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Uma malha interna. (vazão) regula a vazão de vapor (MV). Controle Cascata de Temperatura. PID. Processo. + -. SP. MV.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
1 / 21
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Departamento de Engenharia Química e de Petróleo – UFF Disciplina: TEQ102- CONTROLE DE PROCESSOS
Profa^ Ninoska Bojorge
2
Controle em Cascata
3
Introdução
Controle em Cascata
4 Funcionamento:
Dois controladores FB, mas apenas uma única válvula de controle (ou outro elemento final de controle).
O sinal de saída do "controlador do mestre" é o set-point para "controlador escravo".
Duas malhas de controle FB fechadas ("aninhadas“) com a malha de controle do "escravo" (ou "secundário") dentro da malha de controle do "mestre" (ou "primário").
O controlador primário cascateia o secundário.
Terminologia : Escravo vs Mestre Secundário vs Principal Interior vs Exterior
Controle em Cascata
Medição variável primária
Controlador primário
Controlador secundário
Elemento Final de controle
Medição variável secundária
SP 2
SP 1
TT 101
TC 101
TH Água de resfriamento
Produto
Reagente A
Forno Preaquecedor
Reator
Combustível
TC 102
T sp
T (^) reator
Controle em Cascata do Processo preaquecedor/reator reator
TH Temperatura do reagente preaquecido
T (^) reator
Malha simples de controle
TC 101
TH
TH
sp
T sp
T (^) reator
Controle escravo
Controle Mestre
T (^) reator
reator
TH Temperatura do reagente preaquecido
T (^) reator
FC FT^102 102
Controle em Cascata do Processo preaquecedor/reator
Duas malhas de controle em cascata
TT 101
TC 101
TH Água de resfriamento
Produto
Reagente A
Forno Preaquecedor
Reator
Combustível
TC 101
TH
TT 102
TC 102
TH
sp
TH
T sp
T (^) reator
Controle escravo
Controle Mestre
Outra alternativa
T (^) reator
reator
TH Temperatura do reagente preaquecido
T (^) reator
Controle em Cascata do Processo preaquecedor/reator
13
Controle em Cascata
14
Controle em Cascata
15
Controle em Cascata
As vantagens do sistema de cascata são:
1)os distúrbios que afetam a variável secundaria
são corrigidos pelo controlador secundário, que é
mais rápido, antes que possam influenciar a
medição primária.
2)o atraso de fase existente na malha secundaria é
reduzido pela malha secundária, melhorando a
velocidade de resposta da malha primária.
3)a malha secundária permite uma manipulação
exata da vazão de produto ou energia requerido
pelo controlador primário.
16
Controle em Cascata
Variáveis significativas de controle: Variável de saída ou controlada: Temperatura T (ºC) Variável manipulada ou controlada: u (% abertura da válvula). Varia Fv (l/s), vazão de vapor que é a variável de processo manipulada. Variáveis de perturbação: perturbação à entrada: Pa (atm), queda de pressão na válvula (se Pa muda à mesma abertura da válvula (u) a vazão Fv será diferente. Fv é uma variável secundaria que reflexa a perturbação antes de que se propague à saída e existe uma relação entre Fv e a variável de controle, u:
Perturbação à saída : Fe (l/s), mudanças na vazão de entrada (se transmitem diretamente à saída sem afetar previamente a outra variável de processo auxiliar)
19
Aplicações do Controle em Cascata
Aplicações
20
Resposta a mudanças na pressão de subministro de combustível: Se Pa muda, à mesma abertura de válvula (u), mudará Fv (energia aportada) e por tanto, afetará à temperatura T O efeito da perturbação se traduz numa mudança em T que será corregido pelo controlador de realimentação modificando a abertura da válvula, u
Aplicações do Controle em Cascata
Malha simples de controle de Temperatura num trocador de calor
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Malha Simples de Controle de Temperatura
D1: perturbação devido a Pa (com dinâmica GD1)
Diagrama de blocos:
O controlador realimentado não rejeitará as perturbações até que seu efeito se propague à saída.
Aplicações do Controle em Cascata
22
Aplicações do Controle em Cascata
25
Exemplo Trocador de calor: Diagrama de Controle
O controlador externo (TC-temperatura) fixa o ponto de referência do controlador interno (FC-vazão) cujo objetivo é corrigir o efeito sobre a vazão de combustível (Fv) da variação em Pa antes de que afete de forma significativa à temperatura T.
Aplicações do Controle em Cascata
26
Exemplo Trocador de calor: Diagrama de Controle
Aplicações do Controle em Cascata
27
Sintonia do Controle em Cascata
SINTONIA: primeiro se ajustam os parâmetros do controlador secundário. Posteriormente, com a malha secundaria fechada, se ajustam os do controlador primário. ETAPAS: SINTONÍA DA MALHA SECUNDARIA Obter um modelo da parte do processo secundário (modelo fenomenológico ou modelo experimental) Sintonizar o controlador secundário por qualquer dos métodos conhecidos de sintonia (normalmente se utiliza um PI já que o secundário deve ser uma malha rápida) SINTONÍA DA MALHA PRIMARIA Obter um modelo da variável controlada para as mudanças no SP do controlador secundário (com malha secundaria já no modo automático ou fechada).
Sintonizar o controlador primário por algum dos métodos conhecidos.
c p T
c v p sp
28
Sintonía:
Sintonizar primeiro as malhas interiores, logo as exteriores
Sintonia do Controle em Cascata
1 0
1 1
0
1 0
1 2 1 1
1
2 2 2
2 2 2 2
1 1
2 2 2 2 1 2 2 2 1 1
=
=
G G G G
G
G G G
G G G G
G G
G G G G G G G G G G
p cl c m
p
p v c
p v c m
c m
p v c m p p v c c m
31
Função de transferência do
Controle em Cascata
32
Sintonia do Controle em Cascata
33
Cascata Pressão -Temperatura
Sintonia do Controle em Cascata
Uma malha interna (vazão) regula a vazão de vapor (MV).
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Cascata Pressão –Temperatura: Diagrama de Blocos
Outras Aplicações do Controle em Cascata
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Aplicações do Controle em Cascata
sensor vazão
Lsp^ L
sensor nível
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tanque de compensação de água
Saída água resfriamento
Alimentação
Produto
Reator
Controle em Cascata de reator químico exotérmico
Bomba de recirculação
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A resposta para a mudanças na temperatura do refrigerante, Ti : afeta à T do reator e, por tanto, à reação. O que será corrigido pelo controlador modificando a abertura da válvula, u, e por tanto a vazão do refrigerante na jaqueta..
Refrigerante
Produto
Reagente
Ti
Aplicações do Controle em Cascata
40
O controlador externo (temperatura no interior-TC1) fixa o setpoint do controlador interno (temperatura da camisa-TC2) cujo objetivo é corrigir as perturbações que afetam a Tr antes de que afetem significativamente à temperatura T.
Aplicações do Controle em Cascata
