Fundamentos de controlo e programação
robótica
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Adriano A. Santos Departamento de Engenharia Mecânica Politécnico do Porto
AUTOMAÇÃO E CONTROLO
2.ª Parte
ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE CONTROLO Os sistemas de controlo podem ser elaborados a partir da modelação e criação dos princípios físicos e da sua linearização, pelo que os elementos fundamentais para um sistema de controlo poderão ser categorizados como medidores, controlador e atuadores. Os medidores são elementos que realizam uma estimativa do valor da variável ou variáveis a controlar, necessárias para o sistema de controlo. Estes componentes são, normalmente, constituídos por um conjunto de três elementos designados por um transdutor ou sensor, que transforma um parâmetro físico-químico num sinal elétrico (tensão, corrente ou resistência); condicionador de sinal responsável pela filtragem do sinal, eliminação do ruído e respetiva amplificação com vista à transmissão, a longas distâncias do mesmo e o indicador-registador, elemento que regista e permite a visualização do valor medido da variável a controlar (Figura 4).
Sinal elétrico Sensor transdutor
Sistemas em malha aberta Os sistemas em malha aberta, denominados também como loop aberto ou ciclo aberto, são sistemas de controlo onde a saída do sistema depende do sinal de entrada não comprovando, contudo, se o sinal de saída é igual ao valor desejado. Por isso este sistema torna-se incapaz de corrigir os erros inesperados associados à saída pelo que, a cada saída de referência corresponde uma condição de operação fixa. Na Figura 5 apresenta-se um diagrama de blocos que representa este tipo de controlo. Um exemplo simples deste tipo de controlo seria um programador que apresentaria uma sequência temporal de ações. Sinal de controlo
Entrada de referência
Ruído Variável físico-química
TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROLO Dependendo do modo como se relacionam os diferentes elementos do sistema de controlo, estes poderão ser classificados como sistemas de controlo em malha aberta ou em malha fechada.
Sinal elétrico condicionado Condicionador de sinal
Controlador Registador indicador
Para o comparador Figura 4. Diagrama de blocos de um elemento de medição.
O controlador é o elemento que verifica a medição realizada e compara-a com o valor desejado, determinando a ação a efetuar segundo o algoritmo de controlo que possui. Os controladores podem ser definidos como manuais, por exemplo, a ação de um ser humano que determina, segundo um critério visual, se um determinado parâmetro foi ou não atingido e age em conformidade com o seu julgamento, e os automáticos que, por ação de uma sonda de nível, controlam o nível de um reservatório acionando e desligando a bomba de um dado depósito. Os atuadores são os elementos finais do ciclo e influem diretamente sobre o processo e as variáveis a controlar até que estas atinjam os valores desejados. Os atuadores podem ser agrupados em dois tipos designados de atuadores descontínuos (biestáveis) e os contínuos. Os descontínuos ou biestáveis possuem, unicamente, dois estados que se poderão caraterizar pelo estado ligado e desligado (exemplo destes são as eletroválvulas com função de abertura e fecho). Os atuadores de ação contínua permitem realizar o controlo intermédio entre dois estados, isto é, variar entre 0 e 100% a abertura de uma válvula, por exemplo. As válvulas proporcionais são um exemplo perfeito destes atuadores contínuos.
Variável controlada Processo
Figura 5. Diagrama de blocos de um processo de controlo em malha aberta.
No caso dos sistemas de rega, os sistemas em malha aberta controlam basicamente o tempo (hora do dia e duração da rega) em que se realiza a rega ou o volume de água a aplicar sem ter em conta outros fatores como a humidade, o estado das plantas, entre outros. O sistema de contolo liga e desliga o sistema em função do programa preestabelecido pelo programador, bem como de um qualquer sinal que possa ser recolhido no terreno que possa dar início ao processo de rega. A principal vantagem destes sistemas de controlo é o seu preço quando comparado com os sistemas de malha fechada, existindo múltiplas variantes com distintos graus de flexibilidade de número de setores a controlar bem como das caraterísticas de programação. Estes sistemas, em malha aberta, não respondem automaticamente às alterações das condições ambientais do cultivo, necessitando frequentemente de reajustes para alcançar elevados níveis de eficiência. Estes sistemas poderão ser utilizados, na maioria das vezes, no cultivo ao ar livre, onde o controlo das condições ambientais é difícil ou, de alguma forma, desnecessário controlar e manipular. Sistemas de controlo em malha fechada Os sistemas de controlo em malha fechada ou de ciclo fechado são sistemas de controlo em que se comprova o sinal de saída e se decide se o nível do sinal real corresponde ao sinal desejado ou se o nível real do sinal há que ser modificado para se conseguir o valor desejado. Estes sistemas poderão também ser designados por sistemas retroalimentados ou realimentados,