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Este projeto consiste em desenvolver um sistema elétrico-eletrônico para realizar o controle de temperatura de uma resistência elétrica.
Tipologia: Teses (TCC)
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Não perca as partes importantes!
Trabalho de Conclusão de Curso submetido ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina como parte dos requisitos para a obtenção do título de Bacharel em Engenheira Mecatrônica Professor Orientador: Valdir Noll FLORIANÓPOLIS, DEZEMBRO DE 2018.
A todos aqueles qυе dе alguma forma estão е estiveram próximos a mim, fazendo cada vez mais tudo valer а pena.
A educação é a arma mais poderosa que você pode usar para mudar o mundo. (Nelson Mandela)
Este projeto consiste em desenvolver um sistema elétrico-eletrônico para realizar o controle de temperatura de uma resistência elétrica. O modo de medir a temperatura será por termopar tipo K. O controle de temperatura será por meio da implementação de um controlador do tipo PID, cuja ação de controle será um comando PWM, através do microcontrolador ESP8266, na plataforma NodMCU. O software para acionar uma resistência elétrica e realizar o controle da temperatura será feito através de uma plataforma na WEB (uma página HTML), tentando utilizar os conceitos de internet das coisas. Nessa interação, o usuário também receberá informações da temperatura atual e do seu histórico, podendo configurar e acompanhar e o desenvolvimento do controle por meio da temperatura medida. O controlador desenvolvido permite alterar o valor de referência para o controle e ligar/desligar a ação de controle. Além disso, permite visualizar graficamente o comportamento da temperatura e do valor da ação de controle. Os resultados alcançados mostram que o gerenciamento remoto é uma boa ferramenta para administrar sistemas de controle que não exigem velocidades de respostas muito rápidos, tais como o controle de temperatura. Palavras-Chave : Gerenciamento Remoto. Controle PID. ESP8266. NodeMCU. Internet das Coisas.
A comunicação de dados sem fio tem se tornado, cada vez mais, alvo de estudos e implementações práticas no meio industrial, por permitir ter acesso aos dados de maneira simples, intuitiva. Mantém-se, também, esses dados em banco de dados de maneira automática, permitindo a análise posterior do comportamento de sistemas industriais. É fato que o uso de comunicação de dados sem fio tem crescido no meio industrial, especialmente com o advento da Industria 4.0, sendo, portanto, alvo de estudos e pesquisas nessa área. Também é notório que o problema de controle de temperatura é um dos mais importantes tipos de controle realizados atualmente, pois em quase todas as plantas industriais há a necessidade de se medir e controlar a temperatura de algum processo. Um exemplo, o controle de fornos na indústria metal-mecânica para o forjamento de metais, o cozimento de alimentos na indústria alimentícia, o controle de temperatura na fabricação de polímeros usados na indústria química, dentre outros exemplos. Aliando-se esses dois aspectos, monitorar e controlar a temperatura por meio de uma interface WEB se torna um importante trabalho, no sentido de controlar um processo clássico, e de monitorar em tempo real o seu comportamento por meio de um aplicativo WEB , podendo, inclusive, agir no sentido de desligar e alterar variáveis de controle sem estar próximo à planta. Nesse sentido, justifica-se desenvolver um trabalho de conclusão de curso nessa importante área, além de fornecer conhecimentos práticos importantes para um futuro engenheiro mecatrônico.
Conforme exposto na justificativa, este projeto visa monitoramento e controle de temperatura por meio de uma interface WEB. Para demonstrar os princípios de funcionamento, propõem-se controlar a temperatura de uma resistência elétrica utilizada em ferro de passar roupa, conectada à um relé de estado sólido e a uma fonte de tensão de corrente alternada. O relé de estado sólido é uma chave eletrônica que recebe um sinal de controle da plataforma de controle, que, além de controlar a temperatura, também envia informações à rede ethernet sem fio, para serem analisadas e informadas numa página WEB. Para realimentar o sistema de controle PID, tem-se um sensor de temperatura do tipo termopar, tipo K, fixado à mesma superfície que a resistência, e um amplificador de instrumentação que recebe o valor do termopar, amplifica, e envia para o conversor ADC, para a conversão de temperatura analógica em digital. Esses dados digitais servirão de base para o controle e monitoramento da temperatura. Por fim, deve-se realizar uma interface gráfica que permita ao usuário interagir com o sistema proposto, de maneira simples e funcional, alterando alguns parâmetros de controle e monitorando a temperatura. 1.3 OBJETIVO GERAL Desenvolver o controle PID da temperatura de um sistema de medição de temperatura e gerenciar esse sistema por meio de um acesso à internet sem fio.
Para compreender o funcionamento da eletrônica presente no projeto, é necessário o entendimento das tecnologias empregadas. Como o projeto proposto visa desenvolver um sistema de gerenciamento remoto de temperatura, através de um controlador PID numa plataforma que possibilita a comunicação sem fio, é necessário apresentar os principais conceitos utilizados no desenvolvimento deste projeto. 2.1 Acesso remoto O acesso remoto é uma ferramenta a qual possibilita que o usuário de um determinado sistema possa interagir com ele à distância - isto é, longe fisicamente do sistema determinado. O gerenciamento remoto, então, permite controlar e monitorar esse sistema à distância. Para utilizá-lo, é necessária a conexão com dispositivos externos que permitam a comunicação sem fio (PANORAMA POSITIVO, 2018). A comunicação sem fio, por sua vez, é uma tecnologia que permite a transmissão de dados entre dispositivos sem a necessidade de um cabo ou fio entre eles, basta que os mesmos estejam conectados a uma mesma rede. Tais tecnologias têm sido amplamente empregadas em diferentes áreas como, por exemplo, as redes de telefonia celular, a transmissão de dados via satélite e, sobretudo, as redes sem fio com abrangência local, classificadas como Wireless LAN, também conhecidas como redes Wi-Fi , presentes em ambientes residenciais e corporativos (BOBAK, 2001). Através de rede wi-fi , pode-se realizar esse gerenciamento remoto de um determinado sistema. O sistema aqui proposto possui uma resistência elétrica, a qual receberá um sinal para realizar seu aquecimento, e quem enviará esse sinal, será o controlador PID, que receberá o valor da temperatura em tempo real.
2.2 Controlador PID O controlador PID, ou simplesmente PID, é uma técnica de controle de processos que une as ações derivativa, integrativa e proporcional, fazendo, assim, com que o sinal de erro seja minimizado pela ação do proporcional, zerado pela ação integral e obtido com uma velocidade antecipativa pela ação derivativa. Para realizar a modelagem do processo, é necessário obter a curva em malha aberta do sistema. Após realizado o modelo do processo, é possível realizar os cálculos necessários para o controle. Os sistemas de controle de malha aberta são aqueles em que o sinal de saída não exerce nenhuma ação de controle no sistema, neles o sinal de saída não é medido nem utilizado para realimentação do sistema para comparação com a entrada conforme a Figura 1 (OGATA, 20 11 ). Figura 1 - Diagrama de blocos de um sistema de controle em malha aberta Fonte: OLIVEIRA ( 1999 ). Já no controle em malha fechada, o sinal de saída possui um efeito direto na ação do controle e é designado por um sistema de controle com realimentação. Neste tipo, o sinal de erro que corresponde à diferença entre os valores de referência e de alimentação, é introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e a manter a saída do sistema num determinado valor pretendido pelo usuário (OGATA, 2011). A Figura 2 representa este processo.