Teem Parte 2 Rev0

Tópicos Especiais em Engenharia Mecânica Parte 2 Professor: MSc. Ronaldo Neves Ribeiro

Ano 2016 Slide 1

Identificação dos instrumentos Norma ISA S 5.1

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Símbolos gráficos da norma ISA S5.1 para representação de uma malha de controle em diagrama P&ID.

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Válvula e Damper

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Normatização e simbologia

Para representar um diagrama P&ID de malha de controle, empregam-se símbolos que são definidos na norma S 5.1 da ISA. Essa Norma considera que cada instrumento ou função programada será identificado por um conjunto de letras e um conjunto de algarismo. A tabela anterior define o significado das letras que são utilizadas para representar os diversos instrumentos. A primeira letra do conjunto de letras indica a variável medida/controlada e as letras subseqüentes indicam a função que o instrumento desempenha na malha de controle. O primeiro algarismo indica a área/fábrica e o segundo indica a malha à qual o instrumento ou função programada pertence. Eventualmente, para completar a identificação, poderá ser acrescido um sufixo. Slide 5

Normatização e simbologia Exemplo de identificação do instrumento TRC-2102A de acordo com a norma ISA S5.1

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Normatização e simbologia

Simbologia para representação de sinais de controle

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Normatização e simbologia

Símbolos e funções de processamento de sinais (ISA E SAMA)

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Normatização e simbologia Símbolos e funções de processamento de sinais (ISA E SAMA) Localização Tipo Instrumentos discretos

Localização Principal, normalmente acessível ao Operador

Montado no campo

Localização Auxiliar, normalmente acessível ao Operador

Localização Auxiliar, normalmente não acessível ao Operador

Instrumentos compartilhados

Computador de processo Controlador programável

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Símbolos de Corpos de Válvulas

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Combinação Completa - Exemplo

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Grau de Detalhamento - Exemplo

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Diagrama de malhas Saída do trocador de calor TT TT

Fluido a ser aquecido

TC

Vapor

FT

FT

FY

FY

FY

Σ

FC

Pneumática

0,2 a 1,0 kgf/cm2

Vapor

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Diagrama de malhas Saída do trocador de calor TT TT

TC

Fluido a ser aquecido

Vapor

FT

FT

FY

FY

FY

Σ

FC

Eletrônica 4 a 20 mA

Vapor

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Diagrama de malhas Saída do trocador de calor TT TT

TC

Fluido a ser aquecido

Vapor

FT

FT

FY

FY

FY

Σ

FC

Redes de campo - SDCD

Vapor

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Diagrama de malhas Saída do trocador de calor TT TC

Fluido a ser aquecido

Vapor

FT

FT

FY

FY

FY

Σ

TC

Redes de campo - CLP

Vapor

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Exercício Identificar a sequência de letras de acordo com a norma ISA S 5.1: 1) FIC2) PRCA3) TDIA 4) BE5) TT6) AT7) FSH8) PT9) SRC10) ZSL11) XV12) WIC-

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Redes de Campo

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Redes de Campo

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Principais redes de campo (Fieldbus) Hart Foundation

Profibus Devicenet Controlnet Ethernet CAN ASI LONWORKS etc.

HART® - “Highway Addressable Remote Transducer”

Foundation Fieldbus

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Norma para definição dos padrões de comunicação

• Aparte 5 da norma IEC61131-5, define o modelo de comunicação, seus mecanismos e blocos funcionais para permitir as formas de comunicação entre os sistemas de controle; • A IEC61131-5 permite a comunicação entre diferentes tipos e redes de comunicação, deixando a complexidade das camadas dos meios de comunicação encapsulada;

• O padrão OPC (OLE for process control) é utilizado para sistemas de nível superior (PIMS, LIMS, MES e ERP); • A Norma tem a função de harmonizar os diferentes sistemas de comunicação e seus diversos níveis;

(FONSECA, FILHO E FILHO, 2008, p.399) Slide 21

O Protocolo de Comunicação HART® em Sistemas de Instrumentação Inteligentes www.hartcomm.org

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Os Benefícios do Protocolo de Comunicação HART® HART® significa “Highway Addressable Remote Transducer”

Capacidade Digital • Acesso a todos os parâmetros e diagnóstico do instrumento; • Suporta instrumentos multivariáveis; • Acompanhamento online do instrumento. Compatibilidade Analógica • Comunicação analógica e digital simultânea; • Compatível com fiação e equipamentos 4-20 mA já existentes.

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Os Benefícios do Protocolo de Comunicação HART® Interoperabilidade • Padrão de fato totalmente aberto; • Comandos universais e estrutura de dados; • Otimizado pela linguagem de descrição do instrumento. Disponibilidade • Tecnologia provada em campo com mais de 30.000.000 de dispositivos; • Crescente variedade de produtos; • Mais usado em instrumentos de campo do que qualquer outro protocolo na indústria. Slide 24

Os Benefícios do Protocolo de Comunicação HART® • O protocolo HART® permite a sobreposição do sinal de comunicação digital aos sinais analógicos de 4-20 mA, sem interferência, na mesma fiação; • O HART® proporciona alguns dos benefícios apontados pelo fieldbus; • Mantendo ainda a compatibilidade com a instrumentação analógica e aproveitando o conhecimento já dominado sobre os sistemas 4-20 mA existentes;

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Os Benefícios do Protocolo de Comunicação HART® • A economia obtida por instrumento é de US$ 300,00 a US$ 500,00 na instalação e comissionamento iniciais; • US$ 100,00 a US$ 200,00 ao ano para manutenção e operação, como normalmente é reportado; • Proporciona um salto na evolução do controle de processos, pois as características dos instrumentos podem ser vistas via comunicação digital.

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Estrutura do Protocolo de Comunicação HART®

Comunicação Digital + Sinal Analógico Simultâneo

O HART usa a tecnologia FSK (chaveamento por deslocamento de freqüência) para codificar a informação digital de comunicação sobre o sinal de corrente 4 a 20 mA Slide 27

Estrutura do Protocolo de Comunicação HART® A lógica “1” é representada por uma freqüência de 1200 Hz e a lógica “0” é representada por uma freqüência de 2200 Hz. O protocolo HART® se propaga há uma taxa de 1200 bits por segundo, sem interromper o sinal 4-20 mA

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Estrutura do Protocolo de Comunicação HART®

O Protocolo HART permite que dois equipamentos Mestres acessem informação de um mesmo equipamento de campo (escravo).

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Estrutura do Protocolo de Comunicação HART® Alguns equipamentos HART incluem controlador PID em seus algoritmos, implementando uma solução de controle com boa relação custobenefício.

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Foundation Fieldbus (Fonte Yokogawa)

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Barramento de campo Tipo de Controle Controle de Processo

Controle Lógico

Fieldbus Foundation Fieldbus Profibus PA

Sensorbus Seriplex ASI INTERBUS Loop

Devicebus Device Net Profibus DP LONWorks INTERBUS-S

Simples bit

Complexos byte

Tipo de Equipamento

pacote mensagens Slide 32

Foundation Fieldbus H1 & H2 HIS

H2

Ethernet 100Mb/s PLC

SDCD

9,5 Km a 31,25Kb/s

Bridge

24Vdc

H1

32 Dispositivos

ProSafe COM

Analisador Fluxo-PV

Flow

Robô

Motores Controlador PID Posição Válvula

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Informações de Diagnóstico Sistemas de Automação baseados em Fieldbus (redes) Informações de Não Controle

Sistemas de Automação Tradicionais

Ontem

Hoje

Informações De Controle

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Distribuição da Função de Controle Sistema Convencional

HIS PID

4-20 mA

Estação de controle

I/P

Foundation Fieldbus

HIS

Estação de controle

AI

PID FC

AO

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Blocos funcionais Modelo de Bloco Funcional Configuração das funções Bloco orientada; • Distribuição e execução das funções nos dispositivos de campo de forma integrada para os diferentes fabricantes; • Definição consistente das informações que deverão ser comunicadas e das funções que serão distribuídas; • Evita interfaces proprietárias. •

Entrada

Algoritmo PID

Parâmetros de Controle

Saída

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Blocos de Função Padronizados

• • • • • • • • • • • • • • • • •

Alarme Analógico - AAL Entrada Analógica / Saída Analógica - AI / AO Aritmético - AR Estação de Bias/Gain - BG Controle Seletor - CS Tempo Morto - DT Entrada Digital / Saída Digital - DI / DO Seletor de entrada - IS Integrador - IT Atraso de 1a. Ordem - LL PID, PI, I Controle - PID P, PD Controle - PD Manual Loader - ML Estação de Razão - RA Split da saída - OS Gerador de Rampa de Set-point - SPG Timer - TMR

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Exemplo de malha de Controle Controle a três elementos

Realimentação em avanço

LIC PID

Fluxo de vapor principal FI

FWD CALC

PVI

FIC PID

AO AI

Nível

Flow

AI Água de alimentação Slide 38

Engenharia - Configurações On line (Windows) HIS

Online & Offline Engenharia

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Manutenção

Datos de processo

Status dos Dispositivos

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