Curso Superior Manutenção Industrial. Módulo: Instrumentação

Transcrição

1 Curso Superior Manutenção Industrial Módulo: Instrumentação

2 INSTRUMENTAÇÃO Agenda: Histórico

3 Instrumentação Ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação, registro e controle de processos de fabricação, visando a otimização na eficiência desses processos. O uso de instrumentos em processos industriais visa a obtenção de um produto de melhor qualidade com menor custo, menor tempo e com quantidade reduzida de mão de obra. A utilização de instrumentos nos permite: Incrementar e controlar a qualidade do produto; Aumentar a produção e o rendimento; Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e quantidade produzida além de ter em mãos dados relativos à economia dos processos.

4 Instrumentação A INSTRUMENTAÇÃO permite a obtenção de um produto: de melhor qualidade com menor custo, em menor tempo com menos mão de obra que agrida menos o meio ambiente... e substitui o homem em tarefas repetitivas afastando-o também de ambientes agressivos

5 FLUIDO AQUECIDO VAPOR FLUIDO A SER AQUECIDO CONDENSADO PROCESSO INDUSTRIAL Variável Controlada: Temperatura Meio Controlado: Fluído Variável Manipulada: Vazão Agente de Controle: Vapor

6 MALHA DE CONTROLE Elemento final de controle Processo Unidade de medida Unidade de controle Fechada Processo Unidade de medida Indicação Aberta

7 MALHA DE CONTROLE LÍQUIDO ENTRANDO MISTURADOR LÍQUIDO SAINDO SP CONTROLADOR VAPOR SENSOR DE TEMPERATURA VÁLVULA SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR ABERTA: Sistema sem realimentação (ou Feedback) FECHADA: Sistema com realimentação

8 Malha de Controle Ty 100 I/P TIC 100 R TT 100 TV 100 TE 100 A A Vapor Água quente Água fria Condensado

9 Malha de Controle Cascata Fy 200 L/N FIC 100 TIC 100 D R TT 100 Fy 200 FT 200 A A TE 100 FE 200 Vapor Água quente Água fria Condensado

10 Dupla Cascata PIC 300 D FIC 200 Fy 200 D L/N TIC 100 R TT 100 Fy 200 FT 200 Vapor PT 300 A A FV 200 TE 100 FE 200 Água quente Água fria Condensado

11 Pressão CAMPO Monômetro tipo Bourdon Manômetro tipo Coluna U Diafragma Fole Pressão Diferencial PAINEL CAMPO Variável de Processo Temperat. Vazão Termômetro de vidro/metálico Termômetro Bimetálico Termopar Bulbo de Resistência Termômetro Óptico Medidores Pressão Diferencial Medidores Área Variável Medidores Magnéticos Medidores Ultrasônicos Medidores Curiolis Indicador Registrador Conversor Controlador Set de Alarme Multi-Loop Single-Loop SDCD PLC Elemento Final de Controle Nível Tipo Flutuador Tipo Diferencial Tipo Capacitivo Tipo Ultrasônico Outros Analisador de ph Analisador de Gás Umidade Balança Densidade Viscosidade

12 INSTRUMENTAÇÃO Agenda: Terminologia

13 Terminologia Empregada 1 - Range (faixa medida) 2 - Span (alcance) 3 - Erro (estático e dinâmico) 4 - Exatidão 5 - Zona Morta 6 - Sensibilidade 7 - Histeresis 8 - Repetibilidade

14 Histeresis 200 " C CARACTERISTICA DESCENDENTE LEITURA OU SAIDA 120,2 119,8 DIFERENCA MÁXIMA CARACTERÍSTICA ASCENDENTE ENTRADA ( C)

15 Repetibilidade 1000 REPETIBILIDADE = ± 1 l/min ± 0,1 % DO SPAN LEITURA (l/min) MAXIMO ERRO DE REPETIBILIDADE ERRO DE REPETIBILIDADE (l/min) VAZÃO REAL (l//min)

16 INDICADOR

17 REGISTRADOR

18 TRANSMISSOR DE PRESSÃO

19 TRANSMISSOR DE TEMPERATURA

20 CONTROLADOR

21 VÁLVULA de CONTROLE

22 Controle Automático Finalidade,vantagens e desvantagens Processo Continuo

23 Processo Batelada

24 Simbologia

25 Símbolos Utilizados em Fluxogramas de Processo

26 Símbolos Utilizados em Fluxogramas de Processo Painel Principal acessível ao operador Montado no Campo Painel Auxiliar acessível ao operador Painel Auxiliar não acessível ao operador Instrumentos Discretos Instrumentos Compartilhados Computador de Processo Controlador Lógico Programável

27 Identificação Funcional Instrumentos A B C D E 1 A LETRA LETRAS SUCESSIVAS Variável Medida Letra de Modificação Função de Leitura Passiva Analisador Alarme Função de Saída Queimador (Chama) Condutibilidade Elétrica Controlador Densidade ou Peso Específico Diferencial Tensão (Fem) Elemento Primário Letra de Modificação F Vazão Relação G H I J K L Medida Dimensional Visor Comando Manual Alto Corrente Indicação ou Indicador Elétrica Potência Varredura Tempo ou Estação de Programa Controle Nível Lâmpada Piloto Baixo M Umidade Médio ou Intermediário

28 Identificação Funcional Instrumentos 1 A LETRA LETRAS SUCESSIVAS Letra de Função de Função de Modificação Leitura Passiva Saída Variável Medida O Placa de Orifício P Pressão Tomada de Impulso Q Quantidade Integração R S Radioatividad Registrador e Velocidade ou Freqüência Segurança Interruptor T Temperatura Transmissão Transmissor Letra de Modificação U Multivariáveis Multifunção Multifunção Multifunção V Viscosidade Válvula W Peso ou Força Poço Y Relê ou Computador Z Posição Elemento Final Controle

29 NORMA ISA 1ª letra= Variável medida 2ª letra= Função passiva 3ª letra= Função final modificada A Analisador Alarme B Chama de queimador Indefinida C Condutividade elétrica Controlador D Densidade Diferencial E Tensão Elemento primário F Vazão Razão (fração) G Medida dimensional Visor

30 NORMA ISA H Comando manual Alto I Corrente elétrica Indicador L Nível Baixo P Pressão ou vácuo R Radioatividade Registrador S Velocidade Segurança -Chave contato T Temperatura Transmissor V Viscosidade Válvula W Peso ou força Poço X Não classificada Não classificada Y Indefinida Integrador ou totalizador n Posição Elem. final de controle não classificada

31 Fluxograma de Controle 1

32 Fluxograma de Controle 2

33 INSTRUMENTAÇÃO Agenda: Sistemas de medidas

34 Sistemas de Medidas Sistema Métrico Decimal(MKS) metro, quilograma e segundo. Sistema Físico Ou Cegesimal(CGS) centímetro, grama e segundo. Sistema Francês(MTS) metro, tonelada e segundo. Sistema Inglês(FPS) foot, pound e second.

35 INSTRUMENTAÇÃO Agenda: Telemetria

36 Telemetria VAZÃO PRESSÃO VÁLVULA DE CONTROLE TEMPERATURA

37 TELEMETRIA - TRANSMISSÃO EM INTRUMENTAÇÃO Sinais Pneumáticos Sinais Típicos : 3 a 15 PSI / 6 a 30 PSI Países com Sistema Métrico : 0,2 a 1,0 kgf/cm². Nas válvulas : 0,6 a 1,4 kgf/cm² ou 0,8 a 2,4 kgf/cm². Linhas de Transmissão : As linhas de transmissão pneumáticas são constituídas de tubo de cobre ou vinil de 1/4" (diâmetro externo). Em casos especiais (atmosferas oxidantes), usam-se tubos de aço inox. A distância prática para transmissão do campo para o painel é de aproximadamente 150m. Para distâncias superiores, é recomendável intercalar relés pneumáticos (amplificadores) a cada 100m a fim de atenuar os retardos de transmissão. Considera-se viável, a transmissão pneumática até a distância de 500m.

38 Instrumentação Pneumática A tecnologia pneumática usa um sinal de pressão de ar (3 ~ 15 psi) como elemento de comunicação entre seus elementos. Sensor Controlador Válvula de Controle

39 TELEMETRIA - TRANSMISSÃO EM INTRUMENTAÇÃO Sinais Analógicos Sinais Típicos: 4 a 20mA / 10 a 50 ma / 0 a 20 ma / 1 a 5 V / 0 a 5 V / 0 a 10 V. Linhas de Transmissão: As linhas de transmissão para instrumentação eletrônica, são constituídas geralmente de fios de cobre flexível com isolamento de até 600 Volts. Os sinais DC contínuos eliminam a possibilidade de capturar perturbações eletromagnéticas podendo utilizar 2 fios blindados. Zero Vivo: Utilizado quando adotamos o nível mínimo de 4 ma, oferece a vantagem de podermos detectar uma avaria (rompimento de um dos fios), que provocaria a queda do sinal abaixo de 0%. Note também, que o nível mínimo do sinal pneumático não é zero e sim 3 PSI, deste modo, conseguimos calibrar corretamente o instrumento, comprovando sua correta calibração como por exemplo no caso de um transmissor pneumático de temperatura de range 0 a 150ºC onde o sensor estivesse com 0ºC e o sinal de saída em 1 PSI, o mesmo visivelmente seria possível detectar sua descalibração. Se o nível mínimo fosse 0 PSI, não seria possível fazermos esta comprovação rapidamente.

40 Instrumentação Analógica A instrumentação baseada na eletrônica analógica ganha força com o advento dos amplificadores operacionais.

41 Transmissão de Dados A - Comunicação Paralela B - Comunicação Serial B1 - Transmissão Serial Assíncrona B2 - Transmissão Serial Síncrona B3 - EIA-RS232 C B4 - EIA-RS422 B5 - EIA-RS485 C- Tipos de Modulação FSK, ASK e PSD D - Velocidade de Transmissão (Baud Rate)

42 Instrumentação Inteligente Os transmissores inteligentes permitem um grande número de funções e vantagens adicionais e facilidades para sua configuração.

43 COMUNICAÇÃO Painel de Controle Convencional 4-20 ma 1-5 V Computador de Processo 4-20 ma PROCESSO Transmissores Válvulas

44 Comunicação HART F O N T E ohms mA Vfonte = (A x N x 250) + 12 A = (para TRM) ou (para PID). N = Número de TRMs ou PIDs. PID - 1 PID - 2 TRM - 14 TRM - 15 HART - Highway Address Remote Transducer - Sistema que combina o padrão 4 a 20 ma com a comunicação digital. É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1200 bit/s e modulação FSK (frequência). O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a existência de dois mestres na rede simultaneamente. O Hart não é um padrão devido à limitação de velocidade. Em média uma transação no barramento ocorre a cada 375 ms.

45 Protocolo HART Primeiro protocolo de comunicação digital adotado por diversos fabricantes, o início da interoperabilidade.

46 SDCD ALIMENTAÇÃO CARTÃO DE CONTROLE ÁREA DE CONTROLE CARTÃO DE ENTRADA CARTÃO DE SAÍDA FUNÇÕES DE CONTROLE VISUALIZAÇÃO E OPERAÇÃO CAMPO 4-20mA 4-20mA 4-20mA SDCD FT-123 FT-102 FCV-102 Fontes Cartões de Controle Cartões de Entrada Cartões de Saída Fusível I/O Terminador Cartões 4-20 ma

47 Modernização SALA DE CONTROLE CONTROLE CENTRALIZADO DIGITAL

48 Sala de Controle SDCD

49 Sala de Controle SCADA

50 Telas de Software para Controle

54 Unidade de Álcool Neutro

55 Telas de Software para Registro

56 INSTRUMENTAÇÃO

57 FIELDBUS

58 Típica instalação FIELDBUS

59 Evolução dos Sistemas de Automação Fieldbus é a próxima grande transição tecnológica no campo da automação Industrial Tecnologia Dominante Pneumática Analógica Digital Fieldbus Tempo