Curso Instrumentação Introdução

(1)

SENAI- RS / FIERGS

CETEMP

Curso de Instrumentação

Básica

(2)

2

SENAI- RS / FIERGS

CETEMP

Curso de Instrumentação Básica

Introdução

(3)

Curso de Instrumentação

Básica

Agenda:

(4)

4

4 INSTRUMENTAÇÃO

Ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação,

registro e controle de processos de fabricação, visando a

otimização na eficiência desses processos.

O uso de instrumentos em processos industriais visa a obtenção de

um produto de melhor qualidade com menor custo, menor tempo

e com quantidade reduzida de mão de obra.

- Incrementar e controlar a qualidade do produto;

- Aumentar a produção e o rendimento;

- Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e quantidade

produzida além de ter em mãos dados relativos à economia dos

processos.

(5)

INSTRUMENTAÇÃO

A INSTRUMENTAÇÃO

permite a obtenção de um produto:

A INSTRUMENTAÇÃO

permite a obtenção de um produto:

•de melhor qualidade

•com menor custo,

•em menor tempo

•com menos mão de obra

•que agrida menos o meio ambiente

•de melhor qualidade

•com menor custo,

•em menor tempo

•com menos mão de obra

•que agrida menos o meio ambiente

... E substitui o homem em tarefas repetitivas

(6)

6

FLUIDO AQUECIDO VAPOR

PROCESSO INDUSTRIAL

FLUIDO A SER AQUECIDO CONDENSADO

Variável Controlada:

Temperatura

Meio Controlado:

Fluído

Variável Manipulada:

Vazão

(7)

MALHA DE

CONTROLE

Elemento final de controle Unidade de medida Processo Unidade de controle

Fechada

Unidade de medida

Processo

Indicação

Aberta

(8)

8

LIQUIDO ENTRANDO

MISTURADOR LIQUIDO_SAINDO

VAPOR VALVULA CONTROLADOR SP SENSOR DE TEMPERATURA

SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR

MALHA DE CONTROLE

ABERTA:

FECHADA:

Sistema sem realimentação (ou Feedback )

(9)

Bulbo de Resistência Termopar

Termômetro de vidro Termômetro Bimetálico Termômetro Óptico Monômetro tipo Bourdon Manômetro tipo Coluna U Diafragma Fole Pressão Diferencial Pressão Diferencial Medidores Magnéticos Medidores Ultrasônicos Medidores Área Variável Medidores Canais Abertos

Tipo Flutuador Tipo Diferencial Tipo Capacitivo Tipo Ultrasônico Analisador de pH T e m p e r. P r e s s ã o V a z ã o N í v e l Indicador Registrador Conversor Controlador Set de Alarme Multi-Loop Single-Loop SDCD PLC Elemento Final de Controle Variável de

(10)

10

(11)

(12)

12

(13)

(14)

14

(15)

(16)

16

16 Curso de Instrumentação

Curso de Instrumentação

Básica

Agenda:

Terminologia

(17)

1 - Range (faixa medida)

2 - Span (alcance)

3 - Erro (estático e dinâmico)

4 - Exatidão

5 - Zona Morta

6 - Sensibilidade

7 - Histeresis

8 - Repetibilidade

Terminologia

(18)

18

LEITURA OU SAIDA ENTRADA (  C) 200 C 120,2 119,8 0 0 200 120 DIFERENCA MAXIMA CARACTERISTICA ASCENDENTE CARACTERISTICA DESCENDENTE

HISTERESIS

(19)

LEITURA (l/min) 1000 753 MAXIMO ERRO DE REPETIBILIDADE ERRO DE TIBILIDADADE REPETIBILIDADE = ± 1 l/min ± 0,1 % DO SPAN 752

REPETIBILIDADE

(20)

20

20 Curso de Instrumentação

Curso de Instrumentação

Básica

Agenda:

Simbologia

(21)

Símbolos Utilizados em Fluxogramas

de Processo

(22)

22

22 Simbologia utilizada em Fluxogramas

de Processo.

(23)

Identificação Funcional Instrumentos

1A _LETRA _{LETRAS SUCESSIVAS}

Variável

Medida ModificaçãoLetra de Função de Leitura Passiva Função de Saída ModificaçãoLetra de

A Analisador Alarme B Queimador (Chama) C Condutibilidade Elétrica Controlador D Densidade ou

Peso Específico Diferencial

E Tensão (Fem) Elemento Primário

F Vazão Relação G Medida Dimensional Visor H Comando Manual Alto I Corrente Elétrica Indicação ou Indicador J Potência Varredura

(24)

24

1

A

LETRA

LETRAS SUCESSIVAS

Variável

Medida

Modificação

Letra de

Leitura Passiva

Função de

Saída

Modificação

Letra de

O Placa de Orifício

P Pressão Tomada de Impulso

Q Quantidade Integração R Radioatividad

e

Registrador

S Velocidade ou

Freqüência Segurança Interruptor

T Temperatura Transmissão

Transmissor

U Multivariáveis Multifunção Multifunção Multifunção

V Viscosidade Válvula

W Peso ou Força Poço

Y Relê ou

Computador

Z Posição Elemento

Final de Controle

(25)

NORMA ISA

• 1ª letra= Variável medida

• 2ª letra= Função passiva

• 3ª letra= Função final modificada

• A

Analisador - Alarme

• B

Chama de queimador-

Indefinida

• C Condutividade elétrica-

Controlador

• D Densidade- Diferencial

• E Tensão-

Elemento primário

• F

Vazão Razão (fração)

(26)

26

26 NORMA ISA

NORMA ISA

• H Comando manual- Alto

• I

Corrente elétrica-

Indicador

• L

Nível- Baixo

• P

Pressão ou

vácuo-• R Radioatividade-

Registrador

• S

Velocidade- Segurança -Chave contato

• T

Temperatura-

Transmissor

• V

Viscosidade- Válvula

• W Peso ou força-

Poço

• X

Não classificada-

Não classificada

• Y

Indefinida-

Integrador ou totalizador

(27)

(28)

28

(29)

Curso de Instrumentação

Básica

Agenda:

Sistemas de Medidas

(30)

30

30 Sistemas de Medidas

• Sistema Métrico Decimal(MKS)

– metro, quilograma e segundo.

• Sistema Físico Ou Cegesimal(CGS)

– centímetro, grama e segundo.

• Sistema Francês(MTS)

– metro, tonelada e segundo.

• Sistema Inglês(FPS)

(31)

Curso de Instrumentação

Básica

Agenda:

Telemetria

(32)

32

32 Telemetria

PRESSÃO

TEMPERATURA

VÁLVULA DE CONTROLE

VAZÃO

(33)

SinaisTípicos: 3 a 15 PSI / 3 a 27 PSI

Países com Sistema Métrico: 0,2 a 1,0 kgf/cm². Nas válvulas: 0,6 a 1,4 kgf/cm² ou 0,8 a 2,4 kgf/cm².

: 3 a 15 PSI / 6 a 30 PSI

: 0,2 a 1,0 kgf/cm². : 0,6 a 1,4 kgf/cm² ou 0,8 a 2,4 kgf/cm².

Linhas de Transmissão: As linhas de transmissão pneumáticas são constituídas de tubo de cobre ou vinil de 1/4" (diâmetro externo). Em casos especiais (atmosferas oxidantes), usam-se tubos de aço inox. A distância prática para transmissão do campo para o painel é de aproximadamente 150m. Para distâncias superiores, é recomendável intercalar relés pneumáticos (amplificadores) a cada 100m a fim de atenuar os retardos de transmissão. Considera-se viável, a transmissão pneumática até a distância de 500m.

: As linhas de transmissão pneumáticas são constituídas de tubo de cobre ou vinil de 1/4" (diâmetro externo). Em casos especiais (atmosferas oxidantes), usam-se tubos de aço inox. A distância prática para transmissão do campo para o painel é de aproximadamente 150m. Para distâncias superiores, é recomendável intercalar relés pneumáticos (amplificadores) a cada 100m a fim de atenuar os retardos de transmissão. Considera-se viável, a transmissão pneumática até a distância de 500m.

TELEMETRIA

TRANSMISSÃO EM INTRUMENTAÇÃO

(34)

34

34 Instrumentação Pneumática

A tecnologia

pneumática

usa um sinal de pressão de ar (

3 ~ 15 psi) como elemento de comunicação entre seus

elementos.

Sensor Controlador Válvula de Controle

(35)

Sinais Típicos: 4 a 20mA / 10 a 50 mA / 0 a 20 mA / 1 a 5 V / 0 a 5 V / 0 a 10 V.

Linhas de Transmissão: As linhas de transmissão para instrumentação eletrônica, são constituídas geralmente de fios de cobre flexível com isolamento de até 600 Volts. Os sinais DC contínuos eliminam a possibilidade de capturar perturbações eletromagnéticas podendo utilizar 2 fios blindados.

Zero Vivo: Utilizado quando adotamos o nível mínimo de 4 mA, oferece a vantagem de podermos detectar uma avaria (rompimento de um dos fios), quer provocaria a queda do sinal abaixo de 0%. Note também, que o nível mínimo do sinal pneumático não é zero e sim 3 PSI, deste modo, conseguimos calibrar corretamente o instrumento, comprovando sua correta calibração como por exemplo no caso de um

transmissor pneumático de temperatura de range 0 a 150ºC onde o sensor estivesse com 0ºC e o sinal de saída em 1 PSI, o mesmo visivelmente seria possível detectar sua descalibração. Se o nível mínimo fosse 0 PSI, não seria possível fazermos esta comprovação rapidamente.

2.2 - Sinais Analógicos

TELEMETRIA

(36)

36

36 Instrumentação Analógica

• A instrumentação baseada

na eletrônica analógica

ganha força com o advento

dos

amplificadores

operacionais.

+

(37)

-Transmissão de Dados

A - Comunicação Paralela

B - Comunicação Serial

B1 - Transmissão Serial Assíncrona

B2 - Transmissão Serial Síncrona

B3 - EIA-RS232 C

B4 - EIA-RS422

B5 - EIA-RS485

C- Tipos de Modulação

FSK, ASK e PSD

(38)

38

38 Instrumentação Inteligente

Os transmissores inteligentes

permitem um grande número de

funções e vantagens adicionais e

facilidades para sua configuração.

(39)

COMUNICAÇÃO

Painel de Controle Convencional

4 - 20 mA

1 - 5 V

Computador de

_Processo

4 - 20 mA

(40)

40

40 Comunicação HART

HART - Highway Address Remote Transducer - Sistema que combina o

padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um sistema a dois fios

com taxa de comunicação de 1200 bit/s e modulação FSK (frequência).

O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a existência de

dois mestres na rede simultaneamente. O Hart não é um padrão devido

à limitação de velocidade. Em média uma transação no barramento

ocorre a cada 375 ms.

F

O

N

T

E

250 ohms 250 4 - 20mA

PID - 1

PID - 2

TRM - 14 TRM - 15

V

fonte

= (A x N x 250) + 12

A = 0.004 (para TRM) ou

0.021 (para PID).

N = Número de TRMs ou

PIDs.

+

(41)

-Protocolo HART

Primeiro

protocolo de

comunicação digital

adotado por diversos

fabricantes, o início da

interoperabilidade.

(42)

42

Fontes Cartões de Controle Cartões de Entrada Cartões de Saída Fusível I/O Terminador Cartões 4-20 mA SDCD

SDCD

ÁREA DE

CONTROLE

CAMPO

4-20mA 4-20mA 4-20mA FT-123

CARTÃO DE

ENTRADA CARTÃO DESAÍDA

CARTÃO DE CONTROLE FUNÇÕES DE CONTROLE _{VISUALIZAÇÃO} E OPERAÇÃO ALIMENTAÇÃO FT-102 FCV-102 Fontes Cartões de Controle Cartões de Entrada Cartões de Saída Fusível I/O Terminador Cartões 4-20 mA SDCD

SDCD

ÁREA DE

CONTROLE

CAMPO

4-20mA 4-20mA 4-20mA FT-123

CARTÃO DE

ENTRADA CARTÃO DESAÍDA

CARTÃO DE CONTROLE FUNÇÕES DE CONTROLE _{VISUALIZAÇÃO} E OPERAÇÃO ALIMENTAÇÃO FT-102 FCV-102

(43)

Modernização

SALA DE

CONTROLE

CENTRALIZADO

DIGITAL

(44)

44

44 Sala de Controle SDCD

(45)

(46)

46

46 Telas de Software para Controle

(47)

Telas de Software para Controle

(48)

48

48 Telas de Software para Controle

(49)

Telas de Software para Controle

(50)

50

50 Telas de Software para Controle

(51)

Telas de Software para Controle

(52)

52

52 Unidade de Álcool Neutro

Unidade de Álcool Neutro

(53)

Telas de Software para Registro

(54)

54

(55)

(56)

56

56 Evolução dos Sistemas de Automação

1940 1960 1980 2000

Tecnologia Dominante

Tempo