Componentes do sistema de alarmes

Analogamente a um CLP, o sistema de alarmes é um equipamento eletrônico microprocessado, composto por “hardware” e “software”, e com memória interna para armazenagem de instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, temporização, contagem e aritmética. O sistema é composto por um ou mais módulos, que exercem basicamente três funções principais, conforme apresentado na Figura 35: a aquisição dos dados dos sensores, o processamento das informações e regras de alarmes, a distribuição das informações para os monitores.

Figura 35 – Componentes típicos do sistema de alarmes

MÓDULOSDEENTRADAS PARAAQUISIÇÃODEDADOS

GERADOR MOTORES THRUSTERS PORTAS TANQUES _ALAGAMENTOALARMESDE PROCESSAMENTODAS REGRASDEALARMESE DISTRIBUIÇÃO PRAÇADEMÁQUINAS MONITORESCOM INDICADORESE ALARMES MONITORESCOM INDICADORESE ALARMES PASSADIÇO MONITORESCOM INDICADORESE ALARMES CABINES SENSORES MONITORES MÓDULOS ELETRÔNICOS

O sistema também pode também possuir módulos de saídas, para comandar atuadores ou sistemas externos. Neste caso, o sistema não possui apenas funções de monitoramento, mas é caracterizado por ser um sistema de alarmes, monitoramento e controle de embarcações. Este trabalho se limitará às análises dos sistemas de alarmes sem as funções de controle. Sob o ponto de vista das certificadoras, os sistemas que também desempenham a função de controle são enquadrados em outra classe de equipamentos, e recebem exigências de confiabilidade muito maiores.

Em relação ao tipo de entradas por eles suportado, os sistemas de alarmes são divididos em dois tipos. O primeiro tipo de sistema de alarmes compreende os sistemas que fazem a leitura de entradas puramente binárias. Entradas binárias são aquelas que possuem apenas dois estados, como ligado ou desligado, aberto ou fechado, 0 ou 1. Estes sistemas fazem a leitura de contatos, como contatos de relés normalmente abertos ou normalmente fechados.

O segundo tipo compreende os sistemas que leem entradas binárias e sinais analógicos. Os sinais analógicos mais comuns são sinais de 4 a 20 mA; tensões de 0 a 5 Volts ou 0 a 10 Volts; resistências como potenciômetros, e termorresistências. A capacidade do sistema de alarmes é medida pelo número de entradas monitoradas.

Vale observar que os sensores instalados nas máquinas não necessariamente possuem função exclusiva para o sistema de alarmes. É possível que o sistema de alarmes monitore um sensor que ao mesmo tempo é utilizado para uma função própria do sistema monitorado. Um possível exemplo é um sensor de pressão de um motor servindo para um alarme de pressão no sistema de alarmes, e como sistema de parada de segurança do próprio controlador motor. Isto pode valer tanto para sensores analógicos como digitais. Além disso, também é possível encontrar no mercado sensores com mais de uma saída de sinal, justamente para serem monitorados por mais de um sistema.

Os alarmes e indicadores sejam eles digitais ou analógicos são exibidos nos monitores espalhados na embarcação. Via de regra, o monitor principal é instalado na praça de máquinas, e repetidores são alocados no passadiço e demais localidades, como cabines, refeitório, etc. Os módulos responsáveis pelo

processamento e distribuição dos indicadores e alarmes têm a função de enviar as informações aos monitores que devem exibir este dado.

O sistema de alarmes pode possuir uma arquitetura centralizada, ou distribuída (ver Figura 36). Na arquitetura centralizada, as atividades de processamento recaem sobre a figura de um único gerente. Esta arquitetura resulta em baixa confiabilidade do sistema, uma vez que falhando o elemento central, todo o sistema perde sua função. Na arquitetura distribuída, cada componente, ou nó, possui uma função específica, e atua de forma independente. No caso de falha de um componente, apenas as funções daquele componente são perdidos, e a confiabilidade do sistema como um todo é maior.

Em um navio, a arquitetura distribuída é extremamente desejável pelo fato de otimizar o cabeamento, uma vez que as unidades de entradas podem ser dispersas pela embarcação, sendo instaladas perto das entradas (dos sensores). Na arquitetura distribuída, as centrais de aquisição ou processamento de dados são interligadas entre si com apenas um cabo de dados, e se comunicam através de protocolos padrão de comunicação, como os protocolos Modbus, CAN Bus, Profibus, entre outros, que usualmente também são utilizados em sistemas de automação industrial. A Figura 37 exibe um exemplo de aplicação de um sistema com arquitetura distribuída, onde os componentes de 1 a 5 são instalados em diferentes localidades na embarcação.

Figura 36 – Arquiteturas centralizada e distribuída dos sistemas de alarmes

UNIDADE ELETRÔNICA

SAÍDAS

ENTRADAS

ARQUITETURA CENTRALIZADA ARQUITETURA DISTRIBUÍDA

UNIDADE ELETRÔNICA #1 U NIDADE ELETRÔNICA #2 U NIDADE ELETRÔNICA #3 UNIDADE ELETRÔNICA #3 U NIDADE ELETRÔNICA #4

ENTRADAS ENTRADAS ENTRADAS

Figura 37 – Exemplo de sistemas de alarmes com arquitetura distribuída

Para um alarme ou indicador binário, os principais parâmetros a serem programados são (i) se o ponto monitorado é um indicador ou um alarme; (ii) se o sensor é NA (normalmente aberto) ou NF (normalmente fechado); e (iii) os atrasos de ativação ou desativação, ou seja, após a mudança de estado (para anormal ou normal) quanto tempo o sistema deve esperar para sinalizar ou desligar um alarme ou indicação. A principal função dos atrasos é evitar falsos alarmes devido a condições transientes do sistema, ou sinais espúrios.

Para um alarme ou indicador analógico, os principais parâmetros programáveis são mais complexos. Além de ser possível programar se o ponto monitorado é um alarme ou indicador, e os atrasos de ativação e desativação, geralmente a curva do sinal do sensor deve ser também informada ao sistema. Para sensores lineares, esta programação é simplificada, por ser necessário entrar apenas com dois valores do sensor. Exemplo: para um sensor de pressão, com pressão nominal de 10 bar e com sinal de saída de 4 a 20 mA, bastaria entrar com os valores 4mA = 0 bar e 20mA = 10 bar.

Também é necessário programar os limites de alarmes e pré-alarmes de máximo e de mínimo. A Figura 38 apresenta um exemplo de um sensor de pressão que faz a leitura de pressões de 0 a 10 bar, dando um sinal de saída linear de 4 a 20 mA. A faixa de operação normal, ou seja, a situação sem alarmes é indicada na figura. As faixas de pré-alarme de máximo e de mínimo servem para o sistema dar um aviso, que a pressão está se aproximando do limite da faixa de alarme. Nem

COMPONENTE 1 PRAÇADE MÁQ. COMPONENTE 2 PROA COMPONENTE 3 PASSADIÇO COMPONENTE 4 SALADOGERADOR COMPONENTE 5 CABINES

sempre é necessário programar limites de alarme de máximo e mínimo. Há situações em que apenas deseja-se alarmar uma das situações, como, alarme de nível de tanque de combustível mínimo, ou alarme de temperatura alta, não fazendo sentido ter um alarme de tanque de combustível cheio ou alarme de temperatura baixa.

Por fim, alguns fabricantes permitem programar a supressão alarmes de sensores, ou seja, quando uma das entradas suprime os alarmes de outros sensores. Um caso típico é quando os alarmes de tensões e correntes de saída de um gerador devem ser suprimidos se o sinal de “gerador ligado” não é recebido. Logicamente, se o gerador estiver desligado, não faz sentido alarmar que as tensões e correntes de saída estão fora dos valores normais de operação. A supressão de alarmes exige muito cuidado no projeto e pode ser entendida como um filtro de alarmes evitando o inconveniente problema de avalanche de alarmes.

Figura 38 – Faixas de operação do sensor e alarmes

SINALDE SAÍDADOSENSOR

F A IX A DE O P E R A Ç Ã O DO SE N SO R 4mA _20mA 0 bar 10 bar FAIXADE OPERÇÃO NORMAL FAIXADE PRÉ-ALARME FAIXADE ALARME FAIXADE ALARME FAIXADE PRÉ-ALARME