Manual de Operação e Instalação

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1 Manual de Operação e Instalação Echotrol ITS1000 TRANSMISSOR DE NÍVEL REMOTO Cód: 073AA M Fevereiro / 2005 S/A. Rua João Serrano, 250 Bairro do Limão São Paulo SP CEP Fone: (0xx11) FAX: (0xx11) assistecnica@levelcontrol.com.br

2 ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS TABELA DE CODIFICAÇÃO PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO INDICAÇÃO DE NÍVEL DE TANQUE INSTALAÇÃO MONTAGEM DO SENSOR ULTRA-SÔNICO Calculo da distância das Paredes Laterais Cálculo do diâmetro da abertura do feixe ultra-sônico pela altura h Cuidados na Montagem MONTAGEM DO SENSOR (SONDA) DE TEMPERATURA CAIXA DE DISTRIBUIÇÃO INDICADOR/TRANSMISSOR/CONTROLADOR ITS CABEAMENTO CONEXÃO ELÉTRICA PROGRAMAÇÃO DO ITS PARAMETRIZAÇÃO RESUMO DOS PARÂMETROS DO ITS DEFINIÇÕES DOS PARÂMETROS DO ITS CERTIFICADO DE GARANTIA

3 1 INTRODUÇÃO O sistema de medição e controle de nível Echotrol, família ITS1000, foi projetado para aplicações em medições e controle de nível contínuo em tanques, silos, canais e rios. O Echotrol possui três opções de sensores: SE040 para alcance de distância até 4 metros, SE080 para distância até 8 metros e o SE200 para distância até 20 metros. A programação do ITS1000 é feita através de teclados de membrana e display alfanumérico de cristal líquido dispostos no painel frontal do equipamento. Possui duas opções de invólucro, ou seja, em alumínio para condições mais severas ou em poliestireno para as aplicações normais com grau de proteção IP65 para tipo de instalação sobre superfície. A alimentação disponível é na versão 110 ou 220 VCA. A compensação de temperatura é automática quando se utiliza o sensor de temperatura, no caso dos transdutores SE040 e SE080, incorporado a eles, e para o modelo SE200, instalado separadamente. É fornecido com uma saída analógica isolada de 4 a 20 ma, a qual pode ser ajustada em qualquer ponto dentro da sua faixa de atuação, podendo ser invertido para 20 a 4 ma. Possui ainda uma saída em transistor NPN isolada para alarme de perda de eco. Esta saída é ativada quando o equipamento não conseguir detectar nenhum alvo, não obtendo retorno de eco, de maneira contínua no intervalo ajustado entre 1 a 99 disparos. Opcionalmente, pode ser fornecido com até 5 relés que podem ser pré programados, podendo atuar como alarme, com LED s de indicação no frontal do painel, sendo que até 2 relés podem ser convertidos para atuarem como controle ON/OFF de bombas através da programação. 2

4 2 ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS Modelo ITS1000 Faixa de operação SE040 : 0,3 a 4,0 metros SE080 SE200 : 0,3 a 8,0 metros : 0,8 a 20 metros Material dos Transdutores Face : epoxi com fibra de vidro ou para ES080 opcional em Kynar Conexão ao Processo Indicação Leitura Saída Resolução Alimentação Consumo de Potência Corpo : poliester com fibra de vidro, ou para ES080 opcional em Kynar Invólucro : PVC+UV ou Teflon Conexão : PVC+UV ou Teflon 1 BSP Display alfanumérico, LCD, 4 linhas de 16 caracteres Em distância ou nível na unidade de engenharia 4 a 20 ma isolada, carga máx. 600 Ω 1 mm 110/200 Vca 11 VA Sensor de Temperatura SE040 : integral ao sensor ultra-sônico SE080 SE200 : integral ao sensor ultra-sônico : em separado Freqüência de Operação SE040 : 75 khz Taxa de Amostragem SE080 SE200 3 Hz : 50 khz : 30 khz Ângula de Abertura do Feixe SE040 : 15 Saída de Falta de Eco Saída dos Reles Atuação dos reles SE080 : 12 SE200 : 12 Transistor NPN, isolado 5, contatos SPDT 250 Vca 5 como alarmes, ou Temperatura de Operação -30 C a 60 C Invólucro Dimensões Conexão Elétrica Comprimento do cabo entre o sensor e o transmissor 3 como alarmes e 2 reles como controle de bombas Poliestireno IP65 Alumínio IP65 Poliestireno : 240 x 186 x 116 mm Alumínio Rosca 1/2" NPT Máximo: 120 metros : 255 x 250 x 91 mm 3

5 3 TABELA DE CODIFICAÇÃO ITS sensor Entradas 2 2 sensores E Especial Alimentação ou 220VCA 0 Sem 2 2 relés Saída Rele 3 3 relés 4 4 relés Sinal de Saída Comunicação Invólucro Opcionais 5 5 relés ma 9 Especial 0 Sem comunicação 2 RS485 9 Especial P Painel T Sobrepor/ IP65 E Especial 0 Sem opcional E Especial 4

6 4 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O sistema ITS1000 mede distância através de um transdutor que envia ondas ultra-sônicas até um alvo, que é a superfície do líquido ou sólido. Cada disparo contém uma série de ondas que transitam pelo ar, refletindo sobre o alvo detectado, retornando sob forma de eco para o transdutor. À distância entre o alvo e o sensor é calculado pelo transmissor/controlador, levando-se em conta o intervalo de tempo entre a transmissão e a recepção das ondas ultra-sônicas. O transmissor/controlador converte o intervalo de tempo em distância, que é utilizado para fornecer indicação na unidade de engenharia, saída analógica ou pontos de disparo de alarme ou controle. O ultra-som é afetado por vários fatores, entre eles a superfície do alvo, tamanho, ângulo e a distância do sensor. Condições ambientais, tais como, temperatura, umidade, gases e pressão também podem afetar a medição. As seguintes considerações poderão auxiliar para uma otimização nas condições de sensoriamento. ÂNGULO A inclinação da superfície do objeto em relação ao sensor ultra-sônico afeta a reflexão do objeto. O retorno do eco corresponde à porção perpendicular ao sensor. Se a superfície do alvo forma um ângulo grande com o sensor, o sinal será refletido numa direção distante do sensor e não será possível detectar nenhum eco. DISTÂNCIA Quando menor a distância do sensor ao objeto mais intenso será o eco. Portanto, na medida que a distância aumenta, o objeto necessitará de características refletidas melhor para um bom retorno do eco. SUPERFÍCIE A superfície ideal para o alvo é uma superfície dura e lisa. Esse tipo de superfície irá refletir com maior intensidade do que o do tipo mole e enrugada. Um eco fraco, resultante de um objeto pequeno e mole, irá reduzir a distância de operação do sensor além de diminuir a sua precisão. TAMANHO Um objeto grande possui maior superfície para refletir o sinal do que um menor. Portanto, um objeto grande será detectado a uma distância maior do que um objeto pequeno. 5

7 4.1 Indicação de nível de tanque. Monitorando nível em tanques de estocagem é uma das inúmeras aplicações para o sensor ultra-sônico. O ITS1000 com o sensor modelo SE080 são ideais para tanques de até 8m de altura. O transmissor é fornecido de fábrica com sinal de saída analógica de 4-20mA, filtros, amostragem com os parâmetros padrões, mas pode ser reparametrizado para atender melhor a aplicação individual de cada tanque. Superfície turbulenta e agitadores são filtrados para proporcionar uma indicação mais segura. O sensor deve ser montado sem obstrução no feixe do ultra-som, para evitar interferência do nível medido. 5 INSTALAÇÃO 5.1 Montagem do sensor ultra-sônico É necessário instalar o sensor de maneira que o som tenha uma trajetória sem obstáculos até o alvo pretendido. A área de detecção deverá ser livre de superfícies reflexivas, tais como, suportes de estruturas, junções de construção e solda, etc, para prevenir contra falsos ecos. O ângulo de abertura do feixe da onda ultra-sônica emitida é de aproximadamente 12 graus do eixo. Tenha sempre em mente este dado quando da montagem. Para a maioria das aplicações em tanques, é melhor que a distância do sensor seja o mais próximo possível do centro do tanque. Porém, para tanques com tampas em de formato de abóbada, o sensor não deve ser instalado no topo central, pois normalmente nesse ponto há a concentração de ecos múltiplos. Para líquidos, o sensor precisa ser montado numa posição vertical. Usar um nivelador para assegurar que o sensor esteja nivelado, pois o nivelamento é um fator crítico na medida que aumenta a altura do tanque. Para sólidos, o ideal é que o sensor esteja direcionado sempre perpendicular à superfície do sólido. Porém, na prática, isso é quase impossível, pois o comportamento do ângulo da superfície do produto depende de vários fatores, como a posição relativa ao tanque da boca de enchimento e de esvaziamento, 6

8 o diâmetro do tanque, tipo do produto, portanto deve-se estudar o comportamento da superfície do produto, tanto no enchimento como no esvaziamento do tanque e posicionar o sensor tanto na tampa do tanque, como o ângulo de direcionamento que na média esteja o mais perpendicular possível. Nem sempre isso é possível. Portanto, antes da instalação definitiva do sensor no tanque, deve-se fazer testes de performance para verificação do melhor resultado. O sensor SE040 e SE080 possuem uma distância de detecção mínima de 0,3 m e o sensor SE200 de 0,8 m. O sensor deve ser montado de tal maneira que a distância entre o sensor e o alvo não seja nunca menor do que o mínimo especificado. Esta distância é chamada de distância blanking ou zona morta. Os sensores podem ser montados utilizando-se de suportes. Várias opções de montagens são sugeridas neste manual. Escolha qual a melhor que se adapta a sua necessidade. As distâncias lidas são compensadas em temperatura baseado na temperatura do sensor de temperatura instalado na face do transdutor, para SE040 e SE08 e em separado para SE200. Caso a temperatura do sensor aumente devido ao calor do produto a ser medido ou por radiação externa, com o sensor de temperatura, ocorrerá uma compensação, recalculando a distância correta eliminando erros de medição. As dimensões de instalação, assim como as informações referentes a localização e posicionamento encontradas neste capítulo, devem ser consideradas antes da escolha do método de instalação, uma vez quer alguns métodos dependem do tipo do tanque e da aplicação Calculo da distância das Paredes Laterais Mínimo de 0,3 m para cada 3,0 m de altura vertical do fundo do tanque. Exemplo: Se altura vertical entre a face do sensor SE200 e o fundo do tanque for de 15,0 m, a distância horizontal mínima de qualquer parede lateral, a princípio deverá ser maior do que: D = 15/3 x 0,3 = 1,5 m Então, a distância horizontal mínima de qualquer parede lateral, para uma altura de 15m, é de 1,5 m Cálculo do diâmetro da abertura do feixe ultra-sônico pela altura h Para ângulo de 12º: Ø = 2 x h x tg12º Portanto, para altura h=15 m, teremos: Ø = 2 x 15 x 0,212 = 6,37 m Para ângulo de 15º: Ø = 2 x h x tg15º Portanto, para altura h=15 m, teremos: Ø = 2 x 15 x 0,268 = 8,04 m 7

9 Cuidados na Montagem A montagem do sensor relativamente a sua posição no tanque, nivelamento, direcionamento, robustez são extremamente importantes, portanto deve-se ater a esse item com o máximo de cuidado e estudo prévio. A boa performance da medição está diretamente relacionada com a boa montagem do sensor. Se a montagem do sensor for ao tempo, é conveniente providenciar uma proteção contra radiação solar direta. Com isso, estará prolongando a vida útil do sensor, além de minimizar a influência da temperatura externa ao tanque. O transdutor deve ser montado utilizando-se de suportes. A conexão é de 1 BSP devendo o mesmo ser instalado com auxílio de suportes e luva de 1 BSP de PVC, um tubo da mesma bitola da rosca, sendo que o aperto deve ser manual. 8

10 5.2 Montagem do sensor (sonda) de temperatura A sonda de temperatura deve ser montado no tanque de forma a permitir uma leitura média da temperatura do ar em que a onda ultra-sônica vai transitar. Portanto, ela nunca deve tocar o produto cujo nível está sendo medido. A sonda de temperatura é fornecida encapsulada com conexão de 1/2 NPT e com aproximadamente 1 metro de cabo. O cabo deve passar por uma caixa de distribuição. 5.3 Caixa de distribuição Os cabos do sensor ultra-sônico e da sonda de temperatura devem passar por uma caixa de distribuição que pode ser metálica, tipo condulete. A caixa deve ser fixada de modo segura. Se a caixa for instalada ao tempo ou local que possa respingar líquido, vedar todas as conexões contra a entrada de líquido, calafetando com produto a base de poliuretano, tipo SIKAFLEX 1 A, DOW CORNING RTV739 ou RTV738. Outros produtos, como silicone comum contendo ácido acético deve ser evitado para evitar ataque nas partes elétricas expostas da conexão. 5.4 Indicador/Transmissor/Controlador ITS1000 Seguir o desenho de instalação para montar o ITS1000. Certifique-se que é possível abrir totalmente a porta frontal. Deixar espaço necessário para a passagem dos cabos. Nunca instale o ITS1000 próximo a equipamento de alta potência, contatores, inversores, linhas de alta tensão ou de qualquer aparelho que possa induzir ruídos elétrico ou magnético para o ITS

11 5.5 Cabeamento Recomenda-se a utilização do cabo Belden 8760 para a interligação do sensor ultra-sônico até o indicador ITS1000. Com este tipo de cabo, há a garantia de poder instalar o sensor até 120 metros de distância do ITS1000. Utilizando-se um equivalente, esta distância pode diminuir, dependendo das características do cabo. As passagens dos cabos de sinal do ultra-som e de temperatura devem ser independentes. Caso esteja utilizando um eletroduto para o cabo do sensor ultra-sônico, o cabo da sonda de temperatura deve passar por outro eletroduto ou bandeja. Os cabos de sinais de ultra-som e de temperatura devem estar separados do cabo de alimentação CA, assim como de qualquer outro cabo de energia ou equipamentos geradores de ruídos elétricos. 10

12 6 CONEXÃO ELÉTRICA Para proceder à conexão elétrica, deve-se abrir a tampa frontal (para a caixa de plástico, deve-se retirar a tampa frontal inferior), desparafusando os parafusos que fecham a tampa. A saída da caixa pode ser através de prensacabo ou eletroduto, dependendo da sua instalação. O cabo a ser utilizado deve ter um diâmetro externo entre 6 a 12mm para que haja uma vedação adequada quando estiver utilizando prensa-cabo. 1 + Positivo 2 - Negativo 3 SH Shield 4 PT1 Cabo Preto 1 ou Vermelho 5 BC1 Cabo Branco Positivo 7 - Negativo 8 SH Shield 9 PT2 Cabo Preto 2 ou Vermelho 10 BC2 Cabo Bran co 2 26 L1 Fase 27 L2 Neutro / Fase 28 GND Terra Saída 4/20mA Sensor de Temperatura Saída de Pulso (Perda de Eco) Sensor Ultra-som Alimentação 11 Na Normalmente Aberto 12 Nf Normalmente Fechado 13 Com Comum 14 Na Normalmente Aberto 15 Nf Normalmente Fechado 16 Com Comum 17 Na Normalmente Aberto 18 Nf Normalmente Fechado 19 Com Comum 20 Na Normalmente Aberto 21 Nf Normalmente Fechado 22 Com Comum 23 Na Normalmente Aberto 24 Nf Normalmente Fechado 25 Com Comum Rele 1 Rele 2 Rele 3 Rele 4 Rele 5 7 PROGRAMAÇÃO DO ITS1000 O ITS1000 é equipado com um painel frontal com 16 teclas numéricas e dedicadas usadas para programação. Além das teclas possui também 5 LED s que indicam o status dos relés de alarme. Teclas utilizadas para medição de nível: MENU A tecla menu é utilizada para entrar no modo de programação. ESC Tecla utilizada para dar um avanço em uma casa à esquerda. Volta à tela anterior ENTER Entrada de dados ou aceite da função SP1 SP2 Programação dos alarmes Programação dos alarmes 0 a 9 Teclas numéricas, vírgula ou ponto decimal. 11

13 7.1 Parametrização Para entrar no modo de parametrização, após energizar o instrumento, pressione a tecla MENU e o display pedirá a senha ****. A senha fornecida de fábrica é 4444 para parametrização. Portanto, digitar 4444 e em seguida pressionar ENTER. Desta maneira estará no modo parametrização. A seqüência de parametrização é mostrada a seguir. 12

14 TECLA ACIONADA DISPLAY MENU Senha **** ENTER Iniciando Parame 1 ou 2 Indicação em 1 Nível 2 Distancia (digite o valor desejado dentro do faixa) Inicio da faixa 0 m (padrão) 1 a 99 Media 1 a 99 disparos 10 disparos (padrão) 1 a 3 Amostragem 1 a 3 Hz 3 Hz (padrão) (digite o valor desejado) Zona Morta Valor desejado (da zona morta do sensor até o valor max. da faixa) 0,3 m (padrão) 1 ou 2 Quantidade de ciclos 1 automático 2 Manual 2 a 99 (para modo manual) Quant de ciclos Valor de 2 a 99 ciclos 40 ciclos (padrão) (digite o valor desejado) Largura Janela Valor desejado (0 a valor max. da faixa) 1 a 40 Pulso fora da janela 1 a 40 pulsos 10 pulsos (padrão) 1 ou 2 Saída 4-20 ma 1 sim 2 Não (digite valores desejados) Valor 4 ma 0 m (padrão) Valor 20 ma 8 m (padrão) 1 ou 2 Saída de rele 1 sim 2 Não 1 ou 2 Tipo rele 1 1 Alarme 2 Diferencial 1 ou 2 Alarme rele 1 1 Alto 2 Baixo 1 ou 2 Modo rele 1 1 Direto 2 Inverso 1 ou 2 Tipo rele 2 1 Alarme 2 Diferencial 1 ou 2 Alarme rele 2 1 Alto 2 Baixo 1 ou 2 Modo rele 2 1 Direto 2 Inverso 1 ou 2 Alarme rele 3 1 Alto 2 Baixo 1 ou 2 Modo rele 3 1 Direto 2 Inverso 1 ou 2 Alarme rele 4 1 Alto 2 Baixo 1 ou 2 Modo rele 4 1 Direto 2 Inverso 1 ou 2 Alarme rele 5 1 Alto 2 Baixo 1 ou 2 Modo rele 5 1 Direto 2 Inverso Volta para indicação da variável 13

15 Para introduzir ou alterar os valores de alarmes para cada relé, proceder como segue. TECLA ACIONADA DISPLAY SP1 ou SP2 Senha **** ENTER (digitar os valores desejados) Liga rele 1 1 m (padrão) Desliga rele 1 2 m (padrão) (digitar os valores desejados) Liga rele 2 5 m (padrão) Desliga rele 2 6 m (padrão) (digitar os valores desejados) Alarme rele 3 SP 3 5 m (padrão) (digitar os valores desejados) Alarme rele 4 SP 4 2 m (padrão) (digitar os valores desejados) Alarme rele 5 SP 5 7 m (padrão) Volta para parametrização 7.2 Resumo dos parâmetros do ITS1000 Modo Descrição do Modo Faixa Padrão Media MÉDIA 1 a 99 disparos 10 disparos Amostragem AMOSTRAGEM (Hz) 1 a 3 Hz 3 Hz Zona Morta ZONA MORTA Todo o faixa 0,3 m Quant de ciclos QUANTIDADE DE PULSOS POR 1 automático 1 automático DISPARO 2 manual Quant de ciclos PARA 2-MANUAL, QUANTIDADE 2 a DE PULSO POR DISPARO Largura Janela TAMANHO DA JANELA DE FILTRO Todo o faixa 0,1 m Pulsos fora da QUANTIDADE ACIMA DO QUAL 1 a Janela O NÍVEL É ACEITO Perda de eco ALARME DE PERDA DE ECO 1 A 99 DISPAROS 5 DISPAROS Saída de rele Tipo de rele 1 Alarme rele 1 Modo rele 1 PARA PROGRAMAR OS RELÉS ALARME OU CONTROLE ALARME DE ALTA OU BAIXA DIRETO OU INVERSO 14

16 7.3 Definições dos parâmetros do ITS1000 Média Ajusta quantas leituras o equipamento deve tomar para realizar uma média algébrica com essas leituras Amostragem Ajusta quantas leituras por segundo o equipamento deve realizar, ou seja, a velocidade das leituras. Zona Morta Ajusta a distância a partir da face do sensor em que o primeiro eco será aceito. Qualquer eco dentro da faixa de distância ajustada será ignorado pelo sensor que manterá a leitura anterior. O valor mínimo de ajuste deste parâmetro é 30 cm para os sensores SE040 e SE080, e de 80 cm para o sensor SE200. Quantidade de Ciclos Este parâmetro ajusta a quantidade de ciclos ou pulsos em um disparo do sensor ultra-sônico. Quanto maior o número de ciclos, maior será a potência do trem de pulsos transmitido. Quanto maior a distância a ser medida maior deverá ser a quantidade de pulsos. No modo automático, isso ocorre automaticamente. Largura da Janela Filtro utilizado para eliminar falsas leituras. O ITS1000 cria uma janela em torno do valor do nível (distância) atual, o valor da largura dessa janela deve ser introduzido pelo teclado. O medidor rejeitará ecos fora dessa janela. Pulsos fora da faixa Número de leituras consecutivas fora da janela para que seja aceito como leitura válida. Saída 4-20 ma Valor 4 ma - Como inicialmente já foi programado se a leitura será em nível ou distância, o valor ajustado será o valor do nível ou distância onde se quer ter o 4 ma. Valor 20 ma idem ao 4 ma, porém válido para ajuste de 20 ma. 15

17 Saída de Relé O relé pode ser programado para atuar como alarme ou diferencial. No modo alarme o relé atua quando o nível atingir o valor ajustado, de baixo para cima quando programado em Alto ou de cima para baixo quando programado em Baixo. No modo Direto os contatos fecham quando alarmar e no modo Inverso, os contatos abrem quando alarmar. Para o modo diferencial, pode-se ajustar o ponto de fechamento e o ponto de abertura dos contatos de um relé isoladamente, por exemplo, quando se quer controlar uma bomba, liga num ponto e desliga noutro ponto, com o mesmo relé. O modo direto ou reverso não se aplica ao modo diferencial. O modo diferencial só se aplica nos relés números 1 e 2. Nos demais relés, só atuam como alarmes. Temperatura A temperatura na face do sensor, no caso do SE040 e SE080, e sensor separado para SE200, são utilizadas para compensação automática da velocidade do som no ar, e pode ser ajustada, devendo introduzir a temperatura correta. Perda de eco O ITS1000 dispõe de um contato de saída de pulso para indicação de perda de eco, neste parâmetro deve-se programar a quantidade de ecos consecutivos perdidos para que o medidor entenda como perda de eco. 16

18 8 CERTIFICADO DE GARANTIA Este equipamento, Transmissor de nível ultra-sônico. Modelo: ITS1000 Sensor: No de série: É garantido contra defeitos de mão de obra e material pelo prazo de dias da data de entrega. Esta garantia será invalidada quando o critério de julgamento da, o equipamento tiver sido submetido a abusos ou manuseios impróprios. Quando o reparo, dentro da garantia, for necessário, o usuário deverá remeter o equipamento à fábrica ou reposto, ficando as despesas de seguro e frete por conta e risco do usuário. Data de Entrega: S/A 17