O que é o controle em cascata?

O controle em cascata refere-se a uma estratégia de controle de processo na qual uma variável de processo é controlada através da manipulação do ponto de ajuste de uma variável de processo relacionada. Nesta estratégia específica, a variável de interesse é controlada por dois circuitos de controle trabalhando em conjunto. Nas indústrias de processos químicos, um sistema de controle em cascata é frequentemente usado para reduzir o efeito de distúrbios e perturbações no objetivo principal de controle.

Um loop de controle em cascata consiste em um loop primário e um loop secundário. Esses loops também podem ser chamados de loop externo e interno, respectivamente. O loop primário fornece ao loop secundário um ponto de ajuste ou destino para um processo relacionado ao objetivo de controle primário. O loop primário às vezes é conhecido como loop mestre porque fornece um ponto de ajuste que o loop secundário, ou loop escravo, deve seguir.

O objetivo principal do uso do controle em cascata como estratégia de controle de processo é permitir que o loop secundário controle distúrbios antes que eles possam afetar o objetivo do controle primário. Para que esse sistema de controle funcione efetivamente, a dinâmica do processo do loop secundário deve ser muito mais rápida que a dinâmica do loop primário. Como regra geral, a dinâmica do processo do loop secundário deve ser pelo menos quatro vezes mais rápida que a dinâmica do processo do loop primário.

A aplicação mais comum do controle em cascata para a maioria dos processos químicos envolve o uso de um controlador de fluxo como loop secundário. A maioria dos controladores de fluxo tem um tempo de resposta muito rápido, tornando-os candidatos adequados para loops secundários. Os loops primários tendem a se concentrar em variáveis ​​como temperatura, nível, níveis de potenzeno hidrogênio (pH) ou composição química.

O controle em cascata não está necessariamente confinado aos sistemas baseados em apenas dois loops de controle. Vários arranjos em cascata funcionam da mesma maneira que um loop de controle em cascata tradicional, mas possuem mais de dois loops. Por exemplo, um analisador de composição química e um loop de controle com um longo tempo morto podem contar com um loop de controle de temperatura para eliminar problemas no processo. O loop de controle de temperatura pode depender de um controlador ainda mais rápido, como um controlador de fluxo.

Existem vários fatores que são relevantes no desenvolvimento de controladores em cascata para um determinado processo. Por exemplo, um engenheiro de controles precisaria considerar se um loop secundário escolhido teve um forte efeito no loop principal de interesse. O engenheiro também precisaria conhecer a dinâmica do processo do loop secundário proposto. Tais fatores podem determinar se o loop secundário proposto é capaz de absorver perturbações do processo e impedi-los de afetar o loop primário.