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ORCID:  http://orcid.org/0009-0001-2546-4165
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento e análise de estratégias de controle utilizando um dispositivo de controle de temperatura e a plataforma OpenPLC
Alternate title (s): Development and analysis of control strategies using a temperature control device and the OpenPLC platform
Author: Morais, Júlia Barbosa
First Advisor: Costa, Thiago Vaz da
First member of the Committee: Lopes, Luís Cláudio Oliveira
Second member of the Committee: Neiro, Sérgio Mauro da Silva
Summary: 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 effi ciency 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.
Keywords: Controle de temperatura
Temperature Control
CLP
PLC
OpenPLC
OpenPLC
Python
Python
PID
PID
MPC
MPC
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: 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, 2025.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45111
Date of defense: 22-Nov-2024
Appears in Collections:TCC - Engenharia Química

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