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Para poder obter maior eficácia e qualidade a indústria precisa ter controle dos processos industriais total da sua linha de produção automatizada, senão tudo se tornaria extremamente complexo – para não dizer impossível – trabalhar da forma certa e nem obter uma previsão de qual será o resultado. Neste artigo, você vai entender o que é e qual a importância que os controladores de processos industriais tem no controle de processos industriais, e se deve ou não utilizá-lo.

O que são os controladores de processos industriais?

Em automação industrial, no controle de processos industriais, os controladores ficam encarregados de controlar o processo industrial através de algoritmos específicos como PID ou lógica fuzzy (ou lógica difusa). Essa solução de automação industrial é realizada por máquinas que geralmente possuem funções como: medir o valor da variável do processo; indicar algum sinal de correção; aplicar determinada correção, etc.

Esses controladores podem controlar todo o processo ou apenas uma parte dele. Tudo é processado por algoritmos lógicos e matemáticos específicos e que são previamente estabelecidos.

O ciclo dos controladores

O funcionamento dos controladores de processos industriais ocorre em quatro etapas. Primeiro, o controlador irá receber uma medida do sensor e, em seguida, a medida será comparada com a referência. Após isso, o sinal de correção é calculado utilizando os algoritmos previamente definidos como base e, por fim, o ajuste é enviado para o atuador.

Os controladores são importantes porque ficam responsáveis por uma ou mais malhas de controle, sendo chamados de single loop e multi loop. O single loop é quando o controlador é direcionado a uma malha específica. Já no processo de multi loop, um controlador fica responsável por diversas malhas simultâneas.
Em uma planta industrial podemos encontrar inúmeros tipos de controladores. De temperaturas, vazão, pressão, nível, posicionamento, entre outros.

A conversa entre os diferentes controladores atualmente se dá através de redes e alguns equipamentos já se comunicam por conexão wireless, tornando o processo mais prático.

Tipos de controladores de processos industriais

Temperatura: Esses controladores possuem 3 tipos de controle para a temperatura: o ON/OFF, proporcional e o PID. O primeiro é o mais simples, serve apenas para ligar e desligar os equipamentos de resfriamento ou aquecimento. O proporcional permite controlar a temperatura antes de sair da faixa monitorada e te dá opção de configurar para mantê-la através do aumento ou diminuição da energia. Já os PIDs, são ajustados previamente e por isso são altamente precisos no ajuste da temperatura.
Universal: Esse controlador geralmente aceita a maioria dos sensores e sinais utilizados na área, tendo todos os tipos de saída necessários para atuar em diversos processos.
Temporizador: Esse tipo de controlador é responsável por medir o intervalo de tempo, sequência, iniciar ou interromper um determinado processo. Os temporizadores podem ser mecânicos, elétricos ou digitais.

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Vídeo Explicativo:
1.

CONTROLE DE FORNO INDUSTRIAL COM ARDUINO E TERMOPAR: https://www.youtube.com/watch?v=DSujXPI0gu0

2. Usando Controle de Temperatura com Sensor de Temperatura - NA PRÁTICA

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Usando Controle de Temperatura com Sensor de Temperatura - NA PRÁTICA

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Com este trabalho, percebemos a importância de sistemas de controle em laboratórios de pesquisa. No caso especifico do sistema de controle de temperatura implementado, verificou-se que é possível garantir uma uniformidade no filme formado, pois com a temperatura estabilizada não ocorre formação de camadas com características físico-químicas diferentes, minimizando os erros e defeitos no filme DLC causados durante a deposição. Ao término deste trabalho, conseguimos implementar dois novos modos de se controlar a temperatura num reator de processamento de materiais. Com estes dois novos sistemas, o usuário pode optar em utilizar somente o controlador, configurando o mesmo em seu próprio painel, ou utilizar uma interface de melhor operação através de um microcomputador para efetuar as configurações, lembrando que, uma vez configurado, o controlador pode funcionar autonomamente, sendo assim possível a sua desconexão do computador. 

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Com este trabalho, percebemos a importância de sistemas de controle em laboratórios de pesquisa. No caso especifico do sistema de controle de temperatura implementado, verificou-se que é possível garantir uma uniformidade no filme formado, pois com a temperatura estabilizada não ocorre formação de camadas com características físico-químicas diferentes, minimizando os erros e defeitos no filme DLC causados durante a deposição. Ao término deste trabalho, conseguimos implementar dois novos modos de se controlar a temperatura num reator de processamento de materiais. Com estes dois novos sistemas, o usuário pode optar em utilizar somente o controlador, configurando o mesmo em seu próprio painel, ou utilizar uma interface de melhor operação através de um microcomputador para efetuar as configurações, lembrando que, uma vez configurado, o controlador pode funcionar autonomamente, sendo assim possível a sua desconexão do computador. 

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Figura 5 – Gráficos do comportamento da temperatura durante o processo da deposição de filmes de DLC utilizando o sistema automático de controle de temperatura

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Figura 5 – Gráficos do comportamento da temperatura durante o processo da deposição de filmes de DLC utilizando o sistema automático de controle de temperatura

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O sistema de controle montado se mostrou eficiente, permitindo otimizar o processo ao qual foi designado, mantendo uma temperatura estável em média de 0,78% de flutuação em graus Celsius na temperatura desejada, o que representa cerca de ±2°C, muito mais eficiente que os processos utilizados anteriormente, os quais apresentavam diferenças de temperatura da ordem de 10°C a 20°C.

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Utilizando este sistema de controle de temperatura, foram feitos alguns 🤬 de operacionalidade, onde foram depositados filmes de DLC sobre substratos de silício em diferentes valores de temperatura. Os dados obtidos são mostrados na tabela 1 e os gráficos da variação da temperatura dos experimentos são mostrados na figura 5.Tabela 1 – Comportamento da temperatura durante as deposições 

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Utilizando este sistema de controle de temperatura, foram feitos alguns 🤬 de operacionalidade, onde foram depositados filmes de DLC sobre substratos de silício em diferentes valores de temperatura. Os dados obtidos são mostrados na tabela 1 e os gráficos da variação da temperatura dos experimentos são mostrados na figura 5.Tabela 1 – Comportamento da temperatura durante as deposições 

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Para a comunicação do controlador com o computador, este utiliza o protocolo MODBUS(RTU) trabalhando no sistema mestre-escravo/cliente-servidor4. Utilizando um software com atecnologia SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – Aquisição de dados e supervisão) é possível desenvolver o controle esperado. O protocolo MODBUS4 é uma estrutura de transmissão de mensagens desenvolvida pela Modicon em 1979, utilizada para estabelecer uma comunicação entre dispositivos inteligentes. Este protocolo hoje é um padrão, com o código fonte aberto. É mais extensamente usado em redes no ambiente industrial. MODBUS é um protocolo pedido/resposta que trabalha através de códigos de funções especificas. Utilizando este protocolo, podemos controlar, com um único microcomputador,até 247 dispositivos. Para isto, cada controlador recebe um endereço que o identificará no sistema. Com o endereço e o código da operação a ser feita, é possível transmitir dados para leitura e escritanos registradores ou mesmo leitura de estados do dispositivo. A estrutura de comandos de pedido e resposta do protocolo MODBUS é mostrada na figura 4.

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Para a comunicação do controlador com o computador, este utiliza o protocolo MODBUS(RTU) trabalhando no sistema mestre-escravo/cliente-servidor4. Utilizando um software com atecnologia SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – Aquisição de dados e supervisão) é possível desenvolver o controle esperado. O protocolo MODBUS4 é uma estrutura de transmissão de mensagens desenvolvida pela Modicon em 1979, utilizada para estabelecer uma comunicação entre dispositivos inteligentes. Este protocolo hoje é um padrão, com o código fonte aberto. É mais extensamente usado em redes no ambiente industrial. MODBUS é um protocolo pedido/resposta que trabalha através de códigos de funções especificas. Utilizando este protocolo, podemos controlar, com um único microcomputador,até 247 dispositivos. Para isto, cada controlador recebe um endereço que o identificará no sistema. Com o endereço e o código da operação a ser feita, é possível transmitir dados para leitura e escritanos registradores ou mesmo leitura de estados do dispositivo. A estrutura de comandos de pedido e resposta do protocolo MODBUS é mostrada na figura 4.

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Figura 4 – Estrutura de pedido e resposta do protocolo MODBUS

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O controlador utilizado possui outras funções interessantes para trabalhos em diversas áreas como: acionamentos de outros dispositivos simultaneamente, atrasos em disparos, controle manual e programação em rampas e patamares de temperatura. A programação do controlador pode ser feita através de seu teclado ou também através de um microcomputador que deve ser conectado ao controlador por meio de uma interface serial RS-485. Pelo microcomputador é possível acessar todosos comandos do controlador de maneira mais rápida e eficiente. Um esquema do sistema montado como microcomputador é mostrado na figura 3. 

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O controlador utilizado possui outras funções interessantes para trabalhos em diversas áreas como: acionamentos de outros dispositivos simultaneamente, atrasos em disparos, controle manual e programação em rampas e patamares de temperatura. A programação do controlador pode ser feita através de seu teclado ou também através de um microcomputador que deve ser conectado ao controlador por meio de uma interface serial RS-485. Pelo microcomputador é possível acessar todosos comandos do controlador de maneira mais rápida e eficiente. Um esquema do sistema montado como microcomputador é mostrado na figura 3. 

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Figura 3- Diagrama de Blocos do sistema montado com o microcomputador Pentium 100MHz e uma interface padrão RS-485

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Para o controle de temperatura, foi utilizado o controlador universal de processos modelo Novus N1100 V.1.26 que foi configurado para operar disparando um relê de estado sólido caso a temperatura esteja abaixo de um nível determinado. O relê, quando acionado, fecha o circuito de alimentação de uma resistência acoplada atrás do porta-substrato, o que faz o substrato aquecer uniformemente. Um esquema simplificado do sistema é mostrado na figura 2. 

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Para o controle de temperatura, foi utilizado o controlador universal de processos modelo Novus N1100 V.1.26 que foi configurado para operar disparando um relê de estado sólido caso a temperatura esteja abaixo de um nível determinado. O relê, quando acionado, fecha o circuito de alimentação de uma resistência acoplada atrás do porta-substrato, o que faz o substrato aquecer uniformemente. Um esquema simplificado do sistema é mostrado na figura 2. 

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Figura 2 – Diagrama em bloco do sistema elétrico.

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Para uma eficiente medição de temperatura, o termopar foi fixado diretamente no porta substrato junto com um pedaço do substrato, como mostrado na figura 1. Desta maneira temos que o substrato ficará livre de impurezas e o termopar terá a mesma variação de temperatura do substrato, garantindo a eficácia da medição. 

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Para uma eficiente medição de temperatura, o termopar foi fixado diretamente no porta substrato junto com um pedaço do substrato, como mostrado na figura 1. Desta maneira temos que o substrato ficará livre de impurezas e o termopar terá a mesma variação de temperatura do substrato, garantindo a eficácia da medição. 

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As tecnologias atuais vêm se desenvolvendo nas mais diversas áreas, e cada vez mais pesquisadores se dedicam à pesquisa na área de novos materiais. Para cada área, desde a microeletrônica até a medicina1,3, são desenvolvidos materiais de características interessantes para as suas aplicações. Um dos materiais que mais vêm sendo estudados é o filme de DLC3 (diamond-likecarbon) também chamado de carbono amorfo. Existem diferentes técnicas de síntese do filme de DLC. Neste trabalho foi utilizado a técnica desputtering com catodo de magnetron. Nesta técnica os íons de plasma gerados de uma descarga elétrica são acelerados contra um alvo de grafite liberando átomos para a formação do filme de DLC sobre um substrato, cuja temperatura deve ser controlada 2,3. No trabalho de síntese do filme, muitos parâmetros podem ser variados como potência elétrica, vazão e pureza dos gases, pressão de trabalho, distância do alvo ao substrato e temperatura do substrato etc. Estes parâmetros determinam as características do filme formado e por isto devem possuir um controle confiável para não gerar flutuações. Este trabalho teve por objetivo pesquisar alternativas para um sistema controle de temperaturamais eficiente e automatizado do substrato em um reator de processamento de materiais. 

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As tecnologias atuais vêm se desenvolvendo nas mais diversas áreas, e cada vez mais pesquisadores se dedicam à pesquisa na área de novos materiais. Para cada área, desde a microeletrônica até a medicina1,3, são desenvolvidos materiais de características interessantes para as suas aplicações. Um dos materiais que mais vêm sendo estudados é o filme de DLC3 (diamond-likecarbon) também chamado de carbono amorfo. Existem diferentes técnicas de síntese do filme de DLC. Neste trabalho foi utilizado a técnica desputtering com catodo de magnetron. Nesta técnica os íons de plasma gerados de uma descarga elétrica são acelerados contra um alvo de grafite liberando átomos para a formação do filme de DLC sobre um substrato, cuja temperatura deve ser controlada 2,3. No trabalho de síntese do filme, muitos parâmetros podem ser variados como potência elétrica, vazão e pureza dos gases, pressão de trabalho, distância do alvo ao substrato e temperatura do substrato etc. Estes parâmetros determinam as características do filme formado e por isto devem possuir um controle confiável para não gerar flutuações. Este trabalho teve por objetivo pesquisar alternativas para um sistema controle de temperaturamais eficiente e automatizado do substrato em um reator de processamento de materiais. 

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2. MATERIAIS E MÉTODOS Para uma eficiente medição de temperatura, o termopar foi fixado diretamente no portasubstrato junto com um pedaço do substrato, como mostrado na figura 1. Desta maneira temos que o substrato ficará livre de impurezas e o termopar terá a mesma variação de temperatura do substrato, garantindo a eficácia da medição.

Figura 1 – Montagem do termopar tipo K (-90°C a 1370°C) no porta substratos do reator de processamento de materiais