História dos Sistemas de Controle

Introdução

• Todos sistemas de controle apesar do tamanho e complexidade, podem ser divididos em três partes com funções bem
• definidas, os transdutores, os controladores e os atuadores.
• O controlador monitora o estado real do processo de uma planta através de um número
• de transdutores. Os transdutores convertem as grandezas físicas em sinais normalmente
• elétricos, os quais são conectados com as entradas dos controladores. Com base nos estados das suas entradas, o controlador utiliza um algoritmo de controle
• embutido para calcular os estados das suas saídas. Os sinais elétricos das saídas são
• convertidos para o processo através dos atuadores. Muitos atuadores geram
• movimentos como válvulas, motores, bombas e outros utilizam energia elétrica e
• pneumática.
• 

Aplicações de Controle

• Os processos industriais podem facilmente impressionar pela sua complexidade.
• Entretanto, muitos processos podem ser simplificados através da divisão em subprocessos
• menores:
• Monitoração: O subsistema de monitoração mostra os estados do processo para o operador e destaca
• as condições anormais que necessitam que seja tomada alguma ação por parte dele.
• Sequenciamento: Nestes sistemas, não é possível definir uma combinação de entradas, resultando em
• determinadas saídas (lógica combinatória). As saídas são dependentes de uma seqüência
• de entradas já ocorridas. A monitoração da seqüência de ações é possível através de
• funções do tipo memória.
• Malhas de Controle:
• Controlador de malha aberta consiste em um sistema que não possui realimentação. Mais detalhadamente o controle em malha aberta consiste em aplicar um sinal de controle na entrada de um sistema, esperando-se que na saída a variável controlada consiga atingir um determinado valor ou apresente um determinado comportamento desejado.
• Controlador de malha fechada também chamado de controle retroativo (realimentação ou feedback) necessita de informações da saída do controlador através de elementos sensores ou transdutores, compara o sinal da saída com o set-point (referência) e corrige a saída caso a mesma esteja desviando-se dos parâmetros programados.

Resumo: História do Controle Automático

• 1769 ⇒ Máquina a vapor de James Watt
• 1868 ⇒ J. C. Maxwell desenvolve o modelo matemático para o controle de uma
• máquina a vapor
• 1913 ⇒ Henry Ford desenvolve uma máquina de montagem utilizada na produção de
• automóveis
• 1927 ⇒ H. W. Bode analisa amplificadores realimentados
• 1932 ⇒ H. Nyquist desenvolve um método para analisar a estabilidade de sistemas
• 1952 ⇒ Controle numérico desenvolvido pelo MIT
• 1954 ⇒ George Devol desenvolve o primeiro projeto industrial robotizado
• 1970 ⇒ Teoria de variáveis de estado e controle ótimo é desenvolvida
• 1980 ⇒ Projeto de sistemas de controle robusto é desenvolvido
• 1990 ⇒ Automação da manufatura é difundida
• 1994 ⇒ Controle automático é largamente utilizado em automóveis. Sistemas robustos
• são utilizados na manufatura

Computador para Controle de Processo

• Os primeiros computadores foram desenvolvidos nos anos 50, os quais eram muito
• grandes e de custo elevado. Estes computadores foram utilizados principalmente em
• tarefas administrativas como folha salarial, contabilidade e operações bancárias. Os microprocessadores foram desenvolvidos nos anos 70, iniciando uma dramática
• revolução que resultou em computadores menores e mais baratos. Nos anos 70, muitos
• sistemas de controle foram desenvolvidos utilizando microprocessadores como
• controladores. Os primeiros
• sistemas de controle baseados em computadores necessitavam de interfaces especiais
• para manipular os sinais provenientes dos transdutores e atuadores. Estas interfaces
• normalmente tinham de ser desenvolvidas especialmente para cada planta industrial.
• Desde então, diversos fabricantes desenvolveram módulos de interfaces padrões para
• sinais digitais e analógicos.

Controladores Programáveis

• Para atender à demanda da indústria, vários fabricantes desenvolveram no início dos
• anos 70 o Controlador Lógico Programável (CLP). Os primeiros CLPs foram desenvolvidos
• inicialmente para a substituição dos sistemas de controle baseados em relés. Independentemente do fabricante e do tipo de CLP, a maioria dos CLPs possui três
• parte principais: CPU, memória e a unidade de Entradas e Saídas (E/S), todas
• comunicando através de um barramento de comunicação. A CPU coordena todas as
• tarefas do CLP e executa o programa de controle armazenado na memória. Os estados
• reais do processo são monitorados e amostrados pela unidade de E/S. Além das
• instruções lógicas, o CLP atual também possui uma grande capacidade aritmética.
• Portanto, muitos fabricantes estão adotando o termo Controlador Programável (CP) ao
• invés de CLP. A programação de CLPs é feita através de um computador externo, o
• qual é chamado de estação de engenharia. O programa compilado é carregado na CPU e
• depois armazenado na memória utilizando-se uma porta serial ou uma rede local (LAN).
• A maioria dos CLPs permitem a monitoração dos estados do processo no modo on-line
• utilizando-se a estação de engenharia, enquanto o programa está sendo executado.
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• Legenda: Componentes de um controlador programável