Controle em cascata de temperatura e controle por razão: exemplos de laticínio, reator encamisado e mistura

Controle em cascata é usar duas malhas em série: a malha mestre mede o produto e define o setpoint da malha escrava, que mede o meio que aquece (água, vapor ou o óleo da camisa) e comanda o aquecimento. Serve quando o aquecimento é indireto e o produto responde devagar. A West dá a regra no white paper de cascata e no manual do Pro-EC44: a escrava deve responder, de preferência, pelo menos 5 vezes mais rápido que a mestre, e é sintonizada primeiro. Na West, o Pro-EC44 com duas malhas faz a cascata num aparelho só.

O que dá errado com uma malha só?

O exemplo do white paper é a pasteurização de laticínio. A água que aquece o leite chega rápido à temperatura; o leite esquenta devagar e não pode passar do ponto. Com o sensor só no leite, o controlador aquece a água até o leite chegar ao setpoint. Nessa hora a água está mais quente que o leite, que continua subindo. É o sobressinal por atraso térmico, que a malha única só enxerga quando já aconteceu.

O outro problema é a perturbação. Se a camisa esfria, o controlador de uma malha só percebe quando a queda chega ao produto, e corrige tarde. Na cascata, a escrava vê a camisa mudar e corrige antes.

Como a mestre e a escrava trabalham juntas?

No exemplo do manual do Pro-EC44, um produto é aquecido por uma camisa de óleo, com a escrava limitada a 300 °C e o setpoint do produto em 250 °C. Na partida, a mestre vê o produto frio, dá 100% e manda o setpoint máximo, 300 °C, à escrava, que pede aquecimento total. O óleo se aproxima do setpoint e a saída da escrava cai. O produto sobe no ritmo da troca de calor, a saída da mestre cai e baixa o setpoint do óleo, até o sistema se equilibrar. Segundo o manual, o controle fica mais rápido e suave, com sobressinal mínimo.

No Pro-EC44, os parâmetros Slave SP Scale Min e Slave SP Scale Max dizem qual setpoint a escrava recebe com a mestre em 0% e em 100%. O manual pede valores seguros para o processo: é ali que se limita a temperatura da camisa.

Quando a cascata compensa?

O white paper dá as condições: as duas medições precisam ter relação clara, e a escrava precisa influir na mestre e ser bem mais rápida que ela. Na fábrica, isso aparece em:

• pasteurizador de leite e de bebidas, com água quente ou vapor (veja o controle de temperatura na pasteurização);
• reator e tanque encamisado de resina, tinta, química ou alimento (a página de caldeira e fluido térmico mostra o reator encamisado com o limitador);
• forno ou banho aquecido por camisa de óleo, como no exemplo do manual.

Quando a resistência aquece o produto direto e o sensor está perto, uma malha só, bem sintonizada, em geral resolve.

Como sintonizar a cascata no Pro-EC44?

A escrava primeiro, sempre. Segundo o white paper, se a mestre for sintonizada antes, o setpoint da escrava muda o tempo todo e a autossintonia fica recalculando sem conseguir sintonizar.

Pré-sintonia, como está no manual 59540 (nomes da tela, em inglês):

1. Entre no menu Automatic Tuning.
2. No pre-tune, escolha "Cascade-Open" para sintonizar os jogos de PID da escrava.
3. Terminada a escrava, rode de novo o pre-tune com "Cascade-Closed", para sintonizar a mestre com a escrava.

Até o passo 3, a cascata fica aberta e o produto, sem controle.

Sintonia manual, pelo mesmo manual:

1. No menu Cascade Control, escolha Cascade-Open.
2. Ajuste à mão o setpoint da escrava no valor da aplicação.
3. Sintonize a escrava para resposta rápida; segundo o manual, só a ação proporcional muitas vezes basta.
4. Volte a Cascade-Closed e sintonize o conjunto.

Atenção, segundo o manual: o modo manual desliga a cascata e ignora os limites de potência e de válvula e o Control Enable; a segurança fica com o operador.

Dá para fazer cascata com dois controladores?

Dá. Segundo o manual da série Plus, a saída PID da mestre, em mA ou em V, entra no setpoint remoto da escrava. Com dois 6100+, a mestre precisa de um cartão de saída linear, e a escrava, da opção de setpoint remoto no código, com o setpoint remoto ativo. Na escrava, Remote Setpoint Lower Limit e Upper Limit definem o setpoint do sinal mínimo e o do máximo (4 e 20 mA, por exemplo), sempre dentro dos limites de setpoint do aparelho. Para ver se um código já tem essas opções, use o decodificador de código West.

A ligação entre os dois é feita com o painel desenergizado, pelo diagrama do manual. São dois aparelhos, duas sintonias e um fio de sinal; no Pro-EC44, a ligação é interna.

E o controle por razão?

No controle por razão, uma vazão segue outra na proporção certa. No Pro-EC44, o controlador ajusta a vazão da entrada 1 na proporção da vazão medida na entrada 2. O manual diz que a função foi otimizada para ar e combustível de queimador, mas serve a outras razões de vazão. No exemplo do manual, o valor aparece relativo, com 1,00 na razão certa: com 10 partes de ar total para 1 de combustível, o fator SFac é 10, e o setpoint 1,03 pede 3% de excesso de ar. A razão não substitui o sistema de segurança de combustão.

Na mistura em linha com várias linhas, a West mostra o KS 98-2: a linha mestre define a vazão, e cada linha escrava é dosada na proporção dela. Com sensor de posição nas válvulas, ele alarma se uma passa de 95% de abertura ou fica abaixo de 5%, o que denuncia válvula entupida ou que não fecha. O KS 98-2 tem 96 x 96 mm e gerencia até 30 malhas, mas não vem pronto: o programa é montado em blocos de função na ferramenta ET/KS98, no projeto de automação.

Pro-EC44, dois 6100+ ou KS 98-2?

O que mandar para cotar certo?

• o que aquece o quê: o produto, o meio (água, vapor, óleo) e o aquecimento (resistência, válvula de vapor de 4 a 20 mA ou válvula motorizada de 3 pontos);
• os dois sensores, o do produto e o da camisa, e a temperatura máxima da camisa;
• na razão: os medidores de vazão, o sinal deles e qual linha é medida e qual é controlada;
• se precisa de programa de rampa, registro ou Modbus;
• o código do controlador de hoje, se houver, o recorte e a tensão de alimentação.

A Comander é distribuidor oficial West, e a equipe confere o código e a aplicação antes da cotação. Os controladores West têm garantia de 3 anos. O envio sai em até 24 h para produtos em estoque; nos demais, o prazo é confirmado na cotação.

Perguntas frequentes

A autossintonia funciona na cascata do Pro-EC44?

Não. Segundo o manual resumido, a pré-sintonia automática na partida e a autossintonia contínua não funcionam com cascata. Use a pré-sintonia em dois passos (Cascade-Open, depois Cascade-Closed) ou a sintonia manual.

O limite de setpoint da camisa substitui o limitador de temperatura?

Não. O Slave SP Scale Max limita o que a mestre pede à escrava, mas é ajuste de controle, no mesmo aparelho. A proteção contra superaquecimento fica num limitador independente, com sensor e relé próprios.

Posso abrir a cascata para mexer só na camisa?

Pode, pelo teclado, e a troca é sem tranco. Com Cascade-Open, a escrava controla a camisa pelo setpoint dela, mas a temperatura do produto fica sem controle, e o operador responde pela segurança. Volte a Cascade-Closed ao terminar.

Resumo

Tem um tanque encamisado que passa do ponto? Mande quanto o produto passa do setpoint, o que aquece a camisa e os dois sensores pelo WhatsApp ou pelo formulário desta página.