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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-05032021-095929
Document
Author
Full name
Marco Stabilito Mesquita
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Garcia, Claudio (President)
Marques, Fellipe Garcia
Santos, Fábio Cosme Rodrigues dos
Title in Portuguese
Técnicas de controle e comparação de desempenho de uma malha de vazão usando válvulas pneumáticas e motobomba acionada por inversor de frequência.
Keywords in Portuguese
Compensação de atrito
Controle de processos
Inversores de frequência
Válvulas de controle
Abstract in Portuguese
Este trabalho apresenta a modelagem aproximada de uma Planta Piloto de Vazão por meio de sua resposta ao degrau e aplicação do método da Síntese Direta para realizar a sintonia de controladores PID. Foi realizada uma validação dos modelos aproximados comparando-se a sua saída com os dados reais. Foram realizados experimentos utilizando uma válvula de controle com alto atrito, uma válvula de controle com baixo atrito e um inversor de frequência para controlar a vazão de água. Foi apresentado um método que visa reduzir a variabilidade do processo, chamado Control Freeze (CF), o qual foi empregado junto com um controlador PI atuando em um posicionador eletropneumático e em um posicionador digital com comunicação Foundation Fieldbus. O método Constant Reinforcement 2 (CR2) foi proposto para compensação de atrito em válvulas atuadas por conversor de corrente para pressão (I/P).Os experimentos mostraram que o controle da vazão pelo inversor de frequência tem muitas vantagens em relação ao controle pelas válvulas, tais como redução da perda de carga, redução do consumo de energia elétrica, baixas correntes de partida e eliminação de variabilidade causada pelo atrito nas válvulas de controle. A válvula de alto atrito insere uma banda morta que aumenta a variabilidade do sistema. Porém, os métodos CF e CR2 com desabilitação de controle geraram índices de desempenho superiores e reduziram os efeitos causados pelo atrito.
Title in English
Control techniques and performance comparison of a flow loop using pneumatic valves and pump motor driven by frequency converter.
Keywords in English
Control valves
Frequency converter
Friction compensation
Process control
Abstract in English
This dissertation presents the approximated modeling of a Pilot Flow Plant through step response and applies the Direct Synthesis method to perform the tuning of PID controllers. A validation of the approximated models was made by comparing their outputs with real data. Experiments were performed with a high friction control valve, a low friction control valve and a frequency converter to control water flow. A method called Control Freeze (CF) was presented, which aims to reduce process variability and it is applied combined with a PI controller acting on an electropneumatic positioner and a digital positioner with Foundation Fieldbus protocol. The Constant Reinforcement 2 (CR2) method was proposed to friction compensation in valves actuated by I/P converter.The experiments showed that the flow control carried out by a frequency converter has many advantages when compared with the control performed by control valves, like reduction of head loss, reduction of electrical energy consumption, lower start currents and elimination of variability caused by friction in control valves. The high friction valve inserts a dead band which increases the system variability. Nevertheless, CF and CR2 with control disabling methods generated higher performance indexes and reduced the effects caused by friction.
 
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Publishing Date
2021-03-10
 
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