Ministério da Educação Profissional

Universidade Politécnica de Tomsk

Skorospeshkin M.V.

Noções básicas de automação de processos industriais

Notas de aula

Parte 1. Teoria do Controle Automático (TAC)

1. Termos e definições básicas de TAU.

1.1. Conceitos Básicos.

Os sistemas de controle de processos tecnológicos modernos são caracterizados por um grande número de parâmetros tecnológicos, cujo número pode chegar a vários milhares. Para manter o modo de operação exigido e, em última análise, a qualidade dos produtos, todas essas quantidades devem ser mantidas constantes ou alteradas de acordo com uma determinada lei.

As grandezas físicas que determinam o progresso de um processo tecnológico são chamadas Parâmetros do processo . Por exemplo, os parâmetros do processo podem ser: temperatura, pressão, vazão, tensão, etc.

Um parâmetro de processo tecnológico que deve ser mantido constante ou alterado de acordo com uma determinada lei é denominado variável controlada ou parâmetro ajustável .

O valor da quantidade controlada no momento considerado é chamado valor instantâneo .

O valor da grandeza controlada obtido no momento considerado com base nos dados de algum dispositivo de medição é chamado de valor medido .

Exemplo 1. Esquema de controle manual de temperatura da cabine de secagem.

É necessário manter manualmente a temperatura na cabine de secagem no nível T definido.

O operador humano, dependendo das leituras do termômetro de mercúrio RT, liga ou desliga o elemento de aquecimento H usando o interruptor P. 

Com base neste exemplo, você pode inserir definições:

Objeto de controle (objeto de regulação, OU) – um dispositivo cujo modo de operação requerido deve ser suportado externamente por ações de controle especialmente organizadas.

Ao controle – formação de ações de controle que garantam o modo de operação necessário do amplificador operacional.

Regulamento – um tipo particular de controle quando a tarefa é garantir a constância de qualquer valor de saída do amplificador operacional.

Controle automático – controle realizado sem participação humana direta.

Influência de entrada (X)– influência aplicada à entrada de um sistema ou dispositivo.

Impacto na produção (S) – o impacto produzido na saída de um sistema ou dispositivo.

Influência externa – o impacto do ambiente externo no sistema.

O diagrama de blocos do sistema de controle do exemplo 1 é mostrado na Fig. 1.2.

Exemplo 2. Esquema de controle automático de temperatura da cabine de secagem.

O circuito utiliza um termômetro de mercúrio com contatos RTK. Quando a temperatura sobe até uma determinada temperatura, os contatos são fechados por uma coluna de mercúrio, a bobina do elemento relé RE é excitada e o circuito do aquecedor H é aberto pelo contato RE. Quando a temperatura cai, os contatos do termômetro se abrem, o relé é desenergizado, retomando o fornecimento de energia ao objeto (ver Fig. 1.3). 

R
é. 1.3

Exemplo 3. Circuito ASR de temperatura com ponte de medição.

Quando a temperatura do objeto é igual à dada, a ponte de medição M (ver Fig. 1.4) está equilibrada, nenhum sinal é recebido na entrada do amplificador eletrônico e o sistema está em equilíbrio. Quando a temperatura se desvia, a resistência do termistor R T muda e o equilíbrio da ponte é perturbado. Na entrada do EC surge uma tensão cuja fase depende do sinal do desvio da temperatura em relação à definida. A tensão amplificada no EC é fornecida ao motor D, que movimenta o motor do autotransformador AT na direção apropriada. Quando a temperatura atingir o valor ajustado, a ponte será equilibrada e o motor será desligado.

(exercício)

O valor do valor da temperatura definida é definido usando o resistor R definido. 

Com base nos exemplos descritos, é possível determinar um diagrama de blocos típico de um sistema de controle automático de circuito único (ver Fig. 1.5). Designações aceitas:

x - ação de referência (tarefa), e = x - y - erro de controle, u - ação de controle, f - influência perturbadora (distúrbio).

Definições:

Definindo influência (o mesmo que a influência de entrada X) - a influência no sistema que determina a lei de mudança necessária da variável controlada).

Ação de controle (u) - o impacto do dispositivo de controle no objeto controlado.

Dispositivo de controle (CD) - um dispositivo que influencia o objeto de controle para garantir o modo de operação necessário.

Influência perturbadora (f) - um impacto que tende a perturbar a relação funcional necessária entre o impacto de referência e a variável controlada.

Erro de controle (e = x - y) - a diferença entre os valores prescritos (x) e reais (y) da variável controlada.

Regulador (P) - conjunto de dispositivos conectados a um objeto regulado e que proporcionam manutenção automática do valor definido de sua variável controlada ou sua alteração automática de acordo com uma determinada lei.

Sistema de controle automático (ASR) - um sistema automático com circuito fechado de influência, no qual o controle (u) é gerado a partir da comparação do valor real de y com um determinado valor de x.

Uma conexão adicional no diagrama estrutural do ASR, direcionada da saída para a entrada da seção considerada da cadeia de influências, é chamada de feedback (FE). O feedback pode ser negativo ou positivo.

A automação dos processos de produção é a principal direção pela qual a produção está se movendo atualmente em todo o mundo. Tudo o que antes era desempenhado pelo próprio homem, suas funções, não só físicas, mas também intelectuais, são gradativamente transferidas para a tecnologia, que por sua vez realiza ciclos tecnológicos e os controla. Esta é agora a direção geral da tecnologia moderna. O papel de uma pessoa em muitas indústrias já está reduzido a apenas um controlador atrás de um controlador automático.

Em geral, o conceito de “controle tecnológico de processo” é entendido como um conjunto de operações necessárias para iniciar, interromper o processo, bem como manter ou alterar na direção necessária as quantidades físicas (indicadores de processo). Máquinas individuais, unidades, dispositivos, dispositivos, complexos de máquinas e dispositivos que realizam processos tecnológicos que precisam ser controlados são chamados de objetos de controle ou objetos controlados em automação. Os objetos gerenciados são muito diversos em suas finalidades.

Automação de processos tecnológicos– substituição do trabalho físico humano despendido no controle de mecanismos e máquinas pelo trabalho de dispositivos especiais que garantem esse controle (regulação de diversos parâmetros, obtenção de determinada produtividade e qualidade do produto sem intervenção humana).

A automatização dos processos produtivos permite aumentar muitas vezes a produtividade do trabalho, aumentar a sua segurança, o respeito pelo ambiente, melhorar a qualidade dos produtos e utilizar de forma mais eficiente os recursos produtivos, incluindo o potencial humano.

Qualquer processo tecnológico é criado e executado para atingir um objetivo específico. Fabricar o produto final ou obter um resultado intermediário. Assim, a finalidade da produção automatizada pode ser a classificação, transporte e embalagem de um produto. A automação da produção pode ser completa, complexa ou parcial.

Automação parcial ocorre quando uma operação ou um ciclo de produção separado é executado automaticamente. Ao mesmo tempo, é permitida a participação humana limitada. Na maioria das vezes, a automação parcial ocorre quando o processo prossegue muito rapidamente para que a própria pessoa participe plenamente dele, enquanto dispositivos mecânicos bastante primitivos acionados por equipamento elétrico lidam bem com isso.

A automação parcial, via de regra, é utilizada em equipamentos existentes e é um complemento a eles. No entanto, mostra maior eficiência quando é incluído no sistema de automação geral desde o início - é imediatamente desenvolvido, fabricado e instalado como parte integrante.

Automação abrangente deveria cobrir uma grande área de produção separada, que poderia ser uma oficina ou usina separada. Nesse caso, toda a produção opera na forma de um único complexo automatizado interligado. A automação complexa dos processos de produção nem sempre é aconselhável. Seu campo de aplicação é a produção moderna e altamente desenvolvida, que utiliza extremamenteequipamento confiável.

A avaria de uma das máquinas ou unidades interrompe imediatamente todo o ciclo de produção. Essa produção deve ter autorregulação e auto-organização, que são realizadas de acordo com um programa previamente criado. Neste caso, uma pessoa participa do processo produtivo apenas como controlador permanente, monitorando o estado de todo o sistema e de suas partes individuais, e intervém na produção para o start-up e quando surgem situações de emergência, ou quando há uma ameaça de tal ocorrência.

O mais alto nível de automação de processos de produção – automação completa. Com ele, o próprio sistema realiza não só o processo produtivo, mas também o controle total sobre ele, que é realizado por sistemas de controle automático. A automação total é aconselhável na produção econômica e sustentável com processos tecnológicos estabelecidos e modo de operação constante.

Todos os possíveis desvios da norma devem ser previamente previstos e devem ser desenvolvidos sistemas de proteção contra eles. A automação total também é necessária para trabalhos que possam ameaçar a vida humana, sua saúde, ou sejam realizados em locais inacessíveis a ele - debaixo d'água, em ambiente agressivo, no espaço.

Cada sistema consiste em componentes que executam funções específicas. Em um sistema automatizado, os sensores fazem leituras e as transmitem para tomar uma decisão sobre o controle do sistema; o comando é executado pelo drive. Na maioria das vezes trata-se de equipamento elétrico, pois é mais conveniente realizar comandos com o auxílio de corrente elétrica.

É necessário distinguir entre sistemas de controle automatizados e automáticos. No sistema de controle automatizado os sensores transmitem as leituras para o console do operador e ele, tomada a decisão, transmite o comando ao equipamento executivo. No sistema automático– o sinal é analisado por dispositivos eletrônicos e, após tomada de decisão, eles dão um comando aos dispositivos executores.

A participação humana em sistemas automáticos ainda é necessária, embora como controladora. Ele tem a capacidade de intervir no processo tecnológico a qualquer momento, corrigi-lo ou interrompê-lo.

Portanto, o sensor de temperatura pode falhar e fornecer leituras incorretas. Nesse caso, a eletrônica perceberá seus dados como confiáveis, sem questioná-los.

A mente humana é muitas vezes superior às capacidades dos dispositivos eletrônicos, embora seja inferior a eles em termos de velocidade de resposta. O operador pode entender que o sensor está com defeito, avaliar os riscos e simplesmente desligá-lo sem interromper o processo. Ao mesmo tempo, ele deve estar completamente confiante de que isso não causará um acidente. A experiência e a intuição, inacessíveis às máquinas, ajudam-no a tomar uma decisão.

Esta intervenção direcionada em sistemas automáticos não acarreta riscos graves se a decisão for tomada por um profissional. No entanto, desligar toda a automação e mudar o sistema para o modo de controle manual traz sérias consequências devido ao fato de que uma pessoa não pode responder rapidamente às mudanças nas condições.

Um exemplo clássico é o acidente na central nuclear de Chernobyl, que se tornou o maior desastre causado pelo homem no século passado. Isso ocorreu justamente porque o modo automático foi desligado, quando os programas já desenvolvidos para prevenção de situações de emergência não conseguiam influenciar o desenvolvimento da situação no reator da usina.

A automação de processos individuais começou na indústria no século XIX. Basta lembrar o regulador centrífugo automático para motores a vapor projetado por Watt. Mas somente com o início do uso industrial da eletricidade tornou-se possível uma automação mais ampla, não de processos individuais, mas de ciclos tecnológicos inteiros. Isso se deve ao fato de que anteriormente a força mecânica era transmitida às máquinas por meio de transmissões e acionamentos.

A produção centralizada de eletricidade e sua utilização na indústria, em geral, começaram apenas no século XX - antes da Primeira Guerra Mundial, quando cada máquina era equipada com seu próprio motor elétrico. Foi esta circunstância que permitiu mecanizar não só o processo de produção da máquina, mas também mecanizar o seu controle. Este foi o primeiro passo para a criação máquinas automáticas. As primeiras amostras apareceram no início da década de 1930. Surgiu então o próprio termo “produção automatizada”.

Na Rússia - então ainda na URSS - os primeiros passos nessa direção foram dados nas décadas de 30-40 do século passado. Pela primeira vez, máquinas automáticas foram utilizadas na produção de peças de rolamentos. Surgiu então a primeira produção mundial totalmente automatizada de pistões para motores de tratores.

Os ciclos tecnológicos foram combinados em um único processo automatizado, começando pelo carregamento da matéria-prima e terminando no empacotamento das peças acabadas. Isso se tornou possível graças ao uso generalizado de equipamentos elétricos modernos na época, vários relés, interruptores remotos e, claro, drives.

E somente o advento dos primeiros computadores eletrônicos permitiu atingir um novo patamar de automação. Agora o processo tecnológico deixou de ser considerado simplesmente um conjunto de operações individuais que devem ser realizadas em uma determinada sequência para se obter um resultado. Agora todo o processo se tornou um.

Atualmente, os sistemas de controle automático não apenas conduzem o processo produtivo, mas também o controlam e monitoram a ocorrência de situações anormais e emergenciais. Eles ligam e param equipamentos tecnológicos, monitoram sobrecargas e elaboram ações em caso de acidentes.

Recentemente, os sistemas de controle automático tornaram bastante fácil a reconstrução de equipamentos para a produção de novos produtos. Este já é um sistema completo, composto por sistemas multimodo automáticos separados conectados a um computador central, que os conecta em uma única rede e emite tarefas para execução.

Cada subsistema é um computador separado com seu próprio software projetado para executar suas próprias tarefas. Já está módulos de produção flexíveis. São chamados de flexíveis porque podem ser reconfigurados para outros processos tecnológicos e, assim, expandir a produção e diversificá-la.

O auge da produção automatizada é. A automação permeou a produção de cima a baixo. A linha de transporte para entrega da matéria-prima para produção funciona de forma automática. Gerenciamento e design automatizados. A experiência e a inteligência humanas são utilizadas apenas onde a eletrônica não pode substituí-las.

O livro é dedicado à consideração de questões de automação de processos tecnológicos para a produção de produtos microeletrônicos. Os autores consideraram apropriado refletir questões como os principais processos tecnológicos da fase de processamento da produção de produtos microeletrônicos para obtenção de estruturas integradas, sistemas de automação de processos, meios técnicos de automação e controle, controladores e sistemas de software e hardware nacionais e estrangeiros fabricantes utilizados em sistemas de controle de processos, gerenciamento de sistemas de despacho e coleta de dados. Para alunos das especialidades 220201 (210100) “Gestão e informática em sistemas técnicos” (especialista), 210104 (200100) “Microeletrônica e eletrônica de estado sólido” (especialista), 210107 (200500) “Engenharia eletrônica” (especialista), 220301 (210200) “Automação de processos tecnológicos e produção (por indústria)” (especialista), 210100 (550700) “Eletrônica e microeletrônica” (bacharelado), 220200 (550200) “Automação e controle” (bacharelado) e pode ser útil para estudantes de pós-graduação, pesquisadores e engenheiros.

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A introdução de meios técnicos nas empresas que permitam a automatização dos processos produtivos é condição básica para um trabalho eficaz. A variedade de métodos modernos de automação amplia o leque de sua aplicação, enquanto os custos da mecanização, via de regra, são justificados pelo resultado final na forma de aumento no volume de produtos fabricados, bem como aumento em sua qualidade .

As organizações que seguem o caminho do progresso tecnológico ocupam posições de liderança no mercado, proporcionam melhores condições de trabalho e minimizam a necessidade de matérias-primas. Por isso, já não é possível imaginar grandes empresas sem implementar projetos de mecanização - as exceções aplicam-se apenas às pequenas indústrias artesanais, onde a automatização da produção não se justifica pela escolha fundamental pela produção manual. Mas mesmo nesses casos, é possível ativar parcialmente a automação em algumas etapas da produção.

Noções básicas de automação

Em sentido amplo, a automação envolve a criação de condições na produção que permitirão que determinadas tarefas de fabricação e liberação de produtos sejam realizadas sem intervenção humana. Neste caso, o papel do operador pode ser resolver as tarefas mais críticas. Dependendo dos objetivos traçados, a automação dos processos tecnológicos e da produção pode ser completa, parcial ou abrangente. A escolha de um modelo específico é determinada pela complexidade da modernização técnica do empreendimento devido ao preenchimento automático.



Em plantas e fábricas onde a automação total é implementada, todas as funcionalidades de controle de produção são geralmente transferidas para sistemas de controle mecanizados e eletrônicos. Esta abordagem é mais racional se as condições operacionais não implicarem mudanças. De forma parcial, a automação é implementada em etapas individuais da produção ou durante a mecanização de uma componente técnica autônoma, sem exigir a criação de uma infraestrutura complexa para gestão de todo o processo. Um nível abrangente de automação da produção é geralmente implementado em determinadas áreas - pode ser um departamento, oficina, linha, etc. Neste caso, o operador controla o próprio sistema sem afetar o processo de trabalho direto.

Sistemas de controle automatizados



Para começar, é importante observar que tais sistemas assumem controle total sobre uma empresa, fábrica ou planta. Suas funções podem se estender a um equipamento específico, transportador, oficina ou área de produção. Nesse caso, os sistemas de automação de processos recebem e processam informações do objeto atendido e, com base nesses dados, têm efeito corretivo. Por exemplo, se a operação de um complexo produtivo não atender aos parâmetros dos padrões tecnológicos, o sistema utilizará canais especiais para alterar seus modos de operação de acordo com as necessidades.

Objetos de automação e seus parâmetros

A principal tarefa na introdução de meios de mecanização da produção é manter os parâmetros de qualidade da instalação, o que acabará por afetar as características do produto. Hoje, os especialistas procuram não se aprofundar na essência dos parâmetros técnicos dos diversos objetos, pois teoricamente a implementação de sistemas de controle é possível em qualquer componente da produção. Se considerarmos a este respeito os fundamentos da automação de processos tecnológicos, então a lista de objetos de mecanização incluirá as mesmas oficinas, transportadores, todos os tipos de dispositivos e instalações. Só podemos comparar o grau de complexidade da implementação da automação, que depende do nível e escala do projeto.



Em relação aos parâmetros com que operam os sistemas automáticos, podemos distinguir indicadores de entrada e de saída. No primeiro caso, são as características físicas do produto, bem como as propriedades do próprio objeto. No segundo, são os indicadores diretos de qualidade do produto acabado.

Regulando meios técnicos

Dispositivos que fornecem regulação são utilizados em sistemas de automação na forma de alarmes especiais. Dependendo da sua finalidade, eles podem monitorar e controlar vários parâmetros do processo. Em particular, a automação de processos tecnológicos e de produção pode incluir alarmes de temperatura, pressão, características de fluxo, etc. Tecnicamente, os dispositivos podem ser implementados como dispositivos sem escala com elementos de contato elétrico na saída.

O princípio de funcionamento dos alarmes de controle também é diferente. Se considerarmos os dispositivos de temperatura mais comuns, podemos distinguir modelos manométricos, de mercúrio, bimetálicos e termistores. O projeto estrutural, via de regra, é determinado pelo princípio de funcionamento, mas as condições de funcionamento também têm uma influência significativa sobre ele. Dependendo da direção de atuação do empreendimento, a automação dos processos tecnológicos e da produção pode ser projetada levando em consideração condições específicas de operação. Por esse motivo, os dispositivos de controle são projetados com foco na utilização em condições de alta umidade, pressão física ou ação de produtos químicos.

Sistemas de automação programáveis

A qualidade da gestão e controle dos processos de produção aumentou sensivelmente no contexto do fornecimento ativo às empresas de dispositivos de computação e microprocessadores. Do ponto de vista das necessidades industriais, as capacidades do hardware programável permitem não só garantir o controlo eficaz dos processos tecnológicos, mas também automatizar o design, bem como realizar testes e experiências de produção.



Os dispositivos informáticos utilizados nas empresas modernas resolvem problemas de regulação e controle dos processos tecnológicos em tempo real. Essas ferramentas de automação da produção são chamadas de sistemas computacionais e operam com base no princípio da agregação. Os sistemas incluem blocos e módulos funcionais unificados, a partir dos quais é possível criar diversas configurações e adaptar o complexo para funcionar em determinadas condições.

Unidades e mecanismos em sistemas de automação

A execução direta das operações de trabalho é realizada por dispositivos elétricos, hidráulicos e pneumáticos. De acordo com o princípio de funcionamento, a classificação envolve mecanismos funcionais e porcionados. Tecnologias semelhantes são geralmente implementadas na indústria alimentícia. A automação da produção, neste caso, envolve a introdução de mecanismos elétricos e pneumáticos, cujos projetos podem incluir acionamentos elétricos e órgãos reguladores.

Motores elétricos em sistemas de automação

A base dos atuadores costuma ser formada por motores elétricos. Dependendo do tipo de controle, podem ser apresentados nas versões sem contato e com contato. As unidades controladas por dispositivos de contato de relé podem mudar a direção do movimento das peças de trabalho quando manipuladas pelo operador, mas a velocidade das operações permanece inalterada. Se se pretende automação e mecanização de processos tecnológicos por meio de dispositivos sem contato, então são utilizados amplificadores semicondutores - elétricos ou magnéticos.

Painéis e painéis de controle

Para instalar equipamentos que deverão proporcionar gerenciamento e controle do processo produtivo nas empresas, são instalados consoles e painéis especiais. Abrigam dispositivos de controle e regulação automática, instrumentação, mecanismos de proteção, bem como diversos elementos de infraestrutura de comunicação. Por design, essa blindagem pode ser um gabinete de metal ou uma tela plana na qual o equipamento de automação está instalado.



O console, por sua vez, é o centro de controle remoto – é uma espécie de sala de controle ou área de operação. É importante ressaltar que a automação dos processos tecnológicos e da produção também deve proporcionar acesso à manutenção por parte do pessoal. É esta função que é em grande parte determinada por consoles e painéis que permitem fazer cálculos, avaliar indicadores de produção e monitorar de forma geral o processo de trabalho.

Projeto de sistemas de automação

O principal documento que serve de guia para a modernização tecnológica da produção para fins de automação é o diagrama. Exibe a estrutura, parâmetros e características dos dispositivos, que posteriormente funcionarão como meio de mecanização automática. Na versão padrão, o diagrama exibe os seguintes dados:

• nível (escala) de automação em uma empresa específica;
• determinação dos parâmetros de funcionamento da instalação, que deve ser dotada de meios de controle e regulação;
• características de controle - completo, remoto, operador;
• possibilidade de bloqueio de atuadores e unidades;
• configuração da localização dos equipamentos técnicos, inclusive em consoles e painéis.

Ferramentas auxiliares de automação



Apesar do seu papel secundário, os dispositivos adicionais fornecem funções importantes de monitorização e controlo. Graças a eles, é garantida a mesma conexão entre os atuadores e uma pessoa. Em termos de equipamento com dispositivos auxiliares, a automação da produção pode incluir estações de botões, relés de controle, vários interruptores e painéis de comando. Existem muitos designs e variedades desses dispositivos, mas todos eles estão focados no controle ergonômico e seguro das principais unidades no local.

PREFÁCIO

INTRODUÇÃO

Capítulo 1. INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSOS DE PRODUÇÃO, CLASSIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE CONTROLE AUTOMÁTICO (ACS)

1.1 Conceitos básicos e definições da teoria do controle automático

1.1 Princípios regulatórios

1.3 Algoritmo (lei) de regulação5

1.4 Requisitos básicos para sistemas de controle automático

2 Funções de transferência de um sistema linear. Diagramas de blocos e suas transformações

3 Estática de sistemas de controle automático

3.1 Características estáticas de elementos e links ACS

3.2 Características estáticas das conexões de enlace

4 O conceito de estabilidade dos sistemas de controle automático

Capítulo 2. CARACTERÍSTICAS METROLÓGICAS DAS MEDIÇÕES TÉCNICAS

2.1 Termos e definições metrológicas básicas. Conceito de medição

2 Tipos de instrumentos de medição (MI)

3 Sistemas e unidades de grandezas físicas

4 Características metrológicas dos instrumentos de medição. Calibração e verificação de instrumentos de medição

Capítulo 3. SENSORES ELÉTRICOS DE QUANTIDADES MECÂNICAS

3.1 Sensores de deslocamento linear e angular

2 sensores de força

3 sensores de velocidade de rotação

Capítulo 4. MÉTODOS E FERRAMENTAS PARA MEDIÇÃO DE PARÂMETROS TECNOLÓGICOS BÁSICOS

4.1 Métodos de medição elétrica

2 Métodos e meios de medição de temperatura

3 Métodos e meios de medição de nível

4 Métodos e meios de medição de pressão

4.1 Métodos de medição direta de pressão

4.2 Métodos para medições de pressão indireta

5 Métodos e meios de medição de vazão

5.1 Medidores de vazão de pressão variável

5.2 Medidores de vazão de pressão diferencial constante

5.3 Medidores de vazão eletromagnéticos

5.4 Medidores de vazão ultrassônicos

5.5 Medidores de vazão de nível variável

5.6 Medidores de fluxo térmico

5.7 Medidores de vazão Vortex

5.8 Medidores de vazão Coriolis

Capítulo 5. MÉTODOS E FERRAMENTAS PARA MEDIR VIBRAÇÃO

5.1 Métodos de medição de vibração

2 ferramentas de medição de vibração

Capítulo 6. MEDIÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DE LÍQUIDOS E GASES

6.1 Medição de propriedades físicas e químicas de petróleo e águas de formação

1.1 Medição das propriedades físicas e químicas do petróleo

1.2 Medição das propriedades físicas e químicas da água produzida

2 Medição de propriedades físicas e químicas de gases

Capítulo 7. ELEMENTOS DE RELÉ

7.1 Relés eletromagnéticos para corrente contínua e alternada

1.1 Relés eletromagnéticos permanentes (neutro)

1.2 Relés eletromagnéticos CA

2 Contatos magnéticos (interruptores reed)

Capítulo 8. TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÕES EM SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO

8.1 Informações básicas sobre sistemas telemecânicos

2 Interfaces de dados

Capítulo 9. MICROPROCESSADORES

9.1 Informações básicas sobre microprocessadores

2 Conversão de informações analógico-digital e digital-analógico

CONCLUSÃO

LITERATURA

FORMULÁRIOS

Apêndice 1. Materiais de teste

Anexo 2. Lista de trabalhos práticos e laboratoriais

Apêndice 3. Lista de tópicos para cálculos e trabalhos gráficos (resumos)

Apêndice 4. Lista de literatura básica e adicional


PREFÁCIO


O livro didático “Fundamentos de Automação de Processos Tecnológicos na Produção de Petróleo e Gás” contém uma apresentação sistemática da disciplina acadêmica de mesmo nome, é totalmente consistente com o currículo e, de fato, é o principal livro didático da disciplina. Reflete os conhecimentos básicos definidos pelas unidades didáticas da Norma Educacional Estadual Federal na direção 131000 “Engenharia de Petróleo e Gás”, especialidade “Operação e Manutenção de Instalações de Produção de Petróleo”. O conteúdo do livro didático inclui a descrição dos métodos de obtenção e utilização de conhecimentos na área de automação de processos tecnológicos, os fundamentos metodológicos dos métodos básicos e padrões de funcionamento de instrumentos de medição e sistemas de automação e o desenvolvimento das áreas de atividade neles refletidas , bem como os principais problemas e tendências mais importantes no desenvolvimento da indústria de petróleo e gás.

O objetivo do livro didático é fornecer assistência metodológica aos alunos na criação da base de conhecimento teórico inicial necessária para os alunos sobre os princípios básicos da construção de sistemas de automação para processos de produção, bem como sobre os meios técnicos de automação com base nos quais o mencionado sistemas são construídos. Ao estudar o material didático, o aluno receberá informações sobre os fundamentos da automação de processos de medição, tipos e métodos de medição, projeto e características operacionais de sensores específicos de parâmetros tecnológicos básicos, dispositivos secundários e tecnologia de microprocessadores.

O objetivo do manual é proporcionar aos alunos a oportunidade de estudar a estrutura e princípio de funcionamento de equipamentos específicos e equipamentos de automação, bem como algumas regras para o seu funcionamento.

No processo de estudo da matéria, os alunos deverão familiarizar-se com os fundamentos e classificação de métodos e instrumentos de medição; ter uma ideia clara do complexo tecnológico, dos pontos onde é coletado o sinal dos parâmetros do processo tecnológico; compreender os diagramas básicos dos equipamentos, os princípios de funcionamento dos sensores e relés, as capacidades técnicas dos equipamentos microprocessadores e equipamentos de automação, as regras para a construção dos diagramas de blocos, os critérios de regulação, as perspectivas de introdução de computadores no desenvolvimento e operação de poços , as regras para a operação tecnicamente competente de equipamentos e equipamentos de automação; adquirir competências na realização de análises comparativas de controlos e automação; conheça as dificuldades de utilização de ferramentas de automação e as perspectivas de seu desenvolvimento.

Com base nos conhecimentos teóricos adquiridos, os alunos deverão aprender a realizar trabalhos práticos e laboratoriais, e posteriormente ser capazes de instalar equipamentos simples, decifrar e analisar diagramas de registo de equipamentos, avaliar a informação recebida, ajustar os modos de desenvolvimento e operação de sistemas de automação para petróleo e processos de produção de gás utilizando equipamentos especializados.


INTRODUÇÃO


A automação dos processos tecnológicos é um fator decisivo para aumentar a produtividade do trabalho e melhorar a qualidade dos produtos.

Os processos tecnológicos das instalações industriais modernas requerem o monitoramento de um grande número de parâmetros e são difíceis de gerenciar. Neste sentido, na concepção e operação de instalações industriais, é atribuída uma importância excepcional às questões de profissionalismo dos especialistas que trabalham em empresas do complexo de combustíveis e energia.

Ao longo dos anos de desenvolvimento do refino de petróleo e da indústria petroquímica, os processos tornaram-se mais complexos, o que exige um gerenciamento mais preciso dos mesmos. Na primeira metade do século XX surgiram instrumentos de registro e monitoramento de parâmetros, os chamados dispositivos de instrumentação e controle. A origem, formação e desenvolvimento de dispositivos de medição e controle, o processo desde o controle automático até os sistemas automatizados de controle e controle nos níveis macro e micro é parte integrante dos processos de produção de petróleo e gás, refino de petróleo e petroquímica.

O aperfeiçoamento dos instrumentos de registro, monitoramento e controle de parâmetros levou à automação e telemecanização do refino de petróleo e da petroquímica. Este último levou à informatização e à gestão de processos, ou seja, aos sistemas de controle automatizados (ACS).

E, naturalmente, o progresso na engenharia de instrumentação e aparelhos em sistemas de controle automatizados é uma tarefa interessante, cuja solução é necessária para determinar novas perspectivas de desenvolvimento baseadas na superação de problemas de gestão global no setor de petróleo e gás.

São formulados seis principais problemas modernos de gestão operacional da produção e automação na produção de petróleo e gás:

Contabilização da produção, movimentação e utilização de matérias-primas de hidrocarbonetos, petróleo, gás, produtos petrolíferos, para cuja solução é importante assegurar a capacidade de monitorizar as operações contabilísticas, incluindo das áreas licenciadas, bem como assegurar auditorias internas e externas da contabilidade do petróleo, o que por sua vez requer o desenvolvimento de instrumentos de medição relevantes, bem como de um software e de um sistema de informação.

Gestão do património territorial, organização da manutenção técnica e reparação de equipamentos, garantindo a segurança da produção e do pessoal. Para solucionar este problema, é necessário desenvolver softwares e ferramentas de informação que proporcionem contabilidade, planejamento de manutenções e reparos, monitoramento do estado dos ativos de produção e dos trabalhos executados; controle sobre a celebração e execução de contratos com empreiteiros para execução de obras; controle sobre a presença de pessoal nas instalações de produção; possibilidade de treinamento de pessoal no local por meio de simuladores; disponibilidade no local de trabalho de documentação atualizada sobre a utilização dos equipamentos, sobre a tecnologia de execução de procedimentos e operações.

Elevado nível de consumo de energia na produção e necessidade de medidas de poupança e eficiência energética. Para resolver este problema, são necessários softwares e ferramentas de informação que forneçam contabilidade, planejamento de manutenções e reparos, monitorando o estado do consumo de energia por elementos do processo tecnológico; identificação de instalações consumidoras de energia com níveis excessivos de consumo de energia elétrica; controle sobre a implementação de medidas de economia de energia.

Uma variedade de sistemas automatizados de controle de processos, modelagem e sistemas de informação. Este problema requer o desenvolvimento de softwares e ferramentas de informação que garantam a formação de um conjunto de informações iniciais para planos de gestão estratégicos (planos de desenvolvimento e localização de produção), de médio prazo (planos anuais e mensais) e operacionais (planos diários e de turnos); atendimento aos requisitos de composição e estrutura dos documentos de acordo com o regulamento interno da empresa, aos requisitos de padronização dos acionistas; unificação de acesso e diferenciação de competências no trabalho com documentos.

Minimizar o custo de operação do sistema e maximizar o nível de serviço de informação fornecido aos tomadores de decisão. Para resolver o problema é necessário: desenvolvimento de uma metodologia para a execução de trabalhos de desenvolvimento ao nível MES, automatização de instalações de produção anteriormente não automatizadas e software e ferramentas de informação que garantam: manutenção de bases de dados atualizadas e software de sistema em funcionamento doença; controle do funcionamento do software do sistema (para troca de informações com sistemas automatizados de controle de processos, ERP, etc.); registrar as ações do pessoal envolvido na operação do sistema.

O aumento dos fundos e da mão-de-obra necessários para extrair cada tonelada de petróleo deve-se ao facto de os campos de petróleo baratos na Sibéria Ocidental, descobertos no final da década de 1950, estarem gradualmente esgotados. Na região petrolífera existem principalmente reservas de difícil extração que requerem novas soluções tecnológicas e investimentos adicionais de capital. Para resolver este problema, é necessário aumentar a eficiência dos investimentos de capital e facilitar a gestão da recuperação de petróleo; aumentar a eficiência dos investimentos de capital e facilitar a gestão da extracção de petróleo do subsolo através de uma abordagem denominada “campos inteligentes”, “campos inteligentes”, “campos petrolíferos inteligentes”, “poços inteligentes”; otimizar a operação de todas as instalações de campo: poços, reservatórios, dutos e outras instalações de superfície.

Capítulo 1. INFORMAÇÕES GERAIS SOBRE CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSOS DE PRODUÇÃO, CLASSIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE CONTROLE AUTOMÁTICO (ACS)


1Conceitos básicos e definições da teoria do controle automático


Sabe-se que um processo técnico é caracterizado por um conjunto de dados, quantidades e indicadores. O conjunto de operações para iniciar, parar um processo, manter constantes os indicadores do processo ou alterá-los de acordo com uma determinada lei é denominado controle.

Manter os indicadores em um determinado nível ou alterá-los de acordo com uma determinada lei é denominado regulação, ou seja, a regulação faz parte da gestão. E se esses processos de controle são realizados sem a participação humana (operador), então são chamados de automáticos.

Um dispositivo que realiza um processo tecnológico, cujos indicadores precisam ser controlados ou regulados, é denominado objeto de controle, ou objeto controlado. Os objetos de controle podem ser uma bomba de perfuração, uma plataforma de perfuração, um acionador de plataforma de perfuração, etc., ou seus componentes individuais que realizam determinadas operações do processo tecnológico, por exemplo, um guincho de plataforma de perfuração.

Um dispositivo técnico que realiza o controle de acordo com um programa (algoritmo) é denominado dispositivo de controle automático.

A combinação de um objeto de controle e um dispositivo de controle é chamada de sistema de controle automático (ACS).

Não estamos interessados ​​em todas as operações de controle automático, mas apenas na regulação, ou seja, aquelas operações relacionadas à manutenção ou alteração de indicadores de processo.

Qualquer processo regulatório pode ser realizado

· sem controle do resultado - regulação em malha aberta;

· com controle do resultado - regulação em circuito fechado.

Um exemplo de regulação em malha aberta sem controle do resultado (fluxo Q) é a estabilização do fornecimento de fluido de lavagem Q quando a bomba de pistão está operando em plena capacidade quando a velocidade correspondente da caixa de engrenagens é ligada (acionamento descontrolado e sem fluido de lavagem descarga). Aqui, em caso de alterações significativas (não emergenciais) nas características do trajeto hidráulico (devido a lodo no fundo do poço, queda de pedaços de rocha das paredes do poço, etc.), a vazão do fluido de lavagem permanece constante.

No exemplo dado, o objeto de controle é uma bomba de perfuração com acionamento fixo (unidade de bombeamento). O órgão de controle (regulador), que deve conter um objeto para controlar o fornecimento do fluido de lavagem, é a caixa de engrenagens.

A regulação em malha aberta é usada com muito menos frequência do que a regulação em malha fechada devido à instabilidade das características dos elementos. Os elementos do sistema estão sujeitos a vários tipos de perturbações. No exemplo dado, pode ser uma alteração no fator de enchimento dos cilindros da bomba devido a alterações nos parâmetros do líquido de lavagem ou no caminho de sucção.

Vamos considerar um exemplo de regulação em malha fechada com controle do resultado - vazão Q. Na Fig. A Figura 1.1 mostra um diagrama de blocos do regulador (estabilizador) para o fluxo do líquido de lavagem Q. Aqui, o fluxo Q é controlado por um sensor de fluxo DR. Pelo ajustador Z ajustando a tensão U bunda é definida a vazão necessária Q. A velocidade do eixo do motor n (e, portanto, a vazão Q) é determinada pela carga e tensão U G , que depende do valor de ∆U.

∆você = você bunda - VOCÊ os1 , (1.1)


onde você os1 - tensão na saída do sensor (U d ), proporcional à vazão Q e é chamada de tensão de feedback. E esta ligação neste caso é negativa (convencionalmente indicada pela pintura do setor): reduz o valor de U bunda . Quando a vazão Q se desvia do valor especificado, U também muda os1 , o que leva a uma mudança em n e, portanto, para a restauração do consumo Q.

A manutenção automática de uma determinada lei de mudança nos indicadores de processo usando feedback é chamada de regulação automática. No exemplo considerado, um indicador é Q. E é chamado de variável controlada.

Assim, com base no exemplo considerado, assumiremos que um dispositivo automático que realiza regulação automática é denominado regulador automático.

Por sua vez, o objeto controlado pelo regulador é denominado objeto regulado.

A combinação de um objeto regulado e um regulador automático constitui um sistema de controle automático (ACS).

De acordo com sua finalidade funcional, os sistemas automáticos são divididos em sistemas de controle automático de malha aberta, sistemas de controle automático de malha fechada e sistemas de controle automático.

Vejamos exemplos que demonstram o funcionamento dos circuitos considerados.

1.Exemplo. Estabilizador de corrente de filamento para válvulas eletrônicas. O diagrama demonstra o controle de malha aberta.

Mantendo uma corrente de filamento constante I N ocorre sem a participação do operador, ou seja, nenhum controle é exercido.

Exemplo de controle manual de velocidade ω eixo do motor elétrico.

Frequência de rotação ω o eixo do motor de acionamento D é uma função da tensão nos terminais U do gerador G , que a uma frequência de rotação da armadura constante ( ω DC = const) é determinado pela corrente no enrolamento de excitação do gerador. Para regular ou manter a velocidade constante ω o operador monitora as leituras do voltímetro V, calibrado nas dimensões de velocidade de rotação ω e, alterando manualmente a corrente I com um reostato P tudo bem no enrolamento de excitação, atinge o valor requerido ω.

Aqui vemos um sistema regulatório fechado. Mas tal sistema de controle manual tem uma desvantagem significativa: baixa precisão de controle e presença indesejável de um operador. Além disso, há uma série de influências perturbadoras: uma mudança de torque no eixo do motor M COM , alteração da temperatura ambiente, desgaste das escovas das máquinas elétricas, etc., daí a imprecisão do sistema de controle; O sistema não é aplicável para processos rápidos.

Os exemplos considerados permitem-nos fornecer uma base para considerar a questão dos princípios regulamentares.


1.1.1 Princípios regulatórios

Durante a operação dos sistemas discutidos acima, a influência de fatores externos (influências perturbadoras) torna-se óbvia. A solução mais simples para ter em conta cada perturbação é instalar um sensor apropriado. No entanto, esta abordagem nem sempre é viável. Como saída para esta situação, normalmente são utilizadas técnicas segundo as quais o desvio de um determinado valor é primeiro medido através da instalação de um sensor, e depois é introduzida uma correção com base no desvio medido (semelhante ao exemplo com mudança de posição de o controle deslizante do reostato P).

Os seguintes princípios básicos de regulação são diferenciados:

· por desvio;

· pela indignação;

· compensação;

· combinado.

A Figura 1.4 demonstra um circuito para regulação automática (estabilização) da velocidade do eixo do motor utilizando um sensor para monitorar o desvio da velocidade do valor ajustado, que é um tacogerador.

Este esquema, na verdade, é uma transformação do esquema de controle manual (Fig. 1.3) em um esquema de controle automático (Fig. 1.4). Aqui o operador é substituído por um sistema de controle elétrico e um sistema para influenciar o reostato R. Os reostatos R são introduzidos no circuito 1 e P 2, um motor reversível RD, um amplificador eletrônico da unidade de potência e um redutor Red, que é conectado mecanicamente ao motor reostato R.

Consideremos os principais elementos regulatórios (Fig. 1.4):

· o objeto da regulação, que é o motor, todos os demais elementos estão incluídos no regulador do sistema;

· indicador do processo de regulação, que é a velocidade angular ω , ou seja uma quantidade controlada, que pode ser constante ou mudar de acordo com qualquer lei;

· um órgão regulador, cujo papel é desempenhado pela cadeia de armadura do motor, alterando a posição ou estado da qual a variável controlada pode ser alterada;

· influência reguladora - tensão no circuito da armadura do motor;

· valor de configuração (impacto) do sistema - U bunda ; isto é, é uma quantidade que é proporcional ou funcionalmente relacionada à quantidade controlada e serve para alterar o nível desta; através de você bunda um valor específico é especificado ω.

Se ∆U = você bunda - VOCÊ SO = 0, então ocorrerá um estado de equilíbrio. você SO - esta é a tensão de feedback, que é proporcional ao valor controlado ω. Quando isso muda ω ( devido a uma mudança no momento M Com resistência no eixo do motor) a tensão de realimentação U gerada pelo tacogerador muda SO , o equilíbrio é perturbado (∆U ≠ 0), que segue ao longo da cadeia (EU - RD - Vermelho - R - I tudo bem ) a uma mudança na tensão U gerada pelo gerador G e à restauração da variável controlada ω.

No circuito considerado, a variável controlada é controlada de forma ativa, e o circuito de transmissão do sinal da saída para a entrada do sistema é denominado feedback principal.

O princípio de regulação, que está embutido no diagrama (Fig. 1.4), é denominado princípio de regulação por desvio. Os sistemas construídos de acordo com este princípio sempre contêm feedback. Isso significa que eles operam em um ciclo fechado.

Por sistema de controle automático baseado em desvio entendemos um sistema durante o funcionamento do qual se mede o desvio de uma grandeza controlada em relação a um determinado valor, e em função do valor do desvio é gerada uma determinada ação regulatória que reduz esse desvio para um valor mínimo.

Observemos e lembremos que os sistemas de controle de desvio devem sempre conter o principal feedback negativo.

Outro princípio de controle, muito menos utilizado em reguladores automáticos, é o princípio de controle de perturbações ou o princípio de compensação, bem como a compensação de perturbações.

Na Fig. A Figura 1.5 mostra o circuito de um gerador DC. Esta ilustração explica o princípio do controle de perturbações. Aqui o gerador opera com uma carga variável R n . A tensão U é uma variável ajustável. A fem do gerador é proporcional ao fluxo de excitação Φ V E G = k Φ V .

você = E - eu n R A , (1.2)

E = você + eu n R A =Eu n R n +eu n R A =Eu n (R A +R n ) (1.3)


Suponhamos que quando a corrente I muda n tensão você = você Ó = const. Então a condição deve ser satisfeita


E=U Ó + Δ E = você Ó +eu n R A = k ( Φ em + ΔΦ V ). (1.4)


Significa, Δ E mudará devido a


Φ V ·VOCÊ Ó =k Φ em E ΔΦ V = (R A /k)·Eu n = c eu n , (1.5)


aqueles. mudança de variável controlada ΔΦ deve ser proporcional à corrente de carga I n . Esta condição é atendida devido ao enrolamento composto, que fornece fluxo de excitação adicional Φ extra , proporcional à carga de perturbação - corrente I N . Com base nisso, o enrolamento principal (fluxo de excitação principal F básico ) destina-se a criar uma tensão inicial U SOBRE. Significado Δ E é determinado pelo enrolamento composto. Ambos os enrolamentos criam um fluxo magnético total F em.

Como resultado da mudança na corrente de carga I N o fluxo total F muda em e tensão U Ó constantemente. Este é um exemplo da implementação do princípio da compensação na regulação, quando ao medir uma carga (efeito perturbador) em função do valor medido, é gerado um certo efeito regulador que permite que o valor controlado permaneça constante. Os sistemas que operam com base neste princípio de compensação são sistemas de malha aberta que não possuem feedback.

A principal vantagem de tais sistemas é a sua velocidade. No entanto, o sistema também tem uma série de desvantagens:

· devido ao fato do objeto possuir diversas influências perturbadoras e para sistemas de compensação é necessário medir cada influência perturbadora separadamente e, em função dela, desenvolver uma influência regulatória, o que complica significativamente o sistema;

· o problema da medição de perturbações não eléctricas;

· ambiguidade e complexidade da dependência da influência regulatória da influência perturbadora.

Devido a estas deficiências, os sistemas considerados são utilizados com muito menos frequência em comparação com sistemas que implementam o princípio da regulação por desvio.

O terceiro princípio de regulação é combinado (uma combinação dos dois primeiros princípios). Usado com ainda menos frequência do que os dois primeiros. As vantagens e desvantagens são as mesmas. Os sistemas são bastante complexos e seu estudo ainda não está previsto.


1.2 Classificação dos sistemas de controle automático

De acordo com a lei da reprodução (mudança) da variável controlada, os sistemas de controle fechados são divididos em três tipos:

· sistemas de estabilização,

· sistemas de controle de programa,

· sistemas de rastreamento.

Eles diferem uns dos outros não fundamentalmente, mas apenas no modo de operação e design. Eles têm uma teoria comum e são estudados usando os mesmos métodos.

O sistema de estabilização é um sistema para manter a constância da variável controlada. Os sistemas discutidos acima referem-se a sistemas de estabilização.

Nos sistemas de controle de programa, a quantidade controlada deve mudar de acordo com um programa previamente conhecido no tempo.

Sistema de rastreamento. Aqui a quantidade controlada muda de acordo com uma lei arbitrária desconhecida. A lei é determinada por alguma influência de referência externa (arbitrariamente).

Dependendo da natureza da influência regulatória no elemento executivo, os sistemas de controle automático são divididos em:

· sistemas contínuos,

· pulso e

· regulação do relé.

Em sistemas de controle contínuo, os sinais na saída de todos os elementos do sistema são funções contínuas dos sinais na entrada dos elementos.

Os sistemas de controle de pulso se diferenciam pelo fato de neles, em determinados intervalos, a malha de controle ser aberta e fechada por um dispositivo especial. O tempo de controle é dividido em pulsos, durante os quais os processos ocorrem da mesma forma que nos sistemas de controle contínuo, e em intervalos, durante os quais cessa a influência do regulador no sistema. Tais reguladores são utilizados para regular processos de ocorrência lenta (regulação de temperatura em fornos industriais, temperatura e pressão em caldeiras).

Em sistemas de controle de relé, a malha de controle é aberta por um dos elementos do sistema (elemento de relé) dependendo da influência externa.

Dependendo dos resultados obtidos durante a regulação automática, distinguem-se dois tipos de regulação automática:

· estático e

· astática.

Estático é um controle automático em que a grandeza controlada, sob diversas influências externas constantes sobre o objeto controlado, assume valores diferentes ao final do processo transitório, dependendo da magnitude da influência externa (por exemplo, carga).

Na Fig. 1.6, e é apresentado o regulador de nível de água no tanque. No regulador de nível de água, com o aumento da vazão de água q, o nível diminui, uma válvula se abre através de uma bóia e uma alavanca, entrada q 1 aumenta e vice-versa.

O sistema de controle estático possui as seguintes propriedades características:

o equilíbrio do sistema é possível em diferentes valores da variável controlada;

Cada valor da grandeza controlada corresponde a um único posicionamento específico do órgão regulador.

Para implementar tal conexão entre o sensor e o atuador, a malha de controle deve consistir nas chamadas ligações estáticas, nas quais, em estado de equilíbrio, o valor de saída depende exclusivamente da entrada: . Isso é explicado pelo fato de que o fluxo de água q é igual ao fluxo de entrada q1 em algum nível específico H. estritamente definido. O fluxo mudará, o nível mudará, o fluxo de entrada será igual ao fluxo - e o equilíbrio retornará.

Um controlador que executa controle estático é chamado de controlador estático.

Para caracterizar o grau de dependência do desvio da variável controlada em relação à carga na teoria de controle, utiliza-se o conceito de desnível, ou estático de regulação.

Deixe o gráfico da dependência dos valores de estado estacionário da variável controlada x na carga q (característica de controle) ter a forma mostrada na Fig. 1.6, b (a característica de controle é dada em coordenadas específicas para o nível da água regulador no tanque; abaixo as coordenadas são dadas de forma geral, para quaisquer reguladores estáticos). O valor máximo da variável controlada xmax corresponde à velocidade de marcha lenta do objeto (sem carga); valor mínimo - carga nominal - qnom.

Para determinar o estatismo da regulação, usaremos coordenadas relativas:


onde φ é o valor relativo da variável controlada;

A própria variável controlada;

Valor mínimo da variável controlada (em modo nominal);

e qnom - valores básicos de quantidades;

λ - valor da carga relativa.

Então a irregularidade δ (ou estático) do sistema no caso geral é a derivada parcial em um determinado ponto (ou a inclinação relativa da característica de controle neste ponto):


Se a característica de controle for linear, então a queda será um valor constante para todos os valores de carga. E pode ser definido assim:


Um controlador estático não mantém um valor estritamente constante da variável controlada, mas sim com um erro, que é chamado de erro estático do sistema. Assim, a queda de regulação é um erro estático relativo quando a carga muda de inativa para nominal.

Em alguns sistemas, um erro estático (mesmo que apenas centésimos de por cento) é indesejável, então eles passam para a regulação em que é igual a zero - para a regulação astática. A característica de controle de tal sistema é representada por uma linha paralela ao eixo de carga.

O controle astático é o controle automático no qual, em vários valores constantes de influência externa sobre o objeto, o desvio da quantidade controlada do valor definido ao final do processo de transição torna-se igual a zero.

Em um regulador asstático do nível de água H no tanque (Fig. 1.7), a bóia move o controle deslizante do reostato em uma direção ou outra dependendo da mudança de nível em relação ao valor definido, alimentando assim o motor que controla a posição do amortecedor. O motor será desligado quando o nível da água atingir o valor definido.

O sistema de controle asstático possui as seguintes características:

o equilíbrio do sistema ocorre apenas com um valor da variável controlada, igual ao valor dado;

o órgão regulador tem a capacidade de ocupar diferentes cargos com o mesmo valor da variável controlada.

Em controladores reais, a primeira condição é atendida com algum erro. Para cumprir a segunda condição, um chamado enlace astático é introduzido na malha de controle. No exemplo dado, um motor tem a propriedade de que na ausência de tensão seu eixo fica imóvel em qualquer posição e na presença de tensão ele gira continuamente.

Dependendo da fonte de energia recebida pelo regulador, existem

· direto e

· regulação indireta.

Em sistemas de controle direto, a energia para mover o elemento de controle é obtida de um sensor (por exemplo, um regulador estático de nível de água).

Nos sistemas de controle indireto, a energia para reorganizar o elemento de controle é obtida de uma fonte externa (por exemplo, um regulador de nível de água estático).

Os sistemas de controle automático com diversas grandezas controladas (por exemplo, pressão do vapor na caldeira, abastecimento de água à caldeira, abastecimento de combustível e ar ao forno) são divididos em sistemas de controle desacoplados e acoplados.

Sistemas de controle não relacionados são aqueles nos quais os reguladores projetados para regular diversas grandezas não estão conectados entre si e só podem interagir por meio de um objeto de controle comum. Se em um sistema de regulação não relacionada uma mudança em uma das grandezas controladas implica uma mudança em outras grandezas controladas, então tal sistema é chamado de dependente; e se isso não implicar, então o sistema é denominado independente.

Sistemas de controle acoplados são aqueles em que reguladores de diversas grandezas controladas estão conectados entre si e além do objeto de regulação.

Um sistema de regulação acoplada é denominado autônomo se as conexões entre seus reguladores constituintes são tais que uma alteração em uma das grandezas reguladas durante o processo de regulação não provoca alteração nas demais grandezas reguladas.

Sistemas de controle autônomo de malha fechada que possuem apenas um feedback (principal) são chamados de malha única. Os sistemas de controle automático que, além de um feedback principal, possuem um ou mais feedbacks principais ou locais são chamados de multi-loop.

Dependendo do tipo de características dos elementos que compõem os sistemas, todos os sistemas são divididos em:

· linear e

· não linear.

Sistemas lineares são aqueles que consistem apenas em elementos que possuem características lineares; processos transitórios em tais elementos são descritos por equações diferenciais lineares.

Sistemas não lineares são aqueles que possuem um ou mais elementos com características não lineares; Os processos transitórios em tais sistemas são descritos por equações diferenciais não lineares.

Quando classificados de acordo com o tipo de energia utilizada, todos os sistemas podem ser divididos em:

· elétrico,

· hidráulico,

· pneumático,

· eletrohidráulico,

· eletropneumático, etc.

Dependendo do número de grandezas controladas do sistema de controle automático (ACS):

unidimensional,