Controle de razão
O controle de razão é utilizado quando se requer a manutenção da proporção entre duas ou mais variáveis em um processo. Isso ocorre, por exemplo, em sistemas de combustão, onde a relação entre fluxos de ar e combustível devem respeitar a proporção estequiométrica.
Outros exemplos são processos onde uma proporção exata de ingredientes ou insumos devem ser adicionados a um tanque de produto. Ou na adição de reagentes em reatores.
A seguir são apresentadas algumas modalidades para implementação deste tipo de controle:
Controlador de razão seguidor de PV
O setpoint de uma malha de controle é gerado a partir de uma PV externa. Considere, por exemplo, um sistema de controle projetado para manter uma razão R entre a vazão B e a vazão A. No projeto do tipo “Seguidor de PV”, uma das vazões irá seguir proporcionalmente a outra, neste caso a vazão B irá seguir a vazão A.
A maneira correta de fazer esta implementação é manipular o SP do controle de vazão do ingrediente B em função da razão desejada multiplicada pela vazão medida do ingrediente A.
Controlador de razão seguidor de SP
Nesta configuração o setpoint de cada malha é calculado como proporção de um valor de referência comum. Ver Figura 11.
Controlador de razão seguidor de SP em cascata
É comum associar a estratégia em mestre-escravo com a estratégia de controle em razão.
No exemplo anterior, caso o nível tivesse que ser controlado pela vazão de entrada e, ao mesmo tempo, a proporção das vazões de entrada tivessem que ser mantidas, então teríamos a configuração mostrada abaixo.
ver considerações de projeto
Controle de Combustão
O papel de uma estratégia para controle de combustão é atender a demanda térmica requerida por um controle principal e, ao mesmo tempo, manter a proporção correta nas vazões de ar e combustível. A demanda térmica é normalmente o sinal de saída de um controlador de temperatura. Este sinal é enviado para as malhas escravas de vazão que operam numa estratégia de controle em razão.
No controle de razão, excesso de ar na proporção ar/gás significa perda no rendimento térmico. Já o excesso de gás é um problema mais grave, pois apresenta risco à segurança.
Gás seguindo Ar
A saída do controlador de temperatura TIC101 é setpoint para o controlador de vazão de ar FIC103, enquanto que o setpoint do gás é obtido pela proporção Gás/Ar (R).
Na queda de demanda térmica (diminuição das vazões), há uma tendência de haver excesso de gás, já que primeiro o ar irá diminuir, tendo a vazão de gás como seu seguidor.
Ar seguindo Gás
A saída do controlador de temperatura TIC101 é setpoint para o controlador de vazão de gás FIC102, enquanto que o setpoint do ar é obtido pela proporção Ar/Gás (R).
No aumento da demanda térmica (aumento das vazões), há uma tendência de haver novamente excesso de gás, já que primeiro o gás irá crescer, tendo a vazão de ar como seu seguidor.
Limites Cruzados
O limite cruzado faz com que o sistema privilegie o excesso de ar nos regimes transitórios: Em demandas crescentes o gás segue o ar, e em demandas decrescentes, o inverso.
O set-point de Ar é obtido como sendo o maior sinal entre a demanda e o valor solicitado pelo gás; O set-point de Gás é obtido como o menor valor entre a demanda e o solicitado pelo Ar.
Duplo Limites Cruzados
O Limite cruzado duplo garante a razão ar/gás em detrimento de qualquer outro requisito, inclusive na falha ou falta de algum deles. Enquanto a demanda (saída do TIC) estiver entre as necessidades cruzadas +k e –k ela é setpoint para ambos os controladores de vazão.
Se uma das malhas “agarra”, a outra deixa de seguir o SP, e também fica “agarrada” nos limites, garantindo a proporção ar/gás.
Considerações de projeto:
– Nas estratégias de Limites Cruzados e Duplo Limites Cruzados as malhas de vazões devem ter a mesma velocidade.
– A malha mestre (temperatura) devem ser pelo menos 3 vezes mais lenta
– O limites de liberdade (+k e –k) influem na velocidade de resposta da cascata. Quanto maior o valor “k”, maior é a folga para as malhas escravas variarem, porém a proporção é menos atendida.
Considerações de projeto
- Seguidor de PV
- A malha seguidora deve ser pelo menos 3 vezes mais rápida . Isso garante que a proporção será atendida mesmo durante transitórios.
- Seguidor de SP
- As malhas de controle devem ser projetadas para responder com a mesma velocidade (devem ter a mesma constante de tempo de malha fechada). Isso garante que a razão seja atendida durante transitórios (mudanças de SP)
- A velocidade da malha mais lenta limita a velocidade da malha mais rápida.
- Seguidor de SP em cascata
- Determinar entre as malhas internas, qual é a mais lenta;
- Sintonizar agressivamente a malha mais lenta;
- Sintonizar as outras malhas internas com a mesma velocidade;
- Sintonizar a malha externa com tempo de resposta 3 a 5 vezes maior