Desenvolvimento de um controlador PID para automação de processos

Abstract

Este trabalho visa o desenvolvimento do protótipo de um controlador de processos industriais. Alguns segmentos industriais como a indústria alimentícia, química, petroquímica e usinas de açúcar e etanol, apresentam vários processos que precisam de controle de variáveis como temperatura, pressão, vazão ou nível. O controlador foi projetado com duas entradas e duas saída analógica no padrão de 4 a 20mA e, dessa forma, permitir a utilização de sensores e atuadores industriais. Duas saídas digitais à relé também estão incluídas no equipamento. O processamento é realizado por um microcontrolador Atmega 328p e a programação foi elaborada em Linguagem C. Uma Interface Homem-Máquina (IHM) composta por um display de cristal líquido (LCD) e um teclado matricial foi incorporada para permitir a entrada e visualização dos dados, do valor desejado para a variável de processo (SP), do valor instantâneo da variável de processo (PV), assim como dos parâmetros de ajuste (Kp, Ki e Kd) para o controle Proporcional Integral Derivativo. O controlador apresenta a comunicação serial com o supervisório no protocolo Modbus. Um protótipo de baixo custo do controlador foi desenvolvido com a utilização de uma placa de desenvolvimento Arduino Uno, módulos eletrônicos de conversão de sinal de 4 a 20 mA para 0 a 5 v e também de 0 a 5 v para 4 a 20 mA, módulos para saídas digitais utilizado para alarmes, display lcd para visualização de dados e um teclado matricial para entrada de dados.

This work aims to develop a prototype of an industrial process controller. Some industrial segments, such as the food, chemical, petrochemical and sugar and ethanol plants, have several processes that need to control variables such as temperature, pressure, flow or level. The controller was designed with two inputs and two analog outputs in the 4 to 20mA standard, thus allowing the use of industrial sensors and actuators. Two relay digital outputs are also included in the device. The processing is carried out by an Atmega 328p microcontroller and the programming was carried out in C Language. A Human-Machine Interface (HMI) composed of a liquid crystal display (LCD) and a matrix keyboard was incorporated to allow the entry and visualization of data. , as the desired value for the process variable (SP), instantaneous value of the process variable (PV), as well as adjustment parameters (Kp, Ki and Kd) for Proportional Integral Derivative control. The controller presents the serial communication with the supervisor in the Modbus protocol. A low-cost prototype of the controller was developed using an Arduino Uno development board, electronic modules for converting the signal from 4 to 20 mA to 0 to 5 v and also from 0 to 5 v to 4 to 20 ma, modules for digital outputs used for alarms, LCD display for data visualization and a matrix keyboard for data entry.