Objetivos amatrol

CAPÍTULO 1

CONTROLE DE TEMPERATURA ON/OFF

OBJETIVO 1 DESCREVER A FUNÇÃO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DETEMPERATURA

Os sistemas de controle de temperatura são utilizados para manter atemperatura de um fluido de processo ou de um material em um setpointespecífico ou dentro de uma faixa desejável. O controle de temperaturapode ser executado por meio de métodos de controle manuais ouautomáticos.

Em muitas aplicações de controle de temperatura, a vazão é avariável manipulada. A figura 1, por exemplo, mostra um sistema decontrole de temperatura no qual a água que flui por um lado de umtrocador de calor é aquecida por um óleo quente que flui pelo outro lado. Um controlador controla a taxa de vazão do óleo quente de forma que atemperatura do fluido de processo é mantida no setpoint desejado.

33301-AB-P PAA 10 CONTROLE DE TEMPERATURA BÁSICODireitos Autorais © 2007 Amatrol, Inc. 4

exT too aieL

125.0PV125.0SP

ENTRADA DE FLUIDO DE

PROCESSO FRIO

SAÍDA DE ÓLEO MORNO

ENTRADA DE ÓLEO QUENTE

VÁLVULA

TROCADOR DE CALOR

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

SAÍDA DE FLUIDO DE PROCESSO QUENTE

CONTROLADOR

SONDA DE RTD

15

10

5

20

25

30

CONVERSOR I/P

Figure 1. Sistema de Controle de Temperatura

OBJETIVO 2 DESCREVER A OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE CONTROLEDE TEMPERATURA ON/OFF E DIZER UMA APLICAÇÃO

O controle on/off ou controle de duas-posições é um método decontrole geralmente utilizado nas aplicações de controle de temperaturaem que a temperatura do processo deve ser mantida dentro de uma faixaespecífica. Ele é o mais simples e freqüentemente o mais barato métodode controle de processos automático. O controle on/off verifica o valorde uma variável de processo e devolve uma saída que é totalmente on(100%) ou totalmente off (0%). Não há qualquer ajuste intermediário nocontrole on/off.

A figura 2 mostra um exemplo de sistema de controle de temperatura on/off que utiliza uma válvula solenóide para controlar o fluxo de vaporem um trocador de calor de casco e tubo. O vapor aquece o fluido deprocesso frio à medida que ele atravessa o tubo do trocador de calor.Depois de atravessar o trocador de calor, o fluido de processo escoa emum recipiente que contém um sensor de temperatura. O sensor detemperatura envia um sinal ao controlador que indica a temperatura dofluido de processo. O controlador também mantém a temperatura doprocesso entre os limites alto e baixo pré-ajustados, abrindo e fechandocompletamente a válvula solenóide.


exT too aieL

SSTEAM

IN

ON/OFFSOLENOID

VALVE STEAMOUT

HEATEXCHANGER

OUTPUT = 0% (OFF)OR 100% (ON)

CONTROLLER

PROCESSFLUID

IN

PROCESSFLUIDOUT

RTDPROBE

Figure 2. Controle de Temperatura On/Off

Quando a temperatura do processo estiver abaixo do limite inferiorde temperatura, o controlador detecta este estado e abre a válvulasolenóide permitindo a entrada de vapor no trocador de calor. Atemperatura no interior do recipiente aumenta até alcançar o limitesuperior de temperatura. Nesse ponto, o controlador fecha a válvulasolenóide para impedir a entrada de vapor no trocador de calor. Atemperatura no interior do recipiente começa então a diminuir atéalcançar o limite de temperatura inferior e, partir daí, o ciclo se repete.

Quando a temperatura estiver entre os seus limites superior e inferior não haverá qualquer mudança na saída do controlador. Como não háqualquer mudança na saída, também não haverá qualquer mudança naposição do elemento final de controle (válvula). Por este motivo, a região entre os limites alto e baixo é chamada de zona morta ou zona neutra,conforme ilustração da figura 3. As barras estão espaçadas em intervalosiguais para ilustração, porém, na indústria, os intervalos de tempo entreas aberturas e fechamentos da válvula podem ser completamentealeatórios.

Se a zona morta for muito estreita, o elemento de controle ligará edesligará constantemente, tendo sua vida útil reduzida. Portanto, umsistema de controle on/off deve ser projetado de forma que a sua zonamorta seja larga o suficiente para prevenir oscilações freqüentes e aindacontrolar a variável de processo dentro de limites aceitáveis. Umalimitação dos sistemas de controle on/off é que eles não podem manter avariável em um setpoint específico.


POSIÇÃO DA VÁLVULA

ABERTA

FECHADA

TEMPO

TEMPERATURA

ZONA MORTA

ON OFF ON OFF ON OFF

TEMPERATURA REAL

TEMPERATURA ALTA

TEMPERATURA BAIXA

Figure 3. Resposta do Processo vs Posição do Elemento Final deControle

Um outro método comum utilizado para executar o controle on/offinclui o uso de uma chave interruptora para energizar e desenergizar umelemento de aquecimento ou um circuito elétrico. Os termostatosfreqüentemente utilizam este método para controlar a temperatura daágua em tanques de água quente.

A figura 4 apresenta o exemplo de um termostato de bulbo sensorque utiliza uma chave interruptora interna para ativar e desativar umelemento de aquecimento a fim de controlar a temperatura do líquido notanque. Quando os contatos da chave estiverem fechados, será aplicadauma corrente no elemento de aquecimento e o líquido será aquecido,conforme ilustração da figura.


TUBO CAPILAR

TERMINAIS DE CONTATO

5060

70

80

90

100

110 120

20

30

40

TEMPERATURA65° C

CONTATOS FECHADOS

FONTE DE ALIMENTAÇÃO+ -

ELEMENTO DE AQUECIMENTO

ENERGIZADO

SP

BULBO SENSOR

Figure 4. Termostato Ativando um Elemento de Aquecimento em um Sistema de Controle On/Off

Quando o líquido alcança a temperatura desejada, os contatos dachave abrem. O fornecimento de corrente ao elemento de aquecimentoserá interrompido, desativando-o, como mostra a figura 5. O líquido,então, começa a esfriar.


TUBO CAPILAR

TERMINAIS DE CONTATO

5060

70

80

90

100

110 120

20

30

40

TEMPERATURA70° C

CONTATOS ABERTOS

BULBO SENSOR

FONTE DE ALIMENTAÇÃO+ -

ELEMENTO DE AQUECIMENTO

DESENERGIZADO

Figure 5. Termostato Desativando um Elemento de Aquecimento em um Controle On/Off

OBJETIVO 3 DESCREVER COMO CONFIGURAR E OPERAR UMCONTROLADOR HONEYWELL UDC 3500 PARA EXECUTAR UM

CONTROLE DE TEMPERATURA ON/OFF

Os controladores digitais são freqüentemente configurados paracontrolar processos usando métodos de controle em malha fechadaautomáticos avançados. Porém, como o controle on/off é relativamentesimples, em comparação com os outros métodos, e como ele ainda éamplamente usado na indústria, os controladores digitais, além deexecutarem os métodos mais avançados de controle de processos,também possuem a capacidade para efetuar o controle on/off.

A figura 6 mostra um controlador conectado a um RTD e a umaválvula solenóide para efetuar um controle de temperatura on/off. Aválvula solenóide está conectada a um dos relés de saída do controlador.


exT too aieL

L1

L2/N

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30.

31

32

33

34

35

36

SENTRADA DE VAPOR

VÁLVULA SOLENÓIDE

ON/OFF SAÍDA DE VAPOR

TROCADOR DE CALOR

1.SAÍDA = 0% (OFF)OU 100% (ON)

ENTRADA DE FLUIDO DE PROCESSO

SAÍDA DE FLUIDO DE PROCESSO

SONDA DE RTD

CONEXÕES DO RTD

CONTROLADOR (TERMINAIS DE CONEXÃO)

TERMINAIS DE RELÉS

10

11

12PARA A VÁLVULA SOLENÓ

CONEXÕES DA ENTRADA 1 (34, 35, 36)

Figure 6. Controlador Conectado para Controle On/Off

Todos os relés de saída do Honeywell UDC 3500 são projetados para operar no modo de falha segura. Isso significa dizer que os relés somente serão energizados quando a alimentação for aplicada e a PV não excedero valor do SP. Enquanto os relés estiverem energizados, os contatos NAestarão fechados e os contatos NF estarão abertos. Quando a alimentação for removida ou quando uma condição de alarme estiver presente, osrelés serão desenergizados e os seus contatos retornarão aos seus estadosnormais. Este é o motivo pelo qual a válvula solenóide, na figura 6, estáconectada aos contatos NF.

Os passos a seguir descrevem como configurar um controladorHoneywell UDC 3500 para controle de temperatura on/off.

Passo 1: Ajustar os parâmetros de entrada - Os parâmetros deentrada para controle de temperatura são os mesmos utilizados paraoutras variáveis de processo. Eles estão localizados no grupo deparâmetros INPUT1 do menu de setup (configuração), conformeilustração da figura 7.

Você deve indicar ao controlador o tipo de sinal de entrada (ex:termopar, RTD, 4-20 mA, etc.), o valor exibido que corresponde àentrada alta e o valor exibido que corresponde à entrada baixa. Osparâmetros de entrada geralmente programados são:

• IN1 TYPE

• IN1 HIGH

• IN1 LOW


-SP

1234

1234

1234

SPSelect

RunHold

ManAuto

Setup

LowerDisplay

Func.Loop 1/2

ALM

DI

OUT

MAN F

PV

SP

Figure 7. Grupo de Parâmetros INPUT1

Passo 2: Selecionar controle on/off - O parâmetro CONT ALG nogrupo de parâmetros de ALGORITHM deve ser ajustado para ON-OFFpara o controlador operar no modo de controle on/off.

Passo 3: Ajustar o valor de histerese - O valor de histereseestabelece uma faixa morta (zona neutra) em torno do setpoint no qualnão há qualquer mudança na saída do controlador. O parâmetro dehisterese é denominado OUT HYST, conforme ilustração da figura 9, eestá localizado no grupo de parâmetros CONTROL do menu de setup.


-SP

1234

1234

1234

SPSelect

RunHold

ManAuto

Setup

LowerDisplay

Func.Loop 1/2

ALM

DI

OUT

MAN F

PV

SP

Figure 8. Parâmetro CONT ALG Ajustado para ON-OFF

-SP

1234

1234

1234

SPSelect

RunHold

ManAuto

Setup

LowerDisplay

Func.Loop 1/2

ALM

DI

OUT

MAN F

PV

SP

Figure 9. Parâmetro de Histerese de Saída (OUT HYST)

O valor de histerese é ajustado de 0 a 100% do span da variável deprocesso (PV). Metade do valor de histerese é estabelecido acima dosetpoint e a outra metade é estabelecida abaixo do setpoint.

Por exemplo, um processo tem uma faixa de temperatura de 90°F a100°F, um valor de histerese de 10 (10% do span da PV) e um SP de95°F. 10% de 10°F (span da PV) é 1, e a metade de 1 é 0.5. Portanto, asaída de controlador será 100% quando a PV subir acima de 95.5°F (SP+ 0.5) e 0% quando a PV cair abaixo de 94.5°F (SP - 0.5).

Passo 4: Sair do menu de setup e ajustar o setpoint - Assim quetodos os parâmetros necessários tiverem sido ajustados, deve-sepressionar a tecla de Lower Display para sair do menu de setup. A teclade Lower Display deverá ser, em seguida, usada para exibir o SP.Finalmente, o SP será ajustado por meio das teclas de up/down (paracima/para baixo �/�).

Passo 5: Colocar o controlador no modo automático - O controleon/off é um método de controle automático. Portanto, o controladordeverá ser colocado no modo automático.

Passo 6: Executar o processo - O controlador deverá manter avariável de processo entre os limites alto e baixo determinados pelosvalores do setpoint e de histerese.


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