Terminologia
Malha de controle
É uma estrutura composta pelo menos por um instrumento de medição (sensor), um controlador e um atuador de processo (ex.: válvula ou variador de velocidade). O controlador gera ações que são executadas pelo atuador com objetivo de intervir no processo conduzindo ou mantendo a variável controlada (aquela monitorada pelo instrumento de medição) próxima de uma referência informada ao controlador.
Esta estrutura, onde a variável manipulada (MV) é função da própria variável controlada (PV) e vice-versa, é chamada de controle com retroalimentação ou controle em malha fechada.
A seguir o diagrama de blocos de uma malha de controle e siglas utilizadas para identificar os sinais.
Outras definições:
- Variável Controlada, Variável de Processo ou Process Variable (PV): é o sinal que representa a grandeza física que está sendo controlada;
- Valor Desejado, Valor de Referência ou Setpoint (SP): Valor desejado para a PV;
- Sensor: Instrumento usado para obter medidas da PV;
- Variável Manipulada ou Manipulated Variable (MV): sinal que representa a grandeza física manipulada pelo controle com objetivo de intervir no processo;
- Controlador, Compensador ou Controller: Executa uma lei de controle, gerando a ação que tenta eliminar o erro (SP-PV). O controlador é processador de sinais, e sua natureza física corresponde a mesma dos sinais sendo processados, ou seja, pode ser um artefato mecânico ou pneumático, um circuito eletrônico, um algoritmo executado por um microcomputador, entre outros;
- Atuador: É um equipamento que compõe o processo, mas com o papel de modificar uma ou mais condições operacionais deste respondendo a ação solicitada pelo controlador.
Controle em “Malha Aberta”
É quando a ação de controle deixa de ser função direta da variável controlada. Muitas vezes isso ocorre quando não há um instrumento de medição ou este não é utilizado, ou seja, não é possível criar um elo de retroalimentação. Ou pode ocorrer também quando a retroalimentação é interrompida em algum ponto para inserção de um sinal de teste.
O controle em malha aberta portanto é “cego”, sem garantia de que a variável controlada atende o valor desejado. Por outro lado tem um menor custo de implementação e manutenção .
Um exemplo é o controle de temperatura em fornos domésticos. A temperatura desejada é ajustada pela posição de um registro graduado. Este irá determinar a vazão de gás e, consequentemente, a temperatura no interior do forno. Isso tudo realizado sem a presença de um sensor de temperatura.
Ruídos, Distúrbios e Perturbações de Carga
O setpoint não é o único sinal externo que influencia no funcionamento da malha de controle. O controle precisa também tratar ruídos de medição e distúrbios que causam desvios na variável controlada.
- Ruído: é uma informação espúria que se mistura ao sinal original, proveniente de interferências na geração ou transmissão. Dependendo de sua potência espectral e relação sinal/ruído pode reduzir o desempenho de controle e comprometer vida útil de componentes.
- Distúrbio, perturbação, mudança de carga: É qualquer evento externo e independente da malha de controle capaz de afetar a variável controlada. Alguns são previsíveis, tal como intervenções operacionais que alteram ritmos de produção, tipo de produto ou modo de funcionamento de equipamentos. Outros são causados por alterações ambientais ou nas características de matérias primas. E muitas outras causas são desconhecidas e imprevisíveis resultado da combinação de inúmeros fenômenos não controlados e intrínsecos ao processo.
Por exemplo, no controle de temperatura de um forno, distúrbios comum são: queda de temperatura após abertura de uma porta (perturbação planejada), inserção de uma massa fria no interior (mudança de carta), variação na pressão ou poder calorífico do combustível (perturbação não controlada).
Abaixo um esquema de uma malha de controle considerando a influência de distúrbios e ruído de medição.
Controle Manual x Automático
O controle é dito estar em modo manual quando a função de um dos elementos da malha é desempenhada por um humano (medição, atuação ou tomada de decisão). Isso não elimina a condição de controle em “malha fechada”, ou seja, podemos ter um controle em malha fechada manual ou automático, assim como ocorre com o controle em malha aberta.
Na Figura abaixo temos um exemplo de um controle em malha fechada em modo manual. Um tanque é equipado com válvula e sensor de nível e um humano determina a posição da válvula a partir da observação do nível.
