64ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

IDENTIFICAÇÃO E CONTROLE PI VIA SOFTWARE ARTAN E CIRCUITO ANALÓGICO EM PLANTA DE CONTROLE E REGULAÇÃO DE NÍVEL.

Alessandra Helena Kimura Palmeira 1 Bruno Avelino Vasconcelos 1 Joaldo do Nascimento Aguiar Soares Junio 1 Roberto Kauê Cavalcante Magalhães 1 Rejane de Barros Araújo 2

1. Engenharia de Controle e Automação – Instituto Federal do Pará - IFPA 2. Profa. Mestre/ Orientadora – DEPIN - IFPA

INTRODUÇÃO:

No controle de processos, é muito útil o conhecimento da planta que se deseja controlar, assim, técnicas de identificação de sistemas podem ser aplicadas para conhecer os parâmetros e projetar um controlador adequado. Neste caso, a planta identificada e controlada corresponde a uma planta didática de nível, que simula o processo real, porem em menor escala, do controle de vazão de água para o reservatório que pode apresentar saídas por meio da abertura separada ou em conjunto de duas válvulas, que simula as perturbações no sistema.

METODOLOGIA:

A planta analisada neste trabalho consiste de dois tanques, um com água e outro que deseja-se preencher a um nível determinado (set point), um sistema de moto-bomba que bombeará a água do tanque maior para o tanque desejado que é graduado em escala de 0 à 100, com sensores resistivos que medem o nível e a vazão é controlada por uma válvula pneumática. Para inserir perturbações nesta planta, há duas válvulas de saída, todo o processo pode ser controlado e/ou visualizado via o software ARTAN ou inserir um controlador externo. Para desenvolvimento do controlador PI a ser utilizado no controle da planta didática de nível, primeiramente, identificou-se o sistema observando em que tempo a saída atinge 64% do seu valor de regime sem controlador e utilizando o software ARTAN para visualização, em seguida, foi projetado um controlador PI e simulado juntamente com o sistema identificado utilizando o MATLAB, para então aplicar o controlador desenvolvido na planta via computador (ARTAN). Assim, foi projetado com base no controlador PI desenvolvido um circuito analógico que foi inserido na planta em malha fechada em substituição ao controlador via computador.

RESULTADOS:

Sem a utilização de controladores, a planta comporta-se como um sistema de primeira ordem, no sistema identificado observou-se uma constante de tempo de 70 segundos, mostrando como o processo é lento, tendo um tempo de subida de 154 segundos e acomodação de 274 segundos, além de que quando se insere alguma perturbação (abertura de válvulas) o sistema não consegue responder adequadamente. Por isso foi desenvolvido um controlador PI para melhorar a resposta do sistema, tornando-a mais rápida e diminuindo o erro de regime permanente na presença de perturbações. O controlador projetado possui o ganho proporcional de 2 e a constante da integral de 4, reagindo bem a perturbações. Com uma válvula aberta, o nível do tanque oscilou em um intervalo de 35 segundos porem conseguiu estabilizar-se sem erro de regime permanente, porem quando se abre as duas válvulas ao mesmo tempo o nível oscila entre 40 e 60, sendo o valor desejado em 50 (nível). Este controlador foi projetado também em forma de circuito analógico, simulado com o software Proteus e aplicado a planta real, com sinal de entrada o sensor de nível e saída o sinal para a válvula pneumática. O circuito é composto de resistores, capacitores e amplificadores operacionais.

CONCLUSÃO:

Os sistemas identificados e reais apresentam comportamento semelhante, demostrando que a identificação foi satisfatória. Os testes do controlador simulados (computacionalmente com software Matlab) e aplicados à planta (via ARTAN) apresentam resultados satisfatórios na resposta aos distúrbios gerados pela abertura das válvulas. O controlador PI foi aplicado à planta de forma analógica utilizando um circuito analógico que se comportou de maneira semelhante ao controlador via software ARTAN.

Palavras-chave: Controlador PI, Controlador analógico, Identificação de sistemas.