Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo
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MODELO – MÓDULO DIDÁTICO PARA ENSINO DE LÓGICA E
CONTROLE
ESTUDO DE CASO: CONTROLE DE NÍVEL
Rosilene Oliveira Ribeiro 1, Luis Eduardo Martins de Lima 2
CEFET-ES, Sede e Coord. Engenharia Elétrica – Av. Vitória, 1729 - 29.040-780 – Vitória – ES [email protected]
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Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento do projeto de iniciação científica, no qual foi
proposto o estudo do controle de nível automatizado digital para o abastecimento de água com uso
de uma cisterna e uma caixa d’água, sendo aplicados controle digital ON/OFF.
Palavras-chave: Controle automático, Controle de Nível, Microprocessamento.
INTRODUÇÃO
Para a validação experimental da solução, fazse uso de um protótipo constituído por dois
reservatórios de água dispostos um acima do
outro conforme ilustra a Figura 1, reproduzindo
em pequenas dimensões o sistema de
abastecimento real e o hardware de controle.
Válvula de saída
d’água
Bomba de
elevação
Válvula de entrada
de água
Eletrodos
sensores
Figura 2 – Elementos de Controle.
Figura 1 – Protótipo utilizado.
A cisterna possui sensores de contato
(eletrodos), uma eletro-válvula com a qual se
controla a entrada de água e uma saída para a
água que será elevada pela bomba até a caixa
d’água. A caixa d’água também possui
sensores de contato, recebe a água elevada
pela bomba e por gravidade libera água
através de uma válvula de saída, conforme
ilustra a Figura 2.
O objetivo deste sistema de controle é garantir
a disponibilidade de água no reservatório
superior, e para isso, é monitorado o nível de
água de ambos os reservatórios.
Deste
monitoramento controla-se o acionamento da
válvula de entrada de água da cisterna e da
bomba de elevação de água.
O controle proposto será estabelecido, por
meio do uso de um microcontrolador, em duas
versões, sendo inicialmente aplicado o
controle ON/OFF com sensoriamento de nível
por contato, e em segunda versão com
aplicação de medição de nível por meio linear
(ultra-som) e algoritmo de controle PID.
Uma interface de usuário possibilitará o
completo controle e monitoramento do
processo por meio de um PC.
III Jornada de Iniciação Científica do Cefetes
I Jornada de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação
23-24/10/2008
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Antes de desenvolver testes com a lógica de
controle estruturada, foi necessário realizar
experimentos para determinar como é o
comportamento do sinal de controle PWM
para acionamento da bomba (12Vcc). Dessa
forma criou-se um programa para medir a
vazão da bomba com um determinado valor
de ciclo de trabalho do sinal de controle PWM
(Duty-Cycle DC).
O programa para determinar a vazão da
bomba usou um valor de DC constante, e a
medição do tempo que a água levava para sair
do valor de nível baixo (290 ml) até o valor de
nível alto (950 ml) foi realizada pelo relógio de
tempo real (RTC). O cálculo de vazão foi
obtido pela programação, e os valores de ciclo
de trabalho e vazão foram informados através
do display de LCD.
O programa automaticamente muda o valor de
DC e o procedimento repete-se. Isso ocorreu
por 6 vezes e dessa forma foi possível ter uma
idéia de vazão para 6 valores diferentes de
DC. A tabela com o resultado obtido após tirar
a média aritmética dos valores é apresentada
abaixo na Tabela 1.
Tabela 1 – Relação Vazão x Duty Cycle do
PWM.
Ciclo de
Vazão
Trabalho do
(ml/s)
PWM (DC)
22,38
129
26,30
150
29,68
171
32,90
192
35,07
213
38,36
234
101
Vale ressaltar que o emprego da lógica digital
traz diversas vantagens dentre elas a
possibilidade de reprogramação, o baixo custo
para mudança de funções e a contribuição à
elevação da vida útil dos elementos atuadores
(bombas de recalque) em função da
possibilidade de temporização das operações
e alternância de uso.
CONCLUSÃO
Dos resultados obtidos pode-se concluir que a
migração para o emprego da tecnologia digital
nos sistemas de controle embarcado
determina uma solução de baixo custo, alta
versatilidade, possibilitando inclusive controle
à distância. Também é importante citar que, a
disponibilidade atual em larga escala de
microcontroladores, contribui muito para a
difusão de soluções otimizadas como
alternativas
eficientes
às
soluções
convencionais de lógica a relé.
Agradecimentos
À Coordenadoria de Engenharia Elétrica do
CEFETES por disponibilizar seus laboratórios
e material didático para a realização deste
trabalho.
REFERÊNCIAS
BOLTON, W. Engenharia de Controle.
Makron Books, capítulos 1 e 10, 1995.
CASTRO,
M.I;
Edifícios
Inteligentes:
Inovação
por
Demanda.
http://www.projetoconectar.com.br/artigos/.
Acesso em: 15/01/2008.
JABUONSKI Jr., R.E et al.; Sistema de
Experimentação Remota Configurável de
Controle de Nível de Líquidos Multivariável,
VI SBAI – Simpósio Brasileiro de Automação
Inteligente, Bauru, S.P., 2003.
MICROCHIP, PIC 16F877 Data Sheet 28/40Pin 8-Bit CMOS FLASH Microcontrollers,
2001.
Após este experimento, os testes com
simulação da solução proposta foram
realizados e os resultados obtidos com o
protótipo do sistema, foram satisfatórios.
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