ACAD
DEMIA VERSUS
V
INDÚSTR
I
RIA NA AUDITOR
A
RIA DAS
S MALHA
AS DE
CON
NTROLE
E: UM ES
STUDO DE
D CASO NO BRA
ASIL
Bruno L
Leandro Esteves da Silva
S
– brunno.lespaul@
@hotmail.com
m
Igor Ab
britta Costaa – igorabriitta@yahoo .com.br
Marlon
n José do Carmo
C
– maarloncarmo@
@ieee.org
Lindolp
pho O. de Araújo
A
Jún
nior – lindollpho@leopo
oldina.cefettmg.br
Ângelo Rocha de Oliveira
O
– a.oliveira@
@ieee.org
Centro F
Federal de Educação
E
Tecnológica
T
a de Minas Gerais
G
– Cam
mpus III
Rua Jossé Peres 5588 - Centro
36700-0000 – Leopooldina – Miinas Gerais
Resumoo: Controlaadores de processos
p
iindustriais têm seus parâmetros
p
sintonizad
dos para
obtençãão do rastrreamento da
a referênciaa independ
dente do distúrbio ou carga inseerido no
sistema.. O desemppenho máxim
mo do contrrolador, não é atingido
o na maioriia dos caso
os e para
que se oobtenha opeeração em nível ótimoo é realizad
da uma audiitoria da maalha de con
ntrole. A
eficiênccia da malhha de contrrole é definnida por diiversos crittérios e índdices abord
dados na
teoria dde controle.. Os métod
dos necessárrios para a realização
o da auditooria das ma
alhas de
controlee estão senddo ensinado
os na acadeemia? O objjetivo deste trabalho é realizar um
m estudo
de casoo quanto à oferta de disciplinas
d
que envolvvem auditorria em malhhas de conttrole em
alguns ccursos de enngenharia no
n Brasil, leevantando dados
d
e analisando os rresultados obtidos.
o
Palavraas-chave: Auditoria
A
das
d
Malhaas de Con
ntrole, Aca
ademia, Inddústria, Ín
ndice de
Desemppenho.
1
INT
TRODUÇÃ
ÃO
As consultorass para a anáálise de des empenho para sistemaas de controole estão em
m recente
mento, uma vez que, são vastas as suas ap
plicações e tecnologiaas inerentes, como
crescim
sistemass mecânicoos, pneumáticos, hiddráulicos, elétricos,
e
eletrônicos, microproccessados,
biológiccos e sistem
mas inteligen
ntes, que uttilizam malh
has de conttrole, que naa maioria dos
d casos
não estãão operanddo em seu máximo
m
dessempenho (CARMO & GOMESS, 2008). Dentro da
teoria de controle convenciona
c
al existem ccritérios e ín
ndices devid
damente esttabelecidos,, embora
as bibliiografias prrincipais nãão os aborrdam. Para o projeto ótimo de sistemas e para a
otimizaçção paraméétrica de sistemas de coontrole a medida
m
quan
ntitativa do desempenh
ho de um
sistema é necessáriia.
Enttretanto, nãoo se sabe see a academiia está dand
do a devida importânciaa para esse ramo do
ensino dde engenhaaria, o qual a indústria utiliza cadaa vez mais em suas linnhas produttivas. As
auditoriias em malhhas de conttrole são utiilizadas com
m muita ênfase no meercado interrnacional
(CARM
MO & GOM
MES, 2008),, porém de forma poucco ativa no mercado bbrasileiro, so
obretudo
na acaddemia, ondee o tema fica
f
restritoo à pós-graaduação em
m alguns caasos. Baseaados nas
observaações supraccitadas proccurou-se innvestigar alg
guns cursoss de graduaação que têm como
base diisciplinas de controle de proccessos. Ressultados sãão verificad
ados para algumas
instituiçções e com base na am
mostragem eespera-se qu
ue o resultad
do seja facttível para ass demais
instituiçções.
Estte trabalho está
e dividid
do da seguinnte forma: na
n seção do
ois descrevee-se como são feitas
as audittorias em malha
m
de co
ontrole; na sseção três é mostrada uma metoddologia aplicada na
pesquisaa das ofertas de disciplinas relaccionadas co
om auditoria em malhhas de contrrole, em
algumass universidaades do Brrasil e está dividida em
m procedim
mentos, pesqquisa e anáálise dos
resultaddos; por fim
m, na seção quatro,
q
concclui-se este trabalho.
t
2
AU
UDITORIA
A EM MALHAS DE C
CONTROL
LE
O ccontrolador mais utilizaado em malhhas de conttrole na indú
ústria brasilleira é o con
ntrolador
PID (P
Proporcionall Integral e Derivatiivo) devido
o à simplicidade de implementtação, a
versatiliidade de applicações e funcionameento simplees. A audito
oria em mallhas de controle faz
com quue o controolador atinj
nja níveis dde desempeenho máxim
mo. A exeemplo, umaa malha
industrial operandoo a níveis ótimos podde reduzir considerav
velmente o gasto enerrgético e
melhoraar a qualiddade final do
d produtoo. Esta mottivação vem
m despertanndo no meercado a
necessiddade da impplementaçãão de critériios e índicees pré-estab
belecidos naa teoria de controle
convenccional, a fiim de se obter
o
melhoorias em to
odos os asp
pectos das malhas in
ndustriais
(HARR
RIS et al., 19999).
2.1 Auditoria em malhas de controle n
nas indústriias
O ttrabalho de auditoria de
d malhas dde controle é um ótim
mo instrumeento para id
dentificar
pontos de melhoriia (CARMO
O & GOM
MES, 2008), possibilid
dades de reedução de custos e
aumentoo da qualidade de prod
dutos por m
meio de ajusstes em sisteemas de conntrole e auttomação,
como m
mostrado naa “Figura 1”. Na décaada de 90, os
o trabalhos nesta áreaa ganharam
m grande
contribuuição. Análises críticaas e revisõões dos váários métod
dos utilizaddos para avaliar
a
o
desempenho das malhas
m
de co
ontrole podeem ser enco
ontradas em
m Harris (HA
ARRIS, 1989), Qin
G et al., 199 7).
(QIN, 1998), Huanng (HUANG
Figu
ura 1: Auditooria em malhas de controle.
A metodologiia básica utilizada
u
atuualmente por
p empresaas prestadooras de serrviço de
auditoriia em malhaa de controle no Brasil apresenta as
a seguintes etapas:
1. A
Avaliação e detecção das malhass de contro
ole com baiixo desemppenho: A paartir dos
cálculoss dos índicees de desem
mpenho e suaa análise co
omparativa com
c
o bencchmark (HA
ARRIS et
al., 19899), que é um
m referenciaal de excelêência, é posssível identifi
ficar as malhhas de contrrole com
o pior ddesempenhoo.
2. D
Diagnósticoo das causass raízes: Idenntificar as causas
c
pelass quais uma determinad
da malha
está com
m baixo dessempenho (E
ENDER, 19993);
3. S
Sugestões de
d melhoriaas: Com baase na caussa principall identificadda, propor soluções
para o pproblema poor meio de re-sintonia
r
dos controlladores, ou projeto
p
de nnovas estrattégias de
controlee, ou re-projjeto do proccesso e sua instrumentaação.
A aavaliação dee desempen
nho é muitoo importantee para serviir de figura de mérito imediata
da qualiidade do coontrole, o qu
ue possibiliita a compaaração entree malhas e pperíodos hiistóricos.
Para a iidentificaçãão dos prob
blemas e o embasamen
nto das pro
oposições de novas açõ
ões para
melhoriias no sistema, são utiilizados inddicadores de
d Oscilação
o, Inatividaade do Controlador,
Agarram
mento da Válvula,
V
Não
N
Linearridade, Pertturbação e Principaiss Componeentes de
Frequênncia. Em segguida é reallizada toda uma discusssão e análisse dos resulltados identificados.
E os diiagnósticos possíveis são inadequ
quabilidade dos sensorres, ou dos atuadores,, ou dos
controlaadores, ou de
d perturbaçções do proccesso.
Um
ma vez efetuuadas as anaalises, algum
mas atividaades podem ser proposttas para otim
mizar os
sistemass de controole, para que
q apresenntem melho
ores resultaados em reelação ao processo,
p
relacionnando-se, dentre
d
outrras, à mannutenção da
d instrumeentação e/oou re-sinto
onia dos
parâmettros dos conntroladores e/ou implanntação de no
ovas estratéégias de conntrole.
3
EST
TUDO DE CASO DA
A OFERTA
A DE DISCIPLINAS DE
D AUDIT
TORIA EM
M
MA
ALHAS DE
E CONTRO
OLE NO BR
RASIL
3.1 Meetodologia
Diaante da impportância daa avaliação de desempeenho em malhas de coontrole foi realizado
r
um estuudo de casoo no Brasil,, envolvenddo 29 univeersidades feederais e esstaduais, do
o país. O
critério de seleção mais signifficativo obteeve-se na faacilidade dee acesso às ementas do
os cursos
em sítioos da interrnet, porém
m alguns daados foram
m obtidos por contato telefônico com as
universiidades. Naa “Tabela 1” encontrra-se a disstribuição geográfica das univeersidades
pesquisaadas, por reegião.
Taabela 1 – Distribuição ggeográfica das
d universidades pesquuisadas.
Regiãoo
Nordestte
Sul
Sudestte
Centro-O
Oeste
Quantidade
Q
e
3
6
18
2
Os cursos esccolhidos foram algunss dos que mais estão envolvidoos com a teeoria de
nte com m
malhas de controle
c
e processos industriais, sendo:
controlee, mais esppecificamen
Engenhharia de Coontrole e Automaçãoo / Mecatrrônica, Eng
genharia Ellétrica, Eng
genharia
Mecânicca e Engenhharia Químiica.
Forram pesquissados 34 currsos em 29 universidad
des do Brasiil, sendo esttes 6 de Eng
genharia
Químicaa, 11 de Engenharia dee Controle e Automaçãão, 15 de En
ngenharia Ellétrica e doiis cursos
de Engeenharia Meccânica, com
mo mostradoo na “Tabelaa 2”.
T
Tabela
2 – Quantidade
Q
de cada currso de gradu
uação pesquuisado.
Graduação
G
Qu
uantidade Pe
esquisada
Enge
enharia Quím
mica 6 Engenharia de Conttrole e Automação
A
11
Enge
enharia Elétrrica 15
Engen
nharia Mecâ nica 2 Total 34
3.2 Pessquisa e ressultados
Noss 34 cursoss de graduação na áreea de engeenharia foi pesquisadoo sobre a oferta
o
de
disciplinnas referenttes à Audito
oria em Mallha de Conttrole e Otim
mização de M
Malhas de Controle,
C
como m
mostrado nass “Tabelas 3 e 4”, respeectivamentee.
T
Tabela 3 – Oferta
O
de dissciplinas refferentes a Auditoria
A
em
m Malha de Controle de cada
curso de ggraduação pesquisado.
p
Graduação
G
Co
ontém a Discciplina de Auditoria Enge
enharia Quím
mica 2 Engenharia de Conttrole e Automação
A
0 Enge
enharia Elétrrica 0 Engen
nharia Mecâ nica 0 Total 2 D
Devido a disciplina
d
dee Auditoria em Malhaa de Controle não ser iincluída na maioria
das emeentas obserrvadas, opto
ou-se pela expansão da
d pesquisa à matéria de Otimizaação em
Malhas de Controlee por ser um
m dos possívveis recurso
os quando see trata de auuditoria.
Tabela 4 – Oferta
O
de disciplinas refferentes a Otimização
O
de
d Malha dee Controle de
d cada
curso de ggraduação pesquisado.
p
Graduação
G
Co
ontém a Discciplina de Otimização Enge
enharia Quím
mica 3 Engenharia de Conttrole e Automação
A
2 Enge
enharia Elétrrica 4 Engen
nharia Mecâ nica 1 Total 10
Com
m os dados em mãos fo
oi feito umaa comparação entre a “Tabela
“
2” e as “Tabelaas 3 e 4”
para obbter a resposta pretendida em porrcentagem, uma vez qu
ue é necesssário para a análise
estatística dos dadoos, como mo
ostrado nas “Tabelas 5 e 6”.
T
Tabela 5 – Oferta
O
de dissciplinas refferentes à Auditoria
A
em
m Malha de Controle de cada
curso de
d graduaçãoo pesquisad
do em porcentagem.
Graduação
G
Co
ontém a Discciplina de Auditoria
a(%) Enge
enharia Quím
mica 6 Engenharia de Conttrole e Automação
A
0 Enge
enharia Elétrrica 0 Engen
nharia Mecâ nica 0 Nã
ão oferecem
m 94
Total 100
O
de disciplinas refferentes à Otimização
O
de
d Malha dee Controle de
d cada
Tabela 6 – Oferta
curso de
d graduaçãoo pesquisad
do em porcentagem.
Graduação
G
Co
ontém a Discciplina de Otimizaçã
ão(%) Enge
enharia Quím
mica 9 Engenharia de Conttrole e Automação
A
6 Enge
enharia Elétrrica 12
Engen
nharia Mecâ nica 3 Nã
ão oferecem
m 71
Total 100
A pprimeira anáálise, quantto ao ensinoo de otimizaação de PID
D, resulta naa “Figura 2”.
2 Podese obserrvar que 700% das univ
versidades ppesquisadas, não ofereccem a discipplina de otiimização
de contrrolador PID
D. Tendo em
m vista de qque se trata apenas de uma
u das etap
apas da meto
odologia
da audittoria em maalhas de con
ntrole.
Figura 2: Oferta da disciplin
na de otimizzação de con
ntrolador PIID nos curssos de engen
nharia.
A ssegunda análise, quantto ao ensinno de audito
oria em maalhas de coontrole, prop
posta do
estudo dde caso, ressulta na “Fiigura 3”, onnde apenas os alguns cursos
c
de E
Engenharia Química
oferecem
m a discipliina investigada. Apesarr da indústriia ainda estar despertanndo para a obtenção
o
de melhhores resulttados atravéés da auditooria das malhas de co
ontrole, com
m os dadoss obtidos
cria-se uuma hipótesse sobre a alteração da ementa doss cursos de graduação
g
eenvolvidos havendo
a inserçção de discciplinas qu
ue envolvem
m auditoriaa de malhaas de contrrole. Vale ressaltar
também
m que ao concluir
c
o curso
c
de ggraduação, um
u engenh
heiro químiico encontrra-se em
melhorees condiçõees de atuaação no meercado de trabalho, do que oss outros cu
ursos de
engenhaaria inseriddos na pesq
quisa, em rrelação ao conteúdo programátic
p
co de audittoria nas
malhas de controlee.
Figuraa 3: Oferta da
d disciplinaa de auditorria em malh
has de controle nos curssos de engeenharia.
Um
m terceiro esstudo, utilizzando a messma metodo
ologia. Foi realizado qquanto ao en
nsino da
disciplinna em nível de pós-graduação. O
Obteve-se qu
ue na maiorria dos curssos em que há uma
abordaggem mais inntensa da matéria
m
de coontrole o en
nsino de aud
ditoria em m
malhas é tid
do quase
como obbrigatório na
n grade currricular.
4
CO
ONCLUSÃO
O
Vim
mos um breeve conceito
o sobre o quue vem a seer auditoria em malhas de controlee e quais
são os m
métodos maais comumeente aplicaddos no Brasiil. É de se esperar
e
quee indústrias, visando
um mellhor desem
mpenho e menores
m
gasstos tendam
m a buscar melhores rresultados nos
n seus
sistemass automatizzados por meio
m
da auuditoria. En
ntretanto, a academia,, que é a principal
p
formadoora dos futuuros audito
ores, em suaa maior paarte, não estta disponibi
bilizando naa diretriz
curricullar dos curssos de engenharia com
m ênfase em
e controlee as matériaas de otimiização e
auditoriia em malhha de contro
ole, o que leva os en
ngenheiros recém-form
r
mados deste ramo a
procuraarem cursoss de pós-graaduação quue dão ênfaase a esse conceito.
c
A
Apresentou-sse, neste
trabalhoo, uma revissão bibliogrráfica, bem como justifficativas qu
ue leve a um
ma possível inserção
de matéérias com ênnfase em otimização e auditoria de
d malhas dee controle eem alguns cursos
c
de
engenhaaria na área de controlee de processsos.
Agradeecimentos
Os autores agradecem ao MEC
C/SESu, FN
NDE, CA
APES, FAPPEMIG, Fundação
F
CEFETMINAS e CEFET-MG
C
G pelo apoioo ao desenvo
olvimento deste
d
trabalhho.
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TRY IN PE
ERFORM
MANCE A
ASSESME
ENT
CO
ONTROL
L LOOP: A CASE STUDY IN
I BRAZ
ZIL
Abstracct: Industriaal process controllers
c
have their parameterss tuned to oobtain total quality
regardleess of the disturbance
d
or load insserted into the
t system. The maxim
mum perform
mance of
the conttroller is noot achieved in most casses and in order
o
to gett an optimaal level of op
peration
an asseessment in control
c
loop
p is requireed. The effficiency of the
t control loop is def
efined by
several criteria andd indexes covered by tthe control theory. Are the necessaary method
ds for the
executioon of auditss in control loops beingg taught at the
t academyy? The objeective of thiss work is
to realizze a case stuudy as to th
he offer of ddisciplines th
hat revolve around auddits in contrrol loops
in somee of the engiineering cou
urses in Braazil, raising
g data and analyzing obbtained resu
ults.
Key-words: Perforrmance asseessment, Acaademy, Indu
ustry, Perfo
ormance Inddex.