Na época do 8080 que funciona muito bem no controle de temperatura na faixa de 50 a 1200 graus centigrados (oC).
Cria-se uma faixa (uma BANDA) em torno do valor que se deseja controlar (SetPoint), e dentro desta banda a atuação do controle será proporcional, da seguinte forma: quando atingir a parte inferior a potencia continua de 100% na carga e irá diminuindo proporcionalmente conforme vai entrado dentro da faixa, ao sair da faixa na parte de cima terá a potência zero (0%).
Com o objetivo da potência ir diminuindo gradativamente, tende-se a chegar a um valor de estabilização.
Este valor será comparado com o valor ajustado e pode corrigir-se automáticamente (AUTO-TUNE), deslocando toda a faixa para cima ou para baixo, depois espera para fazer uma nova média do valor e ajustar novamente se for necessário, esta espera poderia ser de 10 a 30 minutos minutos, dependendo da inercia do sistema.

O PRINCIPIO da Operação do Proporcional
Determina-se dois valores PRO+ e PRO- que difinem uma BANDA de atuação proporcional, estes valores poderão ser dados pelo próprio operador na hora do ajuste para o controle. Tem-se comportamentos distintos dentro e fora da banda, abaixo desta aplica-se potência total, acima desta desliga-se toda potência e dentro desta atua proporcional obedecendo a equação acima onde:

ton = tempo que aplicará potência,
t = período do PWM
V = valor analógico lido, que no caso corresponde a temperatura, com definição de 10 bits.
P1 e P2 = são valores que difinem a banda proporcional.
O valor do tempo sem potência ou desligado sai de toff = t - ton.

EXEMPLO:
Se adotarmos P1=80, P2=120 e t=10segundos, teremos como banda proporcional (120-80=40), então quando V=81, temos na equação de controle:
ton=10[1-(81-80)/40] = 10 . 0,975 = 9,75 ~10s. toff ~ 0

quando V=100:
ton=10[1-(100-80)/40] = 10 . 0,5 = 5s. Aqui o valor de ton=toff=5s

quando V=119:
ton=10[1-(119-80)/40] = 10 . 0,025 = 0,25 ~ 0s. Aqui o valor de toff~10s

A atuação do controle é boa, o operador por tentativas e sua experiência acha um valor ideal para P2-P1, assim quando o valor V vai entrando na banda a inclinação da curva azul vai mudando, de forma a diminuir a potência média aplicada na carga. Quando liga-se pode ocorrer que temperatura passe de P2 na primeira vez, mas sua variação vai diminuindo até atingir o ideal desvio. Aqui também vale falar de dois outros controles interessantes, o Integral que poderia ser conseguido deslocando automáticamente a banda proporcional para cima ou para baixo, depois de alguns minutos de operação ter-se constatado que a média de V está acima ou abaixo do valor SET POINT.
Exemplo: caso a média esteje abaixo de SP após 10 minutos desloque a banda para cima 10%, ou seja, faça P1= 1,1P1 e P2 = 1,1P2, então vamos ter um acrescimo de potência na carga no decorrer do tempo,caso ocorro o contrario, um aumento na temperatura média, faz-se o oposto, reduzindo 10% caso a media fique abaixo do SP. Mas isto só valerá para operação depois de ter-se estabilizado, onde o operador nem tomaria parte, se houver qualquer variação brusca na temperratura, como por exemplo, colocar material frio dentro do forno quente, não pode-se aplicar o Controle Integral, se estiver executando este, desligue tudo e volte a operar com os valores previamente programados pelo operador e espere estabilizar.
Outro controle é o Derivativo, poderia se ter alguma coisa deste, aumentando ou diminuindo a banda proporcional, de forma a aumentar a sintonia, ou seja, quanto menor a largura banda maior será a variação de potencia, ou seja, uma pequena variação de V envolve numa grande variação de ton. Mas esta atuação não deverá ser repetida muitas vezes, poís provocaria oscilação no sistema e este perderá o controle por completo, poderia aplicar rápidas e grandes correções em ton, mas sem repetições. Este controle, como o proprio nome diz Derivativo, variações provocar correções rápidas, mas não consecuitivas.

Para executar o Contorle PWM, precisaremos ensinar o software a fazer soma, subtração, multiplicação e divisão. Vamos fazer tudo da forma mais simples, sem ponto decimal vamos trabalhar no máximo com 3bytes com valores de 0 até 16.777.215. Este valor atende nossos calculos para o controle.

Uma Idéia operando em PID.

Adotei no último projeto dois valores para esta faixa (PRO+) e (PRO -), valores para cima e para baixo do valor programado, que poderiam ser ajustados pelo frontal do aparelho via teclado e display, os valores escolhidos seriam guardados em EEPROM. Com a inclusão do controle de AUTO-TUNE, ocorrerá a correção automática do (PRO+) ou (PRO-), dependendo do tipo do forno, mas este atuaria da seguinte forma:
Supondo programado pelo operador 400 graus centigrados valor de SetPoint e faixa (PRO+)=(PRO-) de 20 graus centigrados. Deverá atuar com 100 % da potência na carga até atingir (400-20)=380 oC, quando vai diminuindo até atingir 0 % de potência na carga quando atingir (400+20)=420 oC. Vamos supor que por diversos motivos, como material dentro do forno, resitência de
aquecimento, paredes do forno, ventilação, temperatura ambiente, etc... a temperatura estabilize em 390 oC, contando com o AUTO-TUNE, este recolhece que o valor está -10 oC abaixo do programado, então deslocará automaticamente o ( PRO+) e o (PRO -) 10 graus para cima, ou seja, os novos valores serão (PRO+)=20+10=30 e (PRO-)=20-10=10, de forma a conservar o tamanho da janela e esta seja simplismente deslocada para cima. Estes novos valores deverão trazer um aumento do valor da temperatura média. Um outro ajuste muito interessante é o desvio que ocorre em torno do valor ajustado, ocasionando máximos e mínimos, que poderiam ser incovenientes ao produto que está sendo tratado no forno se forem repetivos, então o AUTO-TUNE poderia também fazer uma outra correção. A correção de grandes desvios para máximos e mínimos (oscilações em torno do SetPoint), poderia ocorrer da seguinte forma: medido os valores de máximo e mínimo, pode-se recorrer a uma tabela interna na memória (processo fuzzy) e corregir a largura da Banda Proporcional , com grandes valores entre máximo e mínimo pode-se aumentar a Banda e com pequenos valores pode-se diminuir a Banda. Aqui vale difinir um novo parametro: que é a velocidade da resposta do sistema a variações de temperatura.

Quando menor for a Banda Proporcional maior ou melhor será a RESPOSTA DO SISTEMA, ou seja, mais rápida será a correção caso haja pequenos desvios na temperatura em torno do SetPoint ajustado. E quanto maior for a BANDA PROPORCIONAL menor será a RESPOSTA DO SISTEMA, ou seja, diminue a qualidade do sistema, a um pequeno desvio na temperatura temos uma demora para ser corrigido.

Aqui tivemos 3 atuações:

O descrito aqui é uma outra forma de entender o PID (Proporciona, Integral e Derivativo).
E também o quarto controle, que é o AUTO-TUNE, assim temos o nosso aparelho em dia com a tecnólogia do momento.

Menciono que só vale este dois últimos ajustes para pequenas variações em torno do SetPoint isto não deve ultrapassar os 5 a 8% de variação. Se as variações forem superiores a isto estes dois últimos ajustes devem ser desligados, porque não funcionará suas correções, se eles insistirem em corrigir o sistema entrará em oscilação, e não será mais estabilizado. Então estes ajustes, principalmente dos 3 mencionados aqui o 2 últimos só atuam para pequenos desvios em torno do SetPoint.

Alvaro Luiz
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Desenvolvi um controlador com o 12F675 dentro da filosofia exposta acima, sempre sendo monitorado um aparelho de renome, com controle rele de estado solido.


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