Slide da Aula do dia 04/02/2014 - IC 02 Introdução

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INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE 
Prof. José Batista 
CONCEITO 
 A Instrumentação, em engenharia, é associada ao 
estudo teórico e prático dos instrumentos e seus 
princípios científicos, utilizados para monitorar de 
forma contínua, ou discreta, o comportamento de 
variáveis de controle que de alguma forma venham 
interessar ao homem nas diversas áreas do 
conhecimento humano aplicado, ou seja, não apenas 
nos processos produtivos industriais. 
APLICAÇÕES DE UM MODO GERAL? 
 
 Monitoração: Algumas aplicações de instrumentos de 
medida têm a simples função de monitoração da variável 
medida, ou seja, suas medidas não são utilizadas para 
controle. Medidores de consumo de gás, água e energia 
elétrica utilizados em residências, são bons exemplos desta 
classe de aplicação (Albertazzi, 2002). 
 Análise Experimental de Engenharia (Investigação): 
Refere-se às aplicações onde a medição fornecida por algum 
instrumento tem uso destinado à uma análise pós-medição, 
para determinação de algum parâmetro, modelo e/ou 
validação do mesmo. 
 Controle de Processos: Uma aplicação muito frequente 
de instrumentação é a especificação de instrumentos de 
medida como elementos de uma malha de controle. Esta 
classe de aplicação é representada no diagrama de blocos, 
como apresentado na 
APLICAÇÕES RESUMIDAMENTE 
• Controle (Estabilização) dos Processos; 
• Otimização (Econômica) dos Processos; 
• Melhoria da Qualidade dos Produtos; 
• Segurança das Pessoas; 
• Segurança das Instalações; 
• Proteção ao Meio Ambiente; 
• Sequenciamento (registro) de Eventos; 
• Automação Integrada da Produção; 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
Instrumento: equipamento industrial responsável em controlar, medir, 
registrar ou indicar as variáveis 
de um processo produtivo. 
Controle: verificação de uma variável para possíveis correções fazendo com 
que a mesma permaneça 
dentro de uma tolerância de trabalho pré-determinada. 
Medir: determinar ou verificar a extensão de uma grandeza ou variável. 
Registrar: escrever ou lançar uma informação em papel (gráfico) ou em forma 
de arquivo eletrônico. 
Indicar: apontar, mostrar, sinalizar o valor de uma variável. 
Variável: são condições ou situações que ocorrem durante um processo 
produtivo, que podem ou não 
interferir no processo ou no produto, alterando a qualidade, a produtividade 
ou deixando o processo 
inseguro. As principais variáveis são: temperatura, pressão, vazão e nível. 
Processo: seqüência de operações em um conjunto de máquinas e/ou 
equipamentos necessários para 
a manufatura de um produto. 
TELAS DE SISTEMAS DIGITAIS DE OPERAÇÃO 
TELAS DE SISTEMAS DIGITAIS DE OPERAÇÃO 
 
 
 
 
Nível Gerenciamento 
 
 
 
 
Nível Célula 
 
 
 
Nível Chão 
de Fábrica 
 
Nível 
Atuador- 
Sensor 
Workstation, PC 
 
 
 
 
CLP, PC 
 
 
 
CLP, PC 
Acionamentos 
Válvulas 
 
Atuadores 
Sensores 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VARIÁVEL DE PROCESSO 
É aquela que indica diretamente a forma ou estado desejado do produto. 
Ex: Considere a figura a lado, a finalidade do sistema é fornecer uma 
vazão de água aquecida, ou seja, a variável de processo é a temperatura 
da água de saída. 
 
 
 
Meio Controlado 
É a energia ou material no qual a 
variável é controlada. O meio 
controlado é a água na saída do 
processo, onde a variável de processo, 
temperatura, representa uma 
característica da água. 
 
 
Meio Controlado 
Variável Manipulada 
É aquela sobre o qual 
controlador automático atua, 
no sentido de se manter a 
variável no 
valor desejado. A variável 
manipulada pode ser qualquer 
variável do processo que causa 
uma variação rápida na 
variável controlada e que seja 
fácil de se manipular. Para o 
aquecedor, a variável 
manipulada pelo 
controlador deverá ser a vazão 
de vapor 
Agente de Controle 
É a energia ou material do processo, 
da qual a variável manipulada é 
uma condição ou característica. 0 
agente de controle é o vapor, pois a 
variável manipulada é a vazão do 
vapor. 
 
VARIÁVEL DE PROCESSO 
MALHA DE CONTROLE 
É a ação de medir a variável de processo (PV), comparar com 
um valor pré-determinado (SP — set-point) e atuar na variável 
manipulada de modo a minimizar o erro. 
 
A malha de controle pode ser : 
Malha aberta 
Malha fechada 
TIPOS DE SISTEMAS INSTRUMENTADOS NA INDÚSTRIA 
 Sistemas de Malha 
Aberta 
 (ex.: Sistemas de 
Aquisição de Dados) 
consiste em um sistema que não possui realimentação. Mais 
detalhadamente o controle em malha aberta consiste em aplicar um sinal 
de controle na entrada de um sistema, esperando-se que na saída a 
variável controlada consiga atingir um determinado valor ou apresente um 
determinado comportamento desejado. Nesse tipo de sistema de controle 
não observamos a evolução do processo para a determinar o sinal de 
controle. 
A entrada não depende da 
saída, na verdade espera-se 
que na saída tenhamos o sinal 
desejado sem que possamos 
tirar informações dela para 
modificarmos a entrada. 
EXEMPLO SISTEMA DE MALHA ABERTA 
Exemplo: Considere o controle de um forno onde um operador com uma 
determinada experiência, estima o tempo que o forno deve ficar ligado a 
plena potência para que a temperatura chegue a um determinado valor. 
Obviamente, apenas com muita sorte, a temperatura do forno ao final do 
tempo pré-determinado será exatamente a desejada. 
De uma maneira geral, a temperatura ficará um pouco acima ou um 
pouco abaixo do valor desejado. Além disto, a temperatura final do forno 
provavelmente irá variar dependendo de variações temperatura 
ambiente, ou seja, a temperatura interna final do forno será diferente se 
a temperatura externa for de 5 ºC (inverno) ou 30 ºC (verão). 
EXEMPLO SISTEMA DE MALHA ABERTA 
TIPOS DE SISTEMAS INSTRUMENTADOS NA INDÚSTRIA 
TIPOS DE SISTEMAS INSTRUMENTADOS NA INDÚSTRIA 
EXEMPLO SISTEMA DE MALHA FECHADA 
Um exemplo é uma geladeira. Em uma geladeira a temperatura interna 
é medida e comparada com um valor de referência pré-estabelecido pelo 
usuário. Caso a temperatura interna fique acima da temperatura pré-
estabelecida (devido a temperatura externa ou a temperatura de algum 
alimento colocado na geladeira estar acima da temperatura interna), a 
geladeira é acionada e a temperatura começa a abaixar. Quando a 
temperatura atinge o valor de referência, o motor da geladeira é 
desligado. Desta maneira, a temperatura da geladeira tende a ficar em 
torno da referência. 
EXEMPLO SISTEMA DE MALHA FECHADA 
Um exemplo é uma geladeira. Em uma geladeira a temperatura interna 
é medida e comparada com um valor de referência pré-estabelecido pelo 
usuário. Caso a temperatura interna fique acima da temperatura pré-
estabelecida (devido a temperatura externa ou a temperatura de algum 
alimento colocado na geladeira estar acima da temperatura interna), a 
geladeira é acionada e a temperatura começaa abaixar. Quando a 
temperatura atinge o valor de referência, o motor da geladeira é 
desligado. Desta maneira, a temperatura da geladeira tende a ficar em 
torno da referência. 
DIAGRAMA DE BLOCOS 
FUNÇÕES DE INSTRUMENTOS 
Indicador 
Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na 
qual podemos ler o valor da variável. Existem, também, os indicadores 
digitais que mostram a variável em forma numérica com dígitos ou 
barras gráficas. 
FUNÇÕES DE INSTRUMENTOS 
Registrador 
Instrumento que registra a traço contínuo ou pontos em um gráfico. 
FUNÇÕES DE INSTRUMENTOS 
Transdutor 
É todo elemento, natural ou não, que converte uma forma de energia em 
outra, mas que o sinal de saída deste elemento não é padronizado isso é não 
tem uma unidade ou valor definidos. Um exemplo é o termo par, que tem 
uma saída em mV ou o PT100 que tem uma variação de resistência. 
 
FUNÇÕES DE INSTRUMENTOS 
Transmissor 
É um equipamento que consegue ler uma variável de um processo e 
fornecer um sinal de saída padronizado, como o 4-20 mA, o transmissor 
obrigatoriamente tem um transdutor interno, contudo um transdutor pode 
ser utilizado sem um transmissor. 
FUNÇÕES DE INSTRUMENTOS 
Controlador 
Controlador: Instrumento que compara a variável controlada com um 
valor desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável 
controlada em um valor específico ou entre valores determinados. A 
variável pode ser medida diretamente pelo controlador ou indiretamente 
através do sinal de um transmissor ou transdutor. 
FUNÇÕES DE INSTRUMENTOS 
Elemento Final de Controle 
Instrumento que modifica diretamente o valor da variável manipulada de 
uma malha de controle.