverá eliminá-la rápida e energeticamente, restabelecendo o ajuste com exatidão.
    2) Terá que alcançar este ajuste sem provocação de oscilações no valor desejado, não influenciando assim outros valores que dependam do qual está sendo regulado.
    (Ex.: do nível de água depende a pressão na rede de distribuição)

    Assim, no começo do dia, Isidoro, o filho mais velho, encontra-se no lugar do pai. É um rapaz simples, mas metódico. Quando nota que o nível d’água está 10cm abaixo do nível desejado, pensa: “o consumo aumenta”. Por isso, começa a abrir a válvula lentamente e de maneira contínua, constatando ao mesmo tempo que, pouco a pouco, o nível baixa mais devagar; depois se estabiliza e enfim começa a subir. No entanto, Isidoro abre mais a válvula até que alcance o nível anterior.

    Pouco depois, Isidoro percebe que a água continua a subir, estando já acima do nível desejado. Por isso, só com a metade da velocidade, Isidoro começa a fechar a válvula, restabelecendo pouco a pouco o nível exato, más a água continua baixando. Assim, Isidoro vê-se forçado a repetir sua manobra ainda algumas vezes sem que a água se mantenha no nível desejado.

    Isidoro é a própria imagem integral de controle, cuja velocidade de ação é proporcional ao desvio.
    Isidoro acionará a válvula enquanto este existir, sem nunca alcançar estabilidade por ter a zona de
    regulagem também um comportamento integral.

    Em termos matemáticos pode-se dizer que para um desvio “X” do valor regulado, a ação integral é uma manobra do órgão de controle que pode ser representado pela fórmula:

    (FIGURA 1) COMPORTAMENTO INTEGRAL

    Ao meio dia, Pedro substitui seu irmão Isidoro. Pedro possui o costume de calcular tudo o que faz. Ele percebe logo que quando o nível d’água encontra-se 10cm abaixo do nível desejado, deve dar 5 voltas ao volante da válvula no sentido de abertura para eliminar o desvio. Por outro lado, Pedro não se preocupa muito em voltar ao nível original, contentando-se em estabilizar o mesmo. Pensa consigo que este voltará a marca certa assim que diminuir o consumo na aldeia. Pedro descansa até constatar que o nível efetivo encontra-se 5cm acima do desejado. Conforme seu cálculo, Pedro aciona o volante da válvula 2,5 voltas em sentido de fechamento, estabilizando assim o nível novamente.

    Sua manobra é segura e rápida más, quanto a exatidão, Pedro diz que somente é preciso conservar
    “aproximadamente” a pressão d’água para satisfazer as necessidades de sua cidade. Pedro é a própria imagem da ação de controle proporcional que pode ser representada pela fórmula:

    (FIGURA 2) COMPORTAMENTO PROPORCIONAL

    Ao fim do dia, Demétrio toma conta do serviço. Demétrio é o mais sofisticado dos três irmão. Não se
    preocupa somente com o valor do desvio más, também com a velocidade com a qual este se altera.

    Caso a água desça rapidamente 10cm abaixo do nível desejado Demétrio dá, de uma só vez, 10 voltas ao volante da válvula em sentido de abertura. Vendo depois que a água sobe devagar, fecha, também devagar, a válvula e, mais devagar quanto menor for a velocidade de aumento de nível até chegar progressivamente à abertura inicial. Caso a água ultrapasse o nível desejado por 5cm, Demétrio executa a mesma manobra de antes porém, em sentido contrário e, além disso, 50% menos acentuado.

    Demétrio é a própria imagem da ação diferencial cujo valor é diretamente proporcional ao grau do
    desvio e inversamente proporcional à duração podendo ser representada pela fórmula:

    (FIGURA 3) COMPORTAMENTO DIFERENCIAL

    O prefeito encontrou-se diante de uma decisão difícil; a qual dos candidatos deveria dar o emprego
    definitivo?

    Isidoro, a imagem do comportamento integral, demorou bastante tempo para restituir o nível desejado na caixa d’água. Verdade é que ele acertou todas as vezes o nível exato; seu método porém resultou numa instabilidade absoluta porque, devido a sua atividade contínua, diversas vezes o nível oscilou fortemente. Seu único recurso contra este inconveniente foi acionar a válvula lentamente más, na proporção que a manobra era lentamente executada aumentou-se o tempo que a população deveria esperar até receber água mesmo nos bairros mais elevados.

    Pedro, a imagem do comportamento proporcional, obteve um resultado diametralmente oposto. Seu
    método não resultou em oscilações do nível nem em desvios consideráveis más, também não foi capaz de assegurar o nível exato.
    Demétrio, a imagem do comportamento diferencial, trabalhou com energia demais. Abrindo ou fechando abruptamente a válvula, deu praticamente uma chicotada à vazão. Por causa desta atitude brusca, provocava fortes variações de pressão na rede não conseguindo também estabelecer o nível exato.

    Assim, apesar de todos seu esforços, os habitantes da cidade acharam seu serviço o menos satisfatório.

    Diante destes resultados o prefeito decidiu combinar o trabalho dos três candidatos para verificar o
    efeito. Para este fim, mandou colocar dois tubos de ligação a mais entre o rio e a caixa d’água.

    Demétrio porém, encontrava-se impedido, sendo que Pedro e Isidoro trabalharam em conjunto
    manobrando cada um uma válvula diferente de acordo com seu próprio método.

    Quando o nível d’água encontrava-se 10cm abaixo do nível desejado, Pedro abriu a válvula dando cinco voltas ao volante acabando assim a queda d’água.

    Isidoro, por sua parte, executa seu trabalho lenta e continuamente até reconduzir o nível d’água ao
    valor desejado. Desta vez ele não precisa preocupar-se com a variação de consumo na cidade; é
    suficiente que ele corrija a inexatidão do serviço de Pedro. Assim, sua manobra é restrita e não provoca mais, por aberturas exageradas da válvula, a instabilidade.

    O método conjunto de Pedro e Isidoro é a própria imagem da ação proporcional-integral, caracterizada pela estabilização instantânea do nível desejado e por excelente exatidão graças a ação integral de Isidoro.

    (FIGURA 4) COMPORTAMENTO PROPORCIONAL – INTEGRAL

    No dia seguinte é Isidoro que encontra-se impedido. Pedro e Demétrio vão trabalhar.

    DESVIO DE NÍVEL DE 10cm ABAIXO

    Pedro, como sempre, estabiliza imediatamente por uma ação proporcional (abertura de 5 voltas).
    Demétrio abre sua válvula de 10 voltas de uma vez (ação diferencial) exagerando a alimentação, prevê a inércia da subida e fecha as dez voltas num tempo proporcional a inércia estimada por ele. Ele sabe que Pedro já fez o trabalho principal e que a sua própria chicotada serve apenas para restabelecer mais rapidamente o nível exato. Ele confia mais na sua estimativa do que na marca de nível e, como Pedro, não lê o desvio residual após sua manobra. Pedro parou a queda por uma ação medida e imediata.

    Demétrio acrescentou uma manobra enérgica más esporádica, que exagera a ação momentaneamente, acelera o restabelecimento e diminui o desvio. Mesmo assim, o nível prescrito não está ainda exatamente restabelecido.

    A ação PROPORCIONAL-DIFERENCIAL é caracterizada por uma estabilização imediata no momento em que o desvio acontece; um exagero da ação para obter uma absorção do desvio más também, infelizmente, uma certa imprecisão final do resultado.

    (FIGURA 5) COMPORTAMENTO PROPORCIONAL – DIFERENCIA

    No dia seguinte, finalmente os três trabalharam juntos e, cada um a seu modo.
    Para uma queda de 10cm, Pedro abre 5 voltas; Demétrio exagera a ação (diferencial) até 10 voltas
    para depois cancelar a manobra num tempo que é em função da inércia do aumento de nível . Isidoro, como de costume, não tem pressa e abre a válvula devagar (integraliza) até o momento em que ele constata que o nível prescrito é atingido más, desta vez, sua manobra é bem menor porque, antes dele, seus irmãos já fizeram o principal. Pedro efetuou a compensação da perturbação, Demétrio, o exagero que eliminou energicamente o desvio e Isidoro que determinou a precisão final da operação, tomando cuidado para que nenhum desvio residual subsistisse.

    A ação PROPORCIONA-DIFERENCIAL-INTEGRAL é a combinação perfeita que reúne:

    * compensação imediata da perturbação

    * exagero necessário para combater a inércia de mudança de nível

    * volta exata ao valor prescrito

    (FIGURA 6) COMPORTAMENTO PROPORCIONAL – DIFERENCIAL – INTEGRAL
    Como recompensa pela eficiência, a prefeitura contrata os três como encarregados do chafariz para
    contento geral da aldeia, a não ser um único habitante… o tesoureiro municipal, que pensa: – “devo
    agora pagar três encarregados em vez de um; vou ter que aumentar o preço da água”.

    CONCLUSÕES
    Essa historinha mostra-nos como as diferentes ações simples e combinadas dos reguladores
    automáticos podem melhorar o funcionamento de um processo.
    Não podemos porém, terminá-la sem comentar o pensamento do tesoureiro municipal. Deve-se em
    cada caso, adquirir um regulador perfeito, completo e pagar um preço múltiplo? Pode-se, ao contrário, ficar contente com um regulador simples e pagar apenas um preço reduzido? As respostas para essas perguntas estão longe de serem fáceis, por outro lado, elas não dependem da riqueza do comprador nem da marca do equipamento de controle. São as próprias características da instalação a controlar que determinam todo tipo e número das funções de controle, o que quer dizer que cada caso deverá ser cuidadosamente estudado pelos especialistas de controle e pelo construtor do processo.

  20. João Castro Diz

    Não sei como colocar as figuras. Uma observação deve ser feita: em sistemas de abastecimento de água – plantas de alta velocidade – não usamos o termo derivativo em função desse “lançar” transientes indesejáveis podendo causar ruptura de tubulações.

  21. João Castro Diz

    Agora algo mais complexo sobre PID.

    Autor: Eng. João Castro

    Em malhas de alta velocidade, o controle baseado em controladores tipo PI, associados a
    válvulas autooperadas hidraulicamente, permite uma automação local de forma satisfatória e
    com baixo custo de implantação, operação e manutenção. Esta última é a mais importante,
    quando nos referimos à automação da operação de um conjunto motor – bomba, em função da
    carência de pessoal qualificado nas empresas prestadoras de serviços de abastecimento de
    água e/ou esgotamento sanitário.
    Sistemas de controle PID possuem 3 graus de liberdade oferecidos pelo ganho
    proporcional e pelos tempos integral e derivativo – Kp, i e d, respectivamente. Estes
    parâmetros permitem a combinação das características do controlador, com a dinâmica
    instantânea do processo a ser controlado no intuito de obtermos um comportamento de
    resposta desejado – velocidade de resposta e proximidade do valor de “set-point”, por
    exemplo. A determinação dos valores ótimos para estas três variáveis é um trabalho bastante
    difícil, decorrendo daí a necessidade de um especialista em controle, precisar determinar,
    muitas vezes através de conhecimentos empíricos e por tentativa-e-erro, como um passo
    crucial no comissionamento da malha, estes valores. Em malhas de alta velocidade o tempo
    derivativo não se mostra necessário razão de nos referirmos ao controlador PI. Segundo Ogata
    (1, p. 593) “o controlador PI é um compensador de atraso”. Neste caso a resposta pode ser
    muito lenta o que exigiria uma banda proporcional muito pequena para que a ação integral
    faça a malha retornar ao “setpoint” em tempo considerado adequado sem a inserção de
    transientes no sistema de recalque composto por motores, bombas e tubulações. Ogata (1, p.
    593) afirma: “o controlador PD é uma versão simplificada do compensador de avanço”. Num
    sistema hidráulico, mudanças de estado, inseridas de forma muito brusca, definem transientes
    com conseqüências danosas para as tubulações seja porque essas não possuem capacidade
    para suportar as pressões advindas desse transiente seja porque a repetição traz o fenômeno da
    fadiga. A prática comprova Ogata e tem demonstrado que o termo derivativo proporciona a
    ocorrência de transientes hidráulicos nas tubulações em função da sua ação de aumento, nesse
    caso instantâneo, da velocidade dos motores para reduzi-la gradativamente até o “setpoint”.
    “As estações elevatórias, assim como a maioria dos sistemas hidráulicos é
    dimensionada para operarem em regime permanente. Entretanto, em algumas
    situações, o escoamento é variado. No caso de estações elevatórias, tais situações
    ocorrem, por exemplo, durante a partida das bombas, abertura ou fechamento de
    válvulas, paradas programadas ou não das bombas por queda no fornecimento de
    energia elétrica.
    13
    Durante a ocorrência de qualquer um destes acontecimentos, o sistema sofre
    flutuações de pressão e vazão e podem ocasionar desde simples perturbações no
    funcionamento por um período não muito longo de tempo, até o rompimento de
    tubos e acessórios, cujos casos são fartamente documentados na literatura
    especializada.
    Variações de pressões ou vazões propagam-se ao longo da tubulação desde seu
    ponto de origem como uma onde de choque e os seus efeitos são, via de regra, tão
    mais pronunciados quanto mais rápidas sejam essas variações.” Tsutiya(2, p. 318).
    Com o passar do tempo, mudanças nas condições de produção e o desgaste e
    descalibração naturais de componentes da malha, como sensores e atuadores podem afetar a
    eficácia da regulação. Estes problemas podem variar desde alterações no ganho ou na
    dinâmica de processo até problemas de operação de válvulas – como histerese, vazamento e
    “prendimento” – ou aumento nas restrições nas condições de operação do processo. Podemos
    perceber, portanto, que há uma natural necessidade que a sintonia de malhas de controle seja
    feita com uma dada freqüência, freqüência esta que irá se alterar de malha para malha. O
    objetivo é a restauração das condições originais de operação da planta.

  22. João Castro Diz

    [1] Ogata, K. Engenharia de controle moderno; tradução Paulo Álvaro Maya; revisão técnica
    Fabrizio Leonardi.. et al,4a edição, São Paulo: Prentice Hall, 2003.
    [2] Tsutiya, M. T. Abastecimento de água, 2ª edição, São Paulo – Departamento de
    Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo,
    2005.

  23. Rafaela Souza Diz

    João,

    Muito obrigada por ter contribuído com nosso blog e ter dividido seu conhecimento com a gente. Seus textos ficaram ótimos e foram muito úteis.

    Obrigada novamente.

  24. Rafael Massaroto Diz

    Parabéns a todos pela excelente idéia de compartilhar informações.

    Rafaela, textos muito claro e muito importante pela disseminação das informações.

    João, meus parabéns pela sua contribuição relacionada ao PID. Sempre que possivel por

    favor contribuia com mais infomações.

    Abraços.

  25. Rafaela Souza Diz

    Oi Rafael,

    Muito obrigada.

  26. Caetano Diz

    Boa noite,
    Li seus 4 artigos e adorei
    Irei passar para outras pessoas acessarem seu blog
    Parabéns

  27. Rafaela Souza Diz

    Oi Caetano…obrigada.

    Q bom q gostou.

  28. Gleison dos Santos Oliveira Diz

    Rafaela,

    Gostei muito desse post, a explicação foi bastante simples mas ao mesmo tempo muito esclarecedora. Confesso que fiquei meio perdido quando tive esta cadeira na faculdade pois eu sempre tentava fazer relação com rede de computadores (área que tenho mais afinidade), mas com a sua explicação tudo clareou de uma forma impressionante. Parabéns!!!!

    1. Rafaela Souza Diz

      Muito obrigada Gleison.

  29. Diogo Sinésio Diz

    Olá Rafaela,
    O post foi muito interessante e bem explicado.
    Apenas uma correção besta que para quem é da área não fará muita diferença:
    Neste trecho “pois ele dá ordens, ou seja, envia comandos para os equipamentos escravos, que neste caso são o sensor e o posicionador.” Ao invés de “envia comandos” poderia ser “envia e recebe comandos” já que o sensor, neste caso, não recebe comando algum, apenas envia o valor lido. Concordas?

    1. Rafaela Souza Diz

      Oi Diogo,

      O que eu quis dizer foi o seguinte: o escravo só entra em contato com o mestre quando este lhe solicita uma informação. Então, neste caso, o comando seria a ordem para o sensor lhe enviar as informações de nível do tanque. E não um comando de atuação direta no processo, pois isso quem fará é o posicionador.

      Agora, na parte que vc sugeriu ‘envia e recebe comandos’, eu já não concordo, pq o mestre não recebe comandos dos escravos.

      Correto?

      Obrigada pela participação.

      1. Diogo Sinésio Diz

        Concordo sim, Rafaela. Você está correta.
        Foi apenas uma interpretação equivocada do termo “comandos” de minha parte.
        Confundi “comando” com o envio de alguma informação por parte do escravo, por isso que dei a sugestão de “envia e recebe”.

        E eu que agradeço pelo retorno.
        O site agora faz parte das minhas leituras diárias. 🙂

        1. Rafaela Souza Diz

          Oi Diogo,

          Fico feliz q esteja gostando do blog. Fique a vontade para comentar e esclarecer os assuntos dos artigos sempre que quiser.

          Até+

  30. Flavio Antonio Diz

    Boa noite Rafaela,
    parabéns pela série sobre redes industriais, muito objetiva nas explicações, facilitando a compreensão do assunto.

  31. Isabel Catão Diz

    Rafaela! Muito bons os seus artigos, muito bons mesmo. Eu faço curso técnico em Eletrônica no IFPE e estou estudando Eletrônica industrial e Redes industriais. Seus artigos têm ajudado bastante. Eu queria o seu facebook ou e-mail para contato, sei lá… qualquer coisa… pra eu falar com você sobre ENgenharia. É meu ano de vestibular e ainda estou muito indecisa… E queria conversar um pouco sobre pessoas experientes da área.
    Espero poder falar com você. Obrigada =D Boa noite.

  32. marcelo santiago Diz

    Querida Rafaela! Se é que me permite chamá-la assim. Mas é desta forma que sinto vontade de tratá-la, pois o seu material sobre redes é bem esclarecedor e foi a introdução que eu precisava para me aprofundar um pouco mais no assunto e conseguir estudar melhor para os concursos da Petrobrás. Sou técnico de Mecatrônica, formado já há alguns anos, mas não trabalho no ramo, e de um tempo pra cá resolvi me aventurar nos concursos da BR, na área de Instrumentação, porém, no meu curso não tive esta matéria, e quando me deparei com as questões da prova, tive a impressão de ser um assunto um tanto complexo, e uma primeira literatura que peguei sobre o tema não foi a mais apropriada para começar a entender. Aí, encontrei este site, e para minha felicidade encontrei você, minha querida, que teve a admirável iniciativa de postar este excelente material.
    MUITO OBRIGADO!
    Por isso que vc é querida.
    Um grande abraço,
    Marcelo

  33. Éverson L. da Silva Diz

    Não teria que ter um sensor de nível máximo, em relação aquele exemplo que você deu?
    Sensor nível mínimo = 30%
    Sensor nível máximo =80%