Orientações práticas – TDPS – Estratégias de controle para processos industriais

Conteúdo deste tópico
– Planejamento de Experimentos
– Teste em Malha Aberta

Em comum, tanto os métodos em malha aberta, quanto os de malha fechada necessitam da prévia seleção de uma estrutura para o modelo e um bom planejamento para o experimento. Deve-se garantir que a coleta de dados seja confiável, com uma freqüência de amostragem adequada e sem distorções causadas por algoritmos de compressão de dados, falseamento ou intervalos entre amostragens irregulares. Além disso, os testes devem ser realizados sob o mínimo de influência de perturbações e nos pontos de operação corretos em que o processo costuma opera.

A seguir são apresentadas recomendações para o planejamento do experimento e para os testes em malha aberta e malha fechada.

Planejamento de Experimentos

Considerações preliminares para os experimentos:

Definir mecanismo de aquisição de dados e ferramentas para supervisão dos testes: Nos testes realizados nesta fase, algumas variáveis de processo precisam ser acompanhadas por meio de gráficos de tendência e registradas em arquivo de dados. Dados disponibilizados em estações de operação ou por meio de plataforma OPC podem ser utilizados para acompanhar o processo, porém nem sempre são adequados para a identificação, pois o período de amostragem pode ser insuficiente ou irregular. Neste caso, a solução pode ser o uso de um sistema de aquisição com conversor A/D conectado diretamente no painel de instrumentação ou cartões de E/S do CLP.
Identificar variáveis para monitoramento: Pesquisar no processo quais são as variáveis que podem afetar ou serem afetadas durante os testes. As mais críticas deverão ser acompanhadas por meio de gráficos de tendência durante os testes. É interessante ajustar a escala do gráfico de tendência de forma que sua faixa corresponda aos limites toleráveis de cada uma.
Identificar controladores que devem ser mantidos em manual: Num conjunto de malhas acopladas, durante a realização de testes em uma malha, as demais malhas devem ser mantidas em manual. Exemplos, num esquema de controle em cascata, durante os testes de uma malha interna, todas as malhas externas a ela devem permanecer em manual. Durante testes em malhas de pressão, todas as malhas de vazão instaladas na mesma linha ou em linhas derivadas devem ser mantidas em manual.
Definir ações de contingência para cada etapa do teste: Considerando a possibilidade de imprevistos, é recomendável pensar, antecipadamente, no procedimento mais adequado caso seja necessário abortar os testes.
Levantamento dos pontos de operação da malha: Ao consultar dados históricos de operação de uma malha, é possível determinar as faixas de operação mais comuns para a variável de processo (PV) e a saída do controlador (MV), além do ganho aproximado do processo (K_estimado). Os valores a serem atribuídos a MV durante os testes devem ser escolhidos de maneira que os sinais se mantenham em suas faixas históricas.

Teste em Malha Aberta

Para o teste em malha aberta, usado para a modelagem matemática das dinâmicas dominantes e para quantificação da banda de ruído e das limitações do atuador, sugere-se a seguinte seqüência:

Definir o tipo e a amplitude do sinal de “excitação”. Devido a sua praticidade, o teste com degrau na entrada é o mais comumente utilizado. Em outros casos, o teste com pulso ou duplo-pulso também são interessantes. A amplitude do sinal de teste deve ser suficientemente grande para obter uma resposta com uma boa relação sinal-ruído e com o mínimo de influência de perturbações de carga. Não deve, por outro lado, ser excessivo, para evitar que o processo saia da sua faixa de linearidade. O conhecimento prévio sobre o ganho estático do processo auxilia nessa definição.
Chavear o controlador para manual.
Remover filtro no transmissor.
Aguardar até que o processo esteja operando em regime permanente e com o mínimo de influência de perturbações. Durante este período também é possível registrar o espectro de potência da variável controlada sem a influência da ação do controlador.

Aplicar a seqüência de sinais de excitação para modelagem matemática. Caso a malha opere com válvula de controle, incluir algum teste para quantificar o agarramento e histerese da válvula. O uso de um sinal de medição real da posição da válvula ou inspeção visual torna o teste mais confiável. No caso do atuador se tratar de um motor ou bomba acionado por inversor de freqüência, deve-se verificar as limitações de velocidade programadas. A Figura 6a seguir mostra uma seqüência sugerida para os testes em processos auto-regulatórios.