Sistema de Controle de Processo

Sistema de Controle de Processo

Um processo é amplamente definido como uma operação que usa recursos para transformar entradas em saídas. É o recurso que fornece a energia necessária ao processo para que a transformação ocorra. No contexto de uma indústria, o termo 'processo' usado no termo 'controle de processo' refere-se aos métodos de mudança e refino de matérias-primas que permanecem em estado sólido, líquido, gasoso, fluido ou pasta para criar produtos finais de propriedades especificadas. As matérias-primas durante o processo são transferidas, medidas, misturadas, aquecidas ou resfriadas, filtradas, armazenadas ou manuseadas de forma a obter o rendimento desejado. Durante o processo as matérias-primas sofrem alterações físicas e químicas para sua conversão nos produtos finais. Normalmente, uma indústria opera uma série de processos onde cada processo exibe um comportamento dinâmico particular (variação no tempo) que governa a transformação. O comportamento dinâmico é determinado pelas propriedades físicas e químicas dos insumos, do recurso e do próprio processo.





O controle de processo refere-se aos métodos empregados para controlar as variáveis ​​do processo ou processos usados ​​na fabricação de um produto. É o ato de controlar um elemento de controle final para alterar a variável manipulada para manter a variável do processo em um ponto de ajuste desejado. Essas variáveis ​​podem estar nas entradas do processo, nos parâmetros do processo e na saída do processo. O controle do processo é feito para reduzir sua variabilidade visando obter a qualidade do produto almejada, melhorando os índices de produção, aumentando a eficiência do processo, facilitando a proteção do meio ambiente e garantindo a segurança dos homens e equipamentos empregados no processo.

Um corolário do controle de processo é que um processo controlável deve se comportar de maneira previsível. Para uma dada mudança na variável manipulada a variável de processo deve responder de forma previsível e consistente.

Um sistema de controle de processo tem os seguintes objetivos.

• O sistema de controle de processo é central para a manutenção da qualidade do produto. O sistema de controle de processo mantém os parâmetros do processo dentro dos limites próximos para obter produtos de especificações consistentes do processo. Sem controle do processo, a qualidade do produto pode variar e o produto pode ser rejeitado.
• O sistema de controle de processo visa preservar a segurança do pessoal, equipamentos e meio ambiente.
• O sistema de controle de processo deve atender e maximizar a produtividade do equipamento e, consequentemente, a produção.
• O sistema de controle do processo também deve garantir que o consumo de matérias-primas, energia e utilidades permaneçam dentro das normas de consumo especificadas para o processo.
• O sistema de controle de processo também é necessário para manter o custo de produção sob controle, superando as restrições impostas ao processo pelo ambiente. O controle do custo deve ser alcançado sem comprometer a segurança e a qualidade do produto.

Para dar a saída desejada, um processo deve operar dentro dos parâmetros definidos. Diz-se que o processo está em operação estável se estiver operando dentro da faixa especificada dos parâmetros definidos. No entanto, pode haver desvios dos parâmetros definidos durante a operação do processo. Esses desvios são chamados de distúrbios. Distúrbios são causados ​​devido a mudanças descontroladas nas entradas do processo que podem ser condição de alimentação, pressão ou temperatura de fornecimento de energia, atividade do catalisador, eficiência de transferência de calor, etc. .

Os processos industriais são normalmente dinâmicos por natureza e, portanto, um sistema de controle de processo geralmente tem tarefas duplas. Através do sistema de controle de processo um operador (i) monitora determinados indicadores das condições do processo e (ii) induz mudanças nas variáveis ​​apropriadas para melhorar as condições do processo. O controle é exercido para manter as condições desejadas no sistema de processo, ajustando as variáveis ​​selecionadas no sistema de processo. Um valor ou intervalo específico é usado como o valor desejado para a variável a ser controlada. É sempre melhor utilizar o sistema de controle mais simples que possa atingir os objetivos desejados. O design de um processo determina como ele responderá dinamicamente e como pode ser controlado.

Um processo normalmente tem os quatro tipos de variáveis ​​a seguir.

• Variáveis ​​de entrada – São aquelas variáveis ​​que estimulam independentemente o sistema do processo e, assim, induzem mudanças nas condições internas do processo. Essas variáveis ​​podem ser variáveis ​​manipuladas ou podem ser variáveis ​​de perturbação.
• Variáveis ​​de saída – São aquelas variáveis ​​pelas quais um operador obtém informações sobre o estado interno do processo.
• Variáveis ​​de controle – São aquelas variáveis ​​que são usadas pelo operador para manipulação para manter o processo sob controle.
• Variáveis ​​de estado – São o conjunto mínimo de variáveis ​​que são essenciais para descrever completamente o estado interno (ou condição) de um processo.

O processo precisa ser monitorado pelo operador para garantir que o processo opere em condições estáveis ​​e dê a saída desejada. Para monitoramento, as condições (parâmetros de processo) do sistema de processo são medidas. Para este operador é depender de instrumentos. Além disso, cada sistema tem um cálculo de controle que também é chamado de algoritmo. Os resultados do cálculo são implementados para que o processo funcione corretamente. Os instrumentos utilizados para controlar um processo podem ser sensores, transmissores, controladores e elemento final de controle.

• Os sensores são os instrumentos que realizam as funções de visão, audição, etc. Esses instrumentos medem temperatura, nível, vazão, composição etc. São termopares, medidores de pressão diferencial, analisadores de gás etc.
• Transmissores são como neurônios. Eles transmitem sinais como sinais aéreos ou sinais elétricos etc.
• Controladores – os controladores fazem a função do cérebro. Os controladores podem ser computadores pneumáticos, eletrônicos ou digitais.
• Elemento de controle final – Estes realizam a função dos músculos. São válvulas de controle, bombas, compressores, transportadores, interruptores de relé etc.

Um diagrama de blocos mostrando diferentes elementos de controle está na Fig. 1

Fig 1 Diagrama de blocos mostrando vários elementos de controle

Há duas razões principais para o controle. A primeira razão para o controle é manter a variável medida em seu valor desejado quando ocorrem distúrbios. A segunda razão para o controle é responder a mudanças nos valores desejados dos parâmetros do processo. Os valores desejados são aqueles valores que são necessários para que o processo funcione de forma estável para produzir o produto especificado de forma econômica e segura, sem afetar negativamente o meio ambiente.

O projeto da planta e dos equipamentos influencia muito as atividades de controle do processo. Também é essencial que o processo forneça um bom desempenho dinâmico. É necessário que todos os instrumentos e equipamentos de teste sejam calibrados periodicamente e corretamente. A calibração dos instrumentos e equipamentos de teste deve seguir os padrões nacionais. Os sensores devem ser corretos e de ação rápida com capacidades adequadas às necessidades do equipamento e do processo. Um processo pode ser controlado manualmente ou automaticamente com a ajuda da instrumentação necessária. A maioria dos controles automáticos são implementados com equipamentos eletrônicos que utilizam níveis de corrente ou tensão para representar valores a serem comunicados.

Para um bom controle do processo, é necessário que o sistema seja responsivo e apenas algumas perturbações ocorram. Em um sistema de controle de processo responsivo, as variáveis ​​controladas respondem rapidamente aos ajustes nas variáveis ​​manipuladas. Em tal frequência de sistema de distúrbios também se reduz. Deve-se lembrar que um operador pode controlar um parâmetro apenas se for medido, portanto, a localização e a seleção dos sensores são muito importantes. Os sensores devem medir variáveis ​​de forma rápida, confiável e com precisão suficiente.