Implementação de uma malha de controle para um sistema de bombeamento: um estudo de caso para a modulação de vazão em uma planta piloto
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Resumo
Este trabalho descreve a instrumentalização e controle de uma planta piloto de bombeamento de água do Laboratório de Hidráulica da UFMG com o fim de adequá-la para a geração de perfis de vazão. A planta inicialmente, operava em malha aberta impossibilitando a geração de perfis de vazão predefinidos. Implementou-se um sistema de controle no qual a planta de bombeamento de água opera em malha fechada e permite a geração de perfis de vazão. A implementação do sistema de controle constou basicamente da adição à planta piloto de bombeamento de água de medidores/transmissores de diferença de pressão e de um controlador do tipo PID que atua sobre o conversor de freqüência existente. Os medidores/transmissores e o controlador foram instalados e interligados com os demais componentes da planta.Paralelamente foi efetuada a modelagem da planta piloto e a disponibilização da mesma para simulações em ambiente Matlab. Para efetuar-se a geração dos perfis de vazão, a sintonia do controlador do tipo PID foi necessária e para tal estudou-se alguns métodos de sintonia. Após a implementação do sistema de controle e definidos os métodos de sintonia do controlador do tipo PID a serem utilizados, foram gerados perfis de vazão em simulações e utilizando-se a planta de bombeamento de água. Conclusões e sugestões referentes aomodelo adquirido, aos métodos de sintonia utilizados e a geração de perfis de vazão são apresentadas no final deste trabalho.
Abstract
This work describes the connection of instrumentation and the control of a pilot plant located in the Laboratory of Hydraulics at UFMG. This pilot plant consists basically of a water tank which receives water from a pump driven by an induction motor connected to a frequency converter. Originally, the pilot plant operated in open-loop and consequently itwas not possible to generate prespecified water flow profiles required to test reduced models of hydraulic structures. The purpose of this work was to implement a closed-loop control system in order to enable the pilot plant to produce the aforementioned water flow profiles. The implemented closed-loop consists basically of a differential pressure sensor and transmitter, a PID controller connected to the frequency converter and a PC computer. These devices were connected to the pilot plant and tuned in order to achieve the goal of water flow control.Besides connecting the equipment, a mathematical model based on first principles was derived for the pilot plant. Such a model was coded in MATLAB programming language and can be used to simulate the pilot plant operating both in open and closed-loop. Some PID tuning methods were implemented in order to tune the controller. After this was done, it was possible to successfully produce standard water flow profiles using the pilot plant. Some of such results are presented and discussed in this work.
Assunto
Engenharia elétrica, Bombas hidráulicas
Palavras-chave
Engenharia elétrica