Publicação: {Desenvolvimento e análise de estratégias de controle utilizando um dispositivo de controle de temperatura e a plataforma OpenPLC
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Resumo
A automação e o controle de processos industriais são fundamentais para o aprimoramento das
operações, tornando-as cada vez mais eficientes e seguras. Nesse contexto, os Controladores
Lógicos Programáveis se destacam como dispositivos essenciais para garantir esse controle. No
entanto, seu alto custo e complexidade podem restringir seu uso em ambientes acadêmicos e
didáticos, tornando necessário a busca por alternativas mais acessíveis para simulação e ensino
prático de controle de processos. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver
um sistema de pequena escala utilizando o microcontrolador Arduino Uno como Controlador
Lógico Programável, para a implementação e análise de estratégias de controle de temperatura,
buscando proporcionar uma alternativa de baixo custo que simule o quanto for possível o controle
em um ambiente industrial. Para tanto, foi empregado o software de código aberto OpenPLC,
para a configuração do microcontrolador na linguagem Ladder e para comunicação entre os
componentes via protocolo Modbus TCP/IP. Além disso, a linguagem de programação Python
foi utilizada para a programação, monitoramento e supervisão do sistema. No estudo, foram
implementadas e comparadas duas abordagens de controle para o sistema MIMO: a técnica
clássica Proporcional-Integral-Derivativo (PID) com sintonias feitas utilizando o IMC e ITAE e a
técnica avançada de Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC). Os resultados demonstraram
que ambas as técnicas tiveram bom desempenho no rastreamento de setpoints. O PID, ajustado
com o método ITAE, destacou-se pela resposta mais rápida e agressiva, enquanto o ajuste
IMC resultou em respostas mais suaves, com menor overshoot. Já o controle MPC mostrou-se
uma opção com respostas mais suaves e consistentes e boa aderência ao modelo matemático
utilizado, com contribuição da simulação para o ajuste e sintonia desse tipo de controle. Dessa
forma, a integração do aparato experimental, do software OpenPLC e do Python mostrou-se
uma ferramenta didática acessível e versátil, aproximando o sistema de um ambiente industrial
adequado para o ensino prático de controle de processos industriais.
Abstract
Automation and control of industrial processes are fundamental to improving operational efficiency
and safety. In this context, Programmable Logic Controllers are essential for achieving
effective control. However, their high cost and complexity can limit their use in academic and
educational environments, which makes it necessary to seek more affordable alternatives for
the simulation and practical teaching of process control. Thus, this paper aims to develop a
small-scale plant using the Arduino Uno microcontroller as a Programmable Logic Controller
for the implementation and analysis of temperature control strategies, in order to provide a
low-cost alternative that simulates industrial control as closely as possible. To this objective, the
open-source OpenPLC software was employed for configuring the controller in Ladder Logic
and for communication between components via the Modbus TCP/IP protocol. Additionally, the
Python programming language was used for system programming, monitoring, and supervision.
In the study, two control approaches for the MIMO system were implemented and compared:
the classical Proportional-Integral-Derivative (PID) technique with tunings made using the IMC
and ITAE methods and the advanced Model Predictive Control (MPC) technique. The results
demonstrated that both techniques performed well in tracking setpoints. The PID tuned with the
ITAE method stood out for its faster and more aggressive response, while the IMC tuning resulted
in smoother responses with less overshoot. On the other hand, MPC control proved to be an
option with a smoother and consistent responses and good adherence to the mathematical model
used, with the simulation contributing to the tuning of this type of control. Thus, integrating
the experimental apparatus, OpenPLC software and Python proved to be an accessible and
versatile educational tool, which brings the system closer to an industrial environment suitable
for practical teaching of industrial process control.
Palavras-chave
Controle de temperatura, Temperature control, CLP, PLC, OpenPLC, OpenPLC, Python, Python, PID, PID, MPC, MPC
Citação
MORAIS, Júlia Barbosa. Desenvolvimento e análise de estratégias de controle utilizando um dispositivo de controle de temperatura e a plataforma OpenPLC. 2024. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
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