Técnicas de Interfaceamento de Sinais em Áreas Classificadas. Alexandre M. Carneiro

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1 Técnicas de Interfaceamento de Sinais em Áreas Classificadas Alexandre M. Carneiro

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3 Liderando aplicações Ex Experiência comprovada e de longo termo Certificação Internacional Grande variedade de produtos Inovações Competência Presença Mundial Grande experiência e conhecimento líder tecnológico!

4 Tópicos Objetivo Tipos de Proteção Ex Técnicas de Interfaceamento de Sinais Ponto-a-ponto Fieldbus Barramento de Campo Uso de fibra óptica (ABNT NBR IEC ) Comparativo entre as técnicas Sistemas Híbridos Visão Conclusão

5 Tipos de Proteção Ex

6 Tipos de Proteção Ex O tipo de proteção Segurança Intrínseca é o que melhor se aplica para a instrumentação/automação, pois possibilita troca à quente de dispositivos de campo sem a necessidade de proceder-se com seu desligamento, mantendo-se o critério da segurança da instalação Os demais tipos de proteção, para propiciarem esta mesma funcionalidade, necessitam da adoção de algum tipo de sistema de seccionamento a quente como por exemplo, conectores externos de saque rápido Ex de

7 Tipos de Proteção Ex Conectores externos de saque rápido Ex ed

8 Tipos de Proteção Ex Conceito de Segurança Intrínseca Definição conforme ABNT NBR IEC : tipo de proteção baseada na restrição da energia elétrica dentro de equipamentos e de fiação de interconexão exposta à atmosfera potencialmente explosiva para um nível abaixo do qual pode causar ignição por faiscamento ou por efeitos de aquecimento

9 Tipos de Proteção Ex Circuito intrinsecamente seguro circuito no qual qualquer faísca ou efeito térmico produzido nas condições especificadas nesta Norma, que incluem as condições de operação normal e condições de falhas previstas, não é capaz de causar a ignição de uma determinada atmosfera explosiva de gás ou vapor

10 Tipos de Proteção Ex Equipamento intrinsecamente seguro equipamento elétrico no qual todos os circuitos são intrinsecamente seguros

11 Tipos de Proteção Ex Equipamento Associado equipamento elétrico que contém circuitos com limite de energia e sem limite de energia e é construído de forma que o circuito sem limite de energia não pode afetar adversamente os circuitos com energia limitada

12 Tipos de Proteção Ex Sistema elétrico intrinsecamente seguro conjunto de equipamentos elétricos interconectados, detalhados na documentação descritiva do sistema, na qual os circuitos ou partes destes, destinados a serem utilizados em uma atmosfera explosiva, são intrinsecamente seguros

13 Técnicas de Interfaceamento de Sinais Ponto-a-ponto Fieldbus Barramento de Campo Uso de fibra óptica (ABNT NBR IEC ) Comparativo entre as técnicas

14 Ponto-a-ponto O sistema ponto-a-ponto caracteriza-se pela conexão direta dos dispositivos de campo aos canais dos cartões de entrada/saída dos sistema de controle adotado

15 Ponto-a-ponto Área Classificada Área não Classificada Transmissor I OUT Barreira de segurança Encapsulamento R S Sistema de Automação U OUT U Z U N PA

16 Ponto-a-ponto Área Classificada Área não Classificada Transmissor I OUT Barreira de segurança Encapsulamento R S Sistema de Automação U OUT U Z U N PA

17 Ponto-a-ponto Vantagens baixo custo dimensões pequenas instalação simples grande disponibilidade não requer alimentação auxiliar Desvantagens barreira tem que ser conectada ao terra a segurança depende da qualidade do terra sensível a falhas a resistência em série da barreira pode afetar o funcionamento

18 Área Classificada Ponto-a-ponto Isolador Galvânico Área não Classificada Transmissor Sistema de automação

19 Área Classificada Ponto-a-ponto Isolador Galvânico Área não Classificada Transmissor Sistema de automação

20 Ponto-a-ponto Vantagens Desvantagens isolação galvânica não requer conexão ao terra fácil seleção(implementado para aplicações específicas) grande imunidade contra interferências não gera carregamento de resistência em série custo mais elevado que as barreiras de segurança dimensões maiores (maior iiiespaço nessário) normalmente requer alimentação adicional

21 Fieldbus Barramento de Campo Um sistema Fieldbus caracteriza-se pela conexão de vários dispositivos de campo usando um protocolo específico via um canal de comunicação do sistema de controle adotado. Um barramento fieldbus é usado para a conexão dos dispositivos de campo, por intermédio do qual se comunicam com o sistema de controle e, em alguns tipos de barramento, podem também dele obter a alimentação elétrica necessária para o funcionamento

22 Fieldbus Barramento de Campo

23 Fieldbus Barramento de Campo Sistema de Remotas de E/S Esta técnica caracteriza-se pela interligação de vários sinais de dispositivos de campo em um único equipamento concentrador REMOTA DE E/S Esta Remota de E/S, funcionando como se fosse os cartões de entrada e saída do sistema de controle montados no campo (remotos), comunica-se com este via um protocolo de comunicação. Por concepção, funciona com escravo na rede, não possuindo característica de controle

24 Fieldbus Barramento de Campo Sistema de Remotas de E/S Sensores/atuadores Área Classificada Área não Classificada Sistema de automação Remota E/S Field bus C P U B U S Field bus

25 Fieldbus Barramento de Campo Sistema de Remotas de E/S Sensores/atuadores Área Classificada Área não Classificada Sistema de automação Remota E/S Field bus C P U B U S Field bus

26 Fieldbus Barramento de Campo Sistema de Remotas de E/S Vantagens conexão via field bus, elimina distribuição cabos conveniente para Zona 1 expansão modular econômico devido a instalação distribuída não requer espaço na sala de controle Desvantagens não é economicamente viável para poucos sinais tecnologia mais complexa (conhecimento de software) não ideal para requisitos de falha segura

27 Fieldbus Barramento de Campo Profibus PA Este tipo de barramento de campo se caracteriza pela comunicação e distribuição da alimentação elétrica para os dispositivos de campo via o próprio barramento Os dispositivos de campo comunicam-se diretamente com o sistema de controle via porta de comunicação na qual o barramento encontra-se conectado A configuração é tipo Mestre-Escravo, onde todo o processamento/controle é feito no Mestre

28 Fieldbus Barramento de Campo Profibus PA Profibus Master Profibus DP DP/PA T Profibus PA T Mestre Escravo

29 Fieldbus Barramento de Campo Profibus PA Vantagens conexão via field bus, elimina distribuição cabos conveniente para Zona 1 econômico devido a instalação distribuída não requer espaço na sala de controle Desvantagens não economicamente viável p/ poucos sinais(!?) tecnologia mais complexa não ideal para requisitos de falha segura expansão de segmento limitada redundância só de FBPS(*)

30 Fieldbus Barramento de Campo FF H1 Este tipo de barramento de campo se caracteriza pela comunicação e distribuição da alimentação elétrica para os dispositivos de campo via o próprio barramento Os dispositivos de campo comunicam-se diretamente com o sistema de controle via porta de comunicação na qual o barramento encontra-se conectado Possibilita a distribuição do controle no campo, diretamente nos dispositivos da rede

31 Fieldbus Barramento de Campo FF H1 Link Mestre FPC Link Mestre Host T Foundation Fieldbus H1 T Dispositivo de campo

32 Fieldbus Barramento de Campo FF H1 Vantagens conexão via field bus, elimina distribuição cabos conveniente para Zona 1 controle on wire econômico devido a instalação distribuída não requer espaço na sala de controle não economicamente viável p/ poucos sinais (!?) tecnologia mais complexa redundância só de FBPS (*) expansão de segmento limitada não ideal para requisitos de falha segura Desvantagens

33 Fieldbus Barramento de Campo

34 figura Fieldbus Barramento de Campo FF H1 com Trunk de alta energia Zona 2 Zona 1 Fieldbus FF H1, trunck de alta energia (Ex e) Terminador Ex n FDC Ex i FDC Fonte/Condicionador & Diagnósticos Spur Protetor Ex n FDC Ex n FDC Ex e FDC Acoplador DI/DO Ex i não-ex Ex nl/ic Ex na Ex i /FISCO Ex d / m

35 Uso de fibra óptica (ABNT NBR IEC ) O uso de fibras ópticas como meio de transmissão em áreas classificadas, diferentemente do que muitos até então pensavam, requer cuidados específicos quanto à segurança da instalação Uma radiação luminosa é capaz, sobre certas circunstâncias, de causar a ignição de uma atmosfera potencialmente explosiva Este assunto vem sendo tratado há algum tempo, com publicação da norma IEC em 2006 e agora com a Norma Brasileira equivalente publicada em maio de 2010.

36 Uso de fibra óptica (ABNT NBR IEC ) São três os tipos de proteção previstos por norma, que englobam o sistema óptico completo: a) radiação óptica inerentemente segura, tipo de proteção op is ; b) radiação óptica protegida, tipo de proteção op pr"; c) sistema óptico com intertravamento, tipo de proteção op sh.

37 Uso de fibra ótica (ABNT NBR IEC ) Destes tipos de proteção, percebe-se que o tipo inerentemente seguro Ex op is é o que oferece maior flexibilidade na instalação, por estar baseado na aplicação do conceito da segurança intrínseca, não requerendo nenhum tipo especial de instalação física (proteção) relacionados ao item segurança. Na aplicação deste tipo de proteção, na necessidade da instalação do conversor eletro-óptico em área cassificada, faz-se necessário verificar a certificação deste dispositivo como componente Ex, assim como o tipo de proteção aplicado à porta óptica

38 Uso de fibra ótica (ABNT NBR IEC ) Área não Ex Zona 2 Área não Ex Zona 2 Zona 1 Zona 1

39 Uso de fibra ótica (ABNT NBR IEC ) Área não Ex Zona 2 Zona 1

40 Comparativo entre as técnicas Ponto-a-ponto Controle no campo manutenção preditiva CPU I/O I/O CPU BUS CPU BUS Ex i Ex i Ex i e e

41 Comparativo entre as técnicas Convencional (isoladores) Remota de I/O Fieldbus - sinais seguros - sinais digitais simples - controle on the (conforme IEC61508) - integração com HART wire - integração com - manutenção preditiva - canal simples com equipamentos existentes - moderno isolação galvânica

42 Sistemas Híbridos - Visão Extraindo-se o que de melhor cada técnica apresenta, podemos verificar que a solução sempre passará, de uma forma ou de outra, por soluções híbridas. As técnicas são combinadas considerando-se suas vantagens e desvantagens, de forma a propiciar o melhor desempenho, maior segurança e funcionalidade do sistema de automação, sempre tendo como foco a melhor relação custo/benefício.

43 Visão

44 Visão - instalação facilitada - manutenção e serviço simples xy-bus black box ma 1/0 H H H HART FF H1 PA

45 Visão Ethernet Cntrl I/O I/O I/O NIC Zona 1, Zona 2 RIO: Remota I/O FPS: Fonte Fieldbus FB: Barreira Fieldbus U Ethernet Industrial Remota I/O I/O I/O Bus Modbus TCP Profinet Ethernet IP FF HSE... Fonte FB FB FB Clássico H H H HART FF H1

46 Visão CPU I/O I/O I/O Bus PROFINET FF HSE Zona 1 Ethernet-Remota I/O Fieldbus Soluções de sistemas H HART H ma ON/OFF FF H1 PA Tecnologia p/ instalação

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48 Sistemas Híbridos - Visão

49 Alexandre Carneiro Ger. Automação / tel

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