5 ENSAIO DO CONTROLADOR DVC 6200 COM AMS DEVICE MANAGER
5.1 MONTAGEM
A montagem ainda é a mesma de todos os outros ensaios. Ressalvando que o suprimento de ar comprimido precisa ter uma pressão máxima de 250 psi, que é verificado na placa da válvula, por causa da capacidade do regulador de pressão, Figura 39.
Figura 39: Placa da válvula de controle. Fonte: UTFPR, Campus Curitiba, 2016.
5.2 CALIBRAÇÃO
Como a montagem dos dois ensaios é a mesma, acessar o ValveLink SNAP-ON.
5.2.1 Auto Travel
1. Colocar a válvula no modo Out of Service: fora de serviço; 2. Selecionar Calibration do menu ValveLink;
3. Selecionar Auto Travel.
A Figura 40 mostra os passos para a calibração Auto Travel.
Figura 40: Acesso Auto Travel.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba, 2016.
Com os ajustes realizados a calibração começa, Figura 41. Primeiro o atuador da válvula vai para 100%, que no nosso caso é totalmente aberta pois ela é normal fechada. Em seguida em 0% e por último se acomoda em 50%.
Por fim o atuador da válvula retorna para a posição inicial.
Figura 41: Calibração Auto Travel
5.2.2 Partial Stroke Cal
Para efetuar a calibração Partial Stroke Cal é necessário seguir os passos: 1. No menu Calibration, selecionar Partial Stroke Cal;
2. Selecionar Start;
3. Escolher a taxa de velocidade do teste, e selecionar OK;
4. O teste se inicia primeiro de 1.0% a 30.0%, e depois de 30.0% a 1.0%; As Figuras 42 mostram os passos para a calibração.
Figura 42: Etapas do Partial Stroke Cal.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
5.3 DIAGNÓSTICOS
O diagnóstico online de válvulas de controle permite avaliar condições de operação de válvulas sem retira-las do processo ou desmontá-la. Permite também analisar a performance ao longo da vida útil do instrumento. Outra importante informação que é possível conseguir através do diagnóstico são as assinaturas da válvula. Com estes gráficos é possível verificar agarramento da válvula, tempo de resposta, setpoint, linearidade de abertura, entre várias outras informações.
Nessa seção serão esclarecidos os passos para conseguir alguns dos diagnósticos disponíveis no ValveLink SNAP-ON. Os diagnósticos se encontram na tela inicial do SNAP- ON, Figura 43.
Figura 43: Tela de diagnósticos.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Figura 44: Configuração Total Scan.
5.3.1 Total Scan
Para efetuar o diagnósticos Total Scan é necessário seguir os passos: 1. Selecionar Diagnostics do menu ValveLink;
2. Total Scan;
3. Colocar a válvula no modo Out of Service:
A Figura 44 mostra os passos para o diagnóstico.
5.3.2 Partial Stroke
Para efetuar o diagnósticos Partial Stroke é necessário seguir os passos: 1. Alimentar o controlador HART com corrente de 7mA;
2. Selecionar Diagnostics do menu ValveLink; 3. Selecionar Partial Stroke;
4. Colocar a válvula no modo In Service: em serviço; 5. Selecionar Options e configurar o limite de percurso;
A Figura 45 mostra os passos para o diagnóstico.
5.3.3 Stroking Time
Para efetuar o diagnósticos Stroking Time é necessário seguir os passos: 1. Alimentar o controlador HART com corrente de 7mA;
2. Selecionar Diagnostics do menu ValveLink; 3. Selecionar Step Response;
4. Colocar a válvula no modo In Service: em serviço; 5. Configurar os limites de percurso;
A Figura 46 demostra os passos para o diagnóstico.
Figura 45: Configuração Partial Stroke.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
5.3.4 Performance Step Test
Para efetuar o diagnósticos Performance Step Test é necessário seguir os passos: 1. Selecionar Diagnostics do menu ValveLink;
2. Selecionar Step Response;
3. Configurar de acordo com a Figura 47;
4. Colocar a válvula no modo Out of Service: fora de serviço; 5. Configurar as características do degrau desejado;
As Figuras 47 e 48 mostram os passos para o diagnóstico.
Figura 46: Configuração Stroking Time.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Figura 47: Configuração Performance Step Test.
Figura 48: Configuração Performance Step Test.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Figura 49: Acesso ao Stroke Valve.
5.3.5 Stroke Valve
Para realizar o teste Stroke Valve segue-se os seguintes passos: 1. No menu principal do ValveLink, selecionar o item Stroke Valve; 2. Selecionar o percentual de abertura da válvula;
3. Seguir a resposta do sinal de curso da válvula. Os passos estão ilustrados nas Figuras 49 e 50.
Figura 50: Ajuste para 25% e 75% de abertura.
5.4 RESULTADOS
Com a realização do diagnóstico Total Scan, obteve-se: curva de assinatura da válvula, gráficos de pressão por percurso desta válvula, percurso por tempo e pressão por tempo que se localizam nas Figuras 51, 52, 53 e 54.
É possível observar a curva de abertura em vermelho e a de fechamento em azul. A curva em verde é o comportamento ideal da válvula. Nota-se no início de abertura uma grande variação de pressão sem influenciar na abertura da válvula. Isto acontece devido a inércia das partes construtivas. De igual modo na curva de fechamento há esta variação de pressão sem movimento do obturador, mas em menor proporção.
Figura 51: Curva de assinatura da válvula.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Os gráficos ilustram o comportamento de abertura e fechamento da válvula com maior detalhe. Com cada um deles é possível identificar as particularidades de comportamento em diferentes ensaios, setpoints, sendo possível verificar a influência da mecânica da válvula em relação a resposta ideal.
Figura 52: Gráfico do percurso por tempo.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Figura 53: Gráfico da pressão por tempo.
O gráfico de pressão por tempo apresentamos a curva de abertura em vermelho e a azul a curva de fechamento. Nele é possível observar a assimetria do suprimento de ar comprimido necessário para abrir e fechar a válvula devido, possivelmente, ao retorno por mola do atuador da válvula.
Figura 54: Gráfico do percurso por tempo: detalhe do atraso de resposta. Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Para o ensaio do diagnóstico Partial Stroke, foram obtidos os gráficos de pressão por percurso desta válvula, percurso por tempo e pressão por tempo que se encontram nas Figuras 55, 56 e 57. O percurso configurado foi até 10% de abertura.
No gráfico de pressão por percurso podemos observar a maior variação de pressão na curva de abertura. Isso se deve à necessidade de romper a força da mola do atuador. A curva de fechamento é mais suave, sem muitas variações de pressão, por justamente a força da mola estar a favor do movimento.
O gráfico percurso por tempo acompanha a curva do comportamento ideal, e nem é possível observar a curva verde. A válvula possui maior ondulação para um setpoint de 10%, Figura 59, no gráfico de pressão por tempo.
Figura 55: Gráfico da pressão por percurso.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Figura 56: Gráfico do percurso por tempo.
Figura 57: Gráfico da pressão por tempo.
Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Para o ensaio do diagnóstico Stroking Time, foi obtido o gráfico da resposta ao degrau de percurso pelo tempo, Figura 58.
Figura 58: Gráfico da resposta ao degrau de percurso por tempo. Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Figura 59: Gráfico de diagnóstico de performance aos degraus a partir de 50% de percurso pelo tempo. Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Figura 60: Gráfico de diagnóstico de performance aos degraus de 12.5% de percurso pelo tempo. Fonte: UTFPR, Campus Curitiba. Adaptado por Anna Resnauer
Para este ensaio, diferentemente do ensaio com o configurador de campo 475, é possível configurar o valor final, o tempo de subida para o valor final e o tempo dos steps. Esse recurso é muito interessante pois é possível configurar qualquer tipo de ensaio, não se contendo apenas aos tradicionais disponíveis no configurador.
O diagnóstico de Performance Step Test, foi obtido o gráfico da resposta os degraus de 0,25%, 0,50%, 1%, 2%, 5% e 10% de percurso pelo tempo, a partir da posição de 50%, Figura 59.
Foi realizado, também, o diagnóstico com sucessivos degraus de 12,5%, que se encontra demonstrado na Figura 60.
Com estes gráficos, Figuras 59 e 60, podemos notar que as curvas de respostas acompanharam os degraus por todo os setpoint estabelecidos com leves amortecimentos, mostrando a constância válvula por toda a faixa de controle.
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A instrumentação industrial abrange uma gama muito grande de vantagens, de estudo e técnicas, sendo assim a aplicação é encontrada em vários tipos de processos. Por causa dessa variedade de aplicações, existe um grande investimento para criar instrumentos cada vez mais eficientes e avançados. Assim sendo, formas de gerenciar estes instrumentos crescem juntos com estes avanços.
No cenário nacional, a assimilação de novas tecnologias é dada de forma mais lenta. Apesar disto, a UTFPR possibilita aos alunos conviver com elas antes mesmo de encontra-las na indústria. Ao propor criar um material didático para ser guia de como operar e entender os resultados de calibrações e diagnósticos de instrumentos, a Universidade proporciona ao aluno uma experiência que certamente ele encontrará no mercado de trabalho.
O desenvolvimento do material se apresenta em três etapas: Apostila Didática, Vídeo Didático e Roteiro de Atividade Laboratoriais. A apostila contempla conceitos básicos acerca de transmissores de temperatura e pressão e válvulas de controle, como também realizar a calibração e diagnósticos via protocolo HART. O roteiro é um guia passo a passo das atividades a serem desenvolvidas durante a disciplina, todos os tipos de ensaios expostos nesse trabalho constam no roteiro, apostila e nos vídeos. Todos os materiais desenvolvidos estão anexados em formato de DVD.
O desenvolvimento dos ensaios a princípio foi executado apenas por protocolo HART como foi anunciado nas etapas de metodologia e revisão bibliográficas, pois o acesso ao modem Fieldbus foi possível apenas depois da conclusão do desenvolvimento deste trabalho.
No decorrer do desenvolvimento deste material a equipe obteve sucesso apesar dos contratempos. O principal obstáculo foi a licença do software AMS. Este programa possui um prazo de expiração de um ano, este tempo não foi suficiente pra conclusão deste trabalho. O aprofundamento deste trabalho, a instalação, execução e funcionamento do programa foi fundamental para o andamento do projeto. Por fim a questão sobre expiração da licença foi resolvida a tempo de finalizar o trabalho.
Outra limitação que foi superada, foi o conhecimento nesta área da automação. O estágio na Peróxidos do Brasil e a co-orientação foi fundamental para familiarização com os
instrumentos e o software utilizados. Com o entendimento e orientação a conclusão do projeto foi possível.
Uma das grande vantagem do AMS Device Manager é a possibilidade de personalizar os ensaios de acordo com o que se deseja analisar dos transmissores e principalmente da válvulas. Por exemplo os diagnósticos step, que foram configurados de acordo com os steps disponíveis no configurador para se fazer uma comparação com os recursos disponíveis nos dois.
Outra vantagem é poder gerenciar os ativos de dentro da sala de controle e ter acesso a vários instrumentos ao mesmo tempo. A rapidez que o software possibilita interagir com os instrumentos, que muitas vezes não estão próximos um do outro em campo, é de fundamental importância para saber o que está acontecendo e agir com precisão no problema.
Finalmente o projeto finalizou como esperado. Para o desenvolvimento de trabalhos futuros é imprescindível a aquisição de modems e barreiras de segurança de entrada e saída analógicas Fieldbus, proporcionando a implementação de simulações com os blocos PID e verificar como os blocos de controle realizam o controle.
REFERÊNCIAS
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campo de protocolos abertos: uma abordagem a partir de dispositivos móveis. USP-São
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INAMASU, Ricardo Yassushi. Porto, Arthur José Vieira. Godoy, Eduardo Paciência.
Sistemas de controle via redes: uma nova abordagem para utilização de redes industriais. Revista Controle & Instrumentação. Edição nº 139, 2008.
LIMA, Rafael, Arquiteturas de Gerenciamento de Ativos para o Setor Sucroalcooleiro
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SMAR Equipamentos Industriais, Redes Industriais. Sertãozinho, São Paulo: Smar, 2012. SMAR Equipamentos Industriais, O protocolo digital HART. Sertãozinho, São Paulo: Smar, 2011.
Anna Resnauer
GERENCIAMENTO DE
INSTRUMENTOS
MICROPROCESSADOS ATRAVÉS DO
SOFTWARE AMS DEVICE MANAGER
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CONCEITOS ... 4 PROTOCOLO HART ... 4 TRANSMISSOR DE TEMPERATURA ... 5 TRANSMISSOR DE PRESSÃO DIFERENCIAL ... 6 VÁLVULA DE CONTROLE ... 7 CONTROLADOR DVC6200 ... 8 SOFTWARE AMS DEVICE MANAGER ... 9 MONTAGEM ... 10 CONFIGURAÇÕES ... 12 ENSAIOS TRANSMISSOR DE TEMPERATURA ... 15 CONFIGURAÇÃO ... 16 CALIBRAÇÃO ... 19 DIAGNÓSTICO ... 23 ENSAIOS TRANSMISSOR DE PRESSÃO ... 25 CONFIGURAÇÃO ... 26 CALIBRAÇÃO ... 28 DIAGNÓSTICO ... 31 ENSAIOS VÁLVULA DE CONTROLE ... 33 CALIBRAÇÃO AUTO TRAVEL ... 34 CALIBRAÇÃO PARTIAL STROKE CAL ... 35 DIAGNÓSTICO TOTAL SCAN... 36 DIAGNÓSTICO PARTIAL STROKE ... 38 DIAGNÓSTICO STEP RESPONSE ... 40 DIAGNÓSTICO STEP TEST ... 41 DIAGNÓSTICO STROKE VALVE ... 42 REFERÊNCIAS ... 43
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Acrescente necessidade de melhorar a produtividade, a qualidade de produtos e a satisfação dos clientes têm popularizado vários métodos e técnicas que visam melhorar a confiabilidade e a robustez de produtos e processos (inclusive a automação), ou seja, aumentar a probabilidade de um dispositivo desempenhar sua função de forma contínua. (LIMA, R; SEBAJE, L; INGRASSIA, A da SILVA; MORELLO, R. 2010).
Nos últimos anos temos acompanhado que os mercados de instrumentação e automação vêm demandando transmissores de pressão e temperatura, conversores, configuradores, atuadores, etc. com alto desempenho, confiabilidade, disponibilidade, recursividade, com a intenção de minimizar consumos, reduzir a variabilidade dos processos, proporcionar a redução de custos operacionais e de manutenção, assim como garantir a otimização e melhoria continua dos processos. (CASSIOLATO, CÉSAR; TORRES, LEANDRO. 2014).
No decorrer deste trabalho proporcionará ao aluno ter conhecimento sobre os procedimentos, técnicas e equipamentos comumente utilizados no chão de fábrica, no que diz respeito à manutenção e diagnósticos em transmissores de temperatura e pressão, e válvulas de controle. Isto permitirá uma formação mais completa, promovendo uma atuação profissional mais eficaz e bem-sucedida para as empresas.
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PROTOCOLO HART
O protocolo HART (do inglês, Via de Dados Endereçável por Transdutor Remoto) foi inventado pela Rosemount mas logo se tornou aberto, com a constituição de uma corporação chamada HART Communication Foundation. Seu padrão é global para envio e recebimento de informações digitais através de cabos analógicos, entre dispositivos inteligentes e sistemas de controle ou monitoramento.
Atualmente muitas aplicações em HART, tendo vantagens com os equipamentos inteligentes e utilizando-se da comunicação digital de forma flexível sob o sinal 4-20mA para a parametrização e monitoração das informações. (SMAR, 2011).
No protocolo HART, Figura 1, temos um loop de corrente analógica, onde os sinais de um transmissor variam a corrente que passa por ele de acordo com o processo de medição. O controlador detecta a variação de corrente através da tensão sob um resistor sensor de corrente. A corrente de loop varia de 4 a 20mA para frequências usualmente menores que 10 Hz. (SMAR, 2011).
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Transmissor é um equipamento capaz de converter uma grandeza elétrica proveniente de um sensor ou transdutor, em um sinal padronizado, normalmente 4 a 20 mA, comunicação digital ou ambos associados (BEGA, 2011).
O transmissor 3144, ilustrado pela Figura 2, provê a medição de temperatura por meio de termopares, termorresistores e termistores, com ou sem redundância. Permite a leitura localmente, através de visor local ou remotamente, na sala de controle. Sua comunicação se dá pelos protocolos HART ou FOUNDATION Fieldbus, sendo que esta especificação deve ser levada em consideração no momento da aquisição do instrumento (ROSEMOUNT, 2012a).
Figura 2: Transmissor de Temperatura 3144.
Termorresistores de platina são chamados Pt-100, por apresentarem uma resistência padronizada de 100Ω a uma temperatura de 0 ºC. Em termos de utilização, o Pt-100 normalmente é conectado a transmissores eletrônicos de sinal, que farão a conversão da resistência para outra forma de sinal padronizado de tensão.
Figura 3: Ligação Termoressitência a 2 fios.
Neste trabalho o sensor utilizado será o Pt-100. E a conexão com o transmissor deve ser feita conforme a Figura 3.
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O transmissor de pressão 3051, Figura 4, possibilita a medição de pressão diferencial, manométrica e absoluta no mesmo dispositivo, podendo ser utilizado também em aplicações de medição de nível e vazão. Dispõe de uma célula capacitiva diferencial, sendo que suas câmaras são assim representadas: H, câmara de alta pressão e L, câmara de baixa pressão.
Figura 4: Transmissor de Pressão 3051
Estes instrumentos são constituídos de uma célula capacitiva diferencial ligada a um circuito eletrônico responsável por medir a capacitância resultante das pressões aplicadas, convertendo-a em um sinal padronizado, possível de ser transmitido até um controlador ou centro de controle.
Para a medição de pressão manométrica, a tomada de alta pressão do transmissor deve ser conectada ao vaso e a tomada de baixa pressão deve ficar aberta para a atmosfera. Já para medição de pressão diferencial a pressão exercida pela coluna líquida presente no tanque ou vaso é medida por uma das tomadas da célula capacitiva do instrumento medidor de pressão, e a outra tomada conectada ao topo do tanque ou vaso.
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Uma válvula de controle é um instrumento projetado para operar modulando de modo contínuo e confiável, com o mínimo de histerese e atrito no engaxetamento da haste (RIBEIRO, 2003).
Basicamente a válvula de controle compreende dois conjuntos: o conjunto do corpo, que sustenta a peça móvel, e o conjunto do atuador, que promove a movimentação da peça móvel, Figura 5. (CHARLES, 2002).
Figura 5: Válvula Borboleta
A vazão de uma válvula de controle é caracterizada de acordo com a proporção da vazão em relação à sua abertura. As válvulas mais comuns são de abertura rápida, a linear e de igual porcentagem. Nas quais, a de abertura rápida permite uma grande vazão com um pequeno deslocamento da haste, a de característica linear a vazão é diretamente proporcional a abertura da válvula e na característica de igual porcentagem o percentual de abertura da válvula proporcionará o mesmo aumento no percentual de fluxo do fluido.
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O controlador digital da série FIELDVUE DVC6200, Figura 6, diferencia-se por realizar sua operação por meio de um dispositivo microprocessado, que converte um sinal de corrente de 4 a 20 mA em um sinal pneumático de 3 a 15 psi, conforme a modulação requerida pelo atuador em resposta a um sinal elétrico. A comunicação poder ser realizada com os protocolos HART e FOUNDATION Fieldbus
Figura 6: Válvula Borboleta
Em seu funcionamento, primeiramente o sinal de entrada passa pela caixa de terminais através de um par trançado único, esse segue para o microprocessador, que por algoritmo