TCC_Climatização de ambiente industrial com controle PID e supervisão remota via WEB

202 Pages·2012·5.15 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE PAULISTA

Engenharia de Controle e Automação

Israel P. S. Cezar 962609-3
Marcelo Maciel 672039-0
Victor Hugo Bolfarini Francisco 627091-3
Thiago Polleti Alonso 780322-2
Wagner Roberto Rezador 904265-2

Climatização de ambiente industrial com controle PID e
supervisão remota via WEB

São Paulo/SP
Dezembro 2012
Israel P. S. Cezar 962609-3
Marcelo Maciel 672039-0
Victor Hugo Bolfarini Francisco 627091-3
Thiago Polleti Alonso 780322-2
Wagner Roberto Rezador 904265-2

Climatização de ambiente industrial com controle PID e
supervisão remota via WEB

Trabalho de conclusão de curso
apresentado ao Instituto de Ciências
Exatas e Tecnologia da Universidade
Paulista – UNIP, como requisito para a
obtenção do título de Engenheiro de
Automação e Controle.

Orientador: Prof. Eng. Maurício Marsura

São Paulo/SP
Dezambro 2012
Israel P. S. Cezar 962609-3
Marcelo Maciel 672039-0
Victor Hugo Bolfarini Francisco 627091-3
Thiago Polleti Alonso 780322-2
Wagner Roberto Rezador 904265-2

Climatização de ambiente industrial com controle PID e
supervisão remota via WEB

Trabalho de conclusão de curso
apresentado ao Instituto de Ciências
Exatas e Tecnologia da Universidade
Paulista – UNIP, como requisito para a
obtenção do título de Engenheiro de
Automação e Controle.

Aprovado em: 18/12/2012

BANCA EXAMINADORA

__________________________________________________
Prof Dr Maurício Corrêa - Universidade Paulista

__________________________________________________
Prof MSc José Sérgio do Nascimento - Universidade Paulista

__________________________________________________
Prof Dr Rogério Augusto Gasparetto Sé - Universidade Paulista

São Paulo/SP
Dezambro 2012
DEDICATÓRIA

A todos os nossos familiares, principalmente esposas e filhos, pelo apoio que nos foi
dispensado e pela compreensão e paciência por nossa ausência, durante a jornada de trabalho
para a execução desse projeto.
AGRADECIMENTOS

Gostaríamos de agradecer todos os colegas, professores e funcionários da UNIP
Universidade Paulista, Campus Marques, pela colaboração e atenção dispensada durante todo
o período de nossa graduação.

Ao Eng.° Euryale de Jesus Zerbini, Professor Doutor do Depto. De Engenharia
Mecânica da EPUSP, pela orientação dada em assuntos relacionados ao controle.

Ao Sr. Thiago, da empresa Artmóveis, por haver fornecido em cortesia a construção
da maquete para o projeto.

À Sra. Cristiane Scerni por haver cedido espaço em sua residência para guarda,
montagem de projetos e reuniões do grupo.
EPÍGRAFE

“A mente que se abre a uma nova
idéia jamais voltará ao seu
tamanho original.”
(Albert Einstein)
RESUMO

O presente Trabalho de Conclusão de Curso apresenta os estudos iniciais relacionados
ao projeto de um sistema microcontrolado para climatização de um ambiente industrial ou
comercial utilizando a técnica PID e supervisão deste sistema remotamente através da
tecnologia internet embarcada. Demonstra o projeto do hardware e das interfaces para
sensores e atuadores utilizados. Apresenta também o desenvolvimento do software para a
aquisição remota de dados e um servidor WEB embarcado para supervisão e controle da
temperatura. O sistema aqui proposto, em um futuro próximo, poderá ser empregado para a
supervisão e controle, em tempo real e remotamente, da climatização de um determinado
ambiente, representando ainda, baixo custo de investimento para a empresa em relação aos
sistemas existentes hoje no mercado, já que dispensa softwares supervisórios e CLPs
adicionais, necessitando apenas de uma rede Ethernet e um navegador WEB para acessar o
sistema.

Palavras chave: Climatização industrial, Controle PID aplicado à microcontroladores,
Supervisão remota via Ethernet, Servidor WEB embarcado.
ABSTRACT

This coursework presents the initial studies related to the project of a microcontrolled
system for HVAC control of an industrial or commercial plant using the PID method and
monitoring system remotely via the embedded internet technology. It demonstrates the design
of hardware and interfaces to sensors and actuators used. It also features the development of
software for remote data acquisition and an embedded WEB server for supervision and
control of the temperature. The system proposed here could be used for supervision and
control, real-time and remotely, from air conditioning to a particular environment, offering
low cost of investment for the company in relation to the existing systems in the market
today, precluding additional PLCs and supervisory software, requiring only an Ethernet
network and a WEB browser to access the system.

Key words: industrial climate control, PID control applied to microcontrollers, remote
Supervision via Ethernet, embedded WEB server.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 2.1 - Fluxograma de um sistema fan coil simples ......................................................... 29
Figura 2.2 - Ciclo de refrigeração por compressão .................................................................. 30
Figura 2.3 - Funcionamento de uma torre de resfriamento. ..................................................... 31
Figura 3.1 - Fluxograma do sistema de climatização de nosso protótipo................................. 33
Figura 3.2 - Vista frontal da maquete. ...................................................................................... 33
Figura 3.3 - Ventilador ar quente do Gol.................................................................................. 34
Figura 3.4 - Conjunto motor - ventilador sendo adaptado. ....................................................... 35
Figura 3.5 - Conjunto motor – ventilador adaptado. ................................................................ 35
Figura 3.6 - Vista superior do duto de insuflação..................................................................... 36
Figura 3.7 - Vista inferior do duto de insuflação. ..................................................................... 36
Figura 3.8 - Detalhes da recirculação do ar na maquete. .......................................................... 37
Figura 3.9 - trocador de calor casco tubo aletado. .................................................................... 38
Figura 3.10 - reservatório de água gelada instalado no lado externo da maquete. ................... 39
Figura 3.11 - Bomba submersa de aquário JAD SP 1000. ....................................................... 39
Figura 3.12 - Disco caracterizador de vazão para válvula de esfera. ....................................... 41
Figura 3.13 - fluxo de água gelada. .......................................................................................... 42
Figura 3.14 – Detalhe da válvula motorizada fixada na parede traseira da maquete. .............. 42
Figura 4.1 - Sistema de Controle. ............................................................................................. 46
Figura 4.2 - Sistema de Controle em Malha Fechada............................................................... 47
Figura 4.3 - Sistema de Controle ON-OFF............................................................................... 48
Figura 4.4 - Sistema de Controle ON-OFF com histerese ........................................................ 49
Figura 4.5 - Sistema de Controle Proporcional ........................................................................ 50
Figura 4.6 - Ação proporcional: (contínuo), (tracejado), (pontilhado).
(cid:1)(cid:2) = 1 (cid:1)(cid:2) = 2 (cid:1)(cid:2) = 4
.................................................................................................................................................. 51
Figura 4.7 - Sistema de Controle Integral................................................................................. 51
Figura 4.8 - Sistema de Controle Derivativo ............................................................................ 52
Figura 4.9 - Sistema de Controle PID....................................................................................... 53
Figura 4.10 - Gráfico de aproximação pelo método de Euler .................................................. 54
Figura 4.11 - Gráfico de aproximação por Transformada de Tustin ........................................ 55
Figura 5.1 - Simbologia do PTC ............................................................................................... 57
Figura 5.2 - Curva Característica do PTC. ............................................................................... 58
Figura 5.3 - Circuito eletrônico com utilização PTC. .............................................................. 58
Figura 5.4 – Gráfico de temperatura x resistência. ................................................................... 59
Figura 5.5 - Simbologia do PTC. .............................................................................................. 59
Figura 5.6 – Forma construtiva NTC........................................................................................ 59
Figura 5.7 - Circuito divisor de tensão para aplicação do NTC 10K ....................................... 60
Figura 5.8 – Gráfico temperatura x resistência do NTC 10k.................................................... 62
Figura 5.9 - Válvula Borboleta ................................................................................................. 63
Figura 5.10 - Válvula Globo ..................................................................................................... 64
Figura 5.11 - Aspecto construtivo da válvula Globo ................................................................ 64
Figura 5.12 - Válvula esfera ..................................................................................................... 65
Figura 5.13 - Válvula esfera em corte, detalhe para o disco caracterizador de fluxo............... 66
Figura 5.14 - Exemplos de atuadores já acoplados em válvulas. ............................................. 68
Figura 5.15 - Válvula esfera utilizada no projeto. .................................................................... 69
Figura 5.16 - Válvula esfera em corte com detalhes construtivos similares à utilizada no
projeto. ...................................................................................................................................... 69
Figura 5.17 - Detalhe do disco caracterizador de fluxo instalado no interior da válvula. ........ 70
Figura 5.18 - Servomotor utilizado no projeto. ........................................................................ 70
Figura 5.19 - Conjunto válvula-atuador adaptado. ................................................................... 71
Figura 5.20 - Sinal de controle PWM (Modulação por largura de pulso). ............................... 71
Figura 5.21 - Sinal de controle PWM – Duty = 0,5ms-Servomotor posicionado em 0°. ......... 72
Figura 5.22 - Sinal de controle PWM – Duty = 2,5ms-Servomotor posicionado em 180°. ..... 72