Controle de Processos
e Indicação.
Índice
1. TERMINOLOGIA ... 5
1.1 FAIXA DE MEDIÇÃO (RANGE) ... 5
1.2 SET POINT (SP) OU SET VALUE (SV) ... 5
1.3 VARIÁVEL DO PROCESSO (VP) OU PROCESS VARIABLE (PV)... 5
1.4 VARIÁVEL MANIPULADA (MV) ... 5
1.5 ERRO OU DESVIO ... 5
1.6 ZONA MORTA ... 5
1.7 PROCESSO ... 5
2. SENSORES ... 6
2.1 O QUE SÃO SENSORES ... 6
2.2 TERMOPARES ... 6
2.3 TERMORESISTENCIAS ... 7
3. INDICADOR DE PROCESSOS N1500 ... 9
3.1 LINEARIZAÇÃO CUSTOMIZADA ... 9
4. CONTROLE ... 10
4.1 AÇÕES DE CONTROLE ... 10
4.2 CONTROLE ON-OFF (LIGA-DESLIGA) ... 10
4.3 CONTROLE PID ... 10
4.3.1 CONTROLE PROPORCIONAL ... 11
4.3.2 CONTROLE INTEGRAL ... 11
4.3.3 CONTROLE DERIVATIVO ... 11
4.3.4 AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVA (PID) ... 11
4.4 SINTONIA DOS PARÂMETROS PID ... 11
4.4.1 SINTONIA AUTOMÁTICA ... 11
4.4.2 SINTONIA AUTO-ADAPTATIVA ... 11
4.4.3 PROCEDIMENTO PARA A SINTONIA AUTOMÁTICA DO PID ... 12
5. CONTROLADOR DE TEMPERATURA N1040 ... 14
5.1 DETALHES DO PRODUTO ... 14
5.2 CONEXÕES ELÉTRICAS ... 14
6. CONTROLADOR UNIVERSAL N1200 ... 15
6.1 DETALHES DO PRODUTO ... 15
6.2 CONEXÕES ELÉTRICAS ... 15
6.2.1 SELEÇÃO DE SAÍDAS, ALARMES E ENTRADAS DIGITAIS ... 15
6.3 OPERAÇÃO ... 16
6.4 CONFIGURAÇÃO DO CONTROLADOR ... 17
6.4.1 CICLO DE OPERAÇÃO ... 18
6.4.2 CICLO DE SINTONIA ... 18
6.4.3 CICLO DE ALARME ... 19
6.4.4 FUNÇÕES DE ALARME ... 19
6.4.5 CICLO DE ESCALA ... 20
6.4.6 CICLO DE I/OS ... 21
6.4.7 SELEÇÃO DE ENTRADA E SAÍDA ... 21
6.5 PROGRAMA DE RAMPAS E PATAMARES ... 22
6.5.1 CICLO DE PROGRAMA ... 22
6.6 COMUNICAÇÃO SERIAL ... 23
7. ACIONAMENTO DE CARGAS ... 25
7.1 SSRS E CHAVES ESTÁTICAS... 25
7.2 ACIONAMENTO POR ÂNGULO DE FASE E POR TREM-DE-PULSO ... 25
7.2.1 MODULAÇÃO POR ÂNGULO DE FASE ... 25
7.3 CONTROLADORES DE POTÊNCIA PCW E PCWE ... 28
7.3.1 CONTROLE MANUAL ... 28
7.3.2 LIMITE DE CARGA (APENAS PARA O MODELO PCWE) ... 28
8. CONTROLE PID DE VÁLVULAS MOTORIZADAS ... 29
8.1 CONTROLADOR DE PROCESSO N2000S ... 30
9. INTRODUÇÃO AO SOFTWARE CSCAPE ... 32
9.1 HELP FILE – ARQUIVO DE AJUDA ... 32
9.2 PRIMEIROS PASSOS ... 32
10. LAB 1 - CONFIGURAÇÕES BÁSICAS E PROGRAMAÇÃO ... 34
11. LAB 2 TEMPORIZADORES E CONTADORES ... 39
12. LAB 3 EDITOR DE TELAS ... 44
13. LAB 4 REDE CSCAN ... 50
14. LAB 5 REDE MODBUS-RTU ... 54
15. LAB 6 MÍDIA REMOVÍVEL ... 56
16. LAB 7 CONFIGURAÇÃO DE RECEITAS ... 62
GLOSSÁRIO ... 66
LINHA N
Controladores e Indicadores de
Processo Single Loop
1. TERMINOLOGIA
Os instrumentos de controle empregados na indústria de processos (química, siderúrgica, papel etc.) têm sua própria terminologia. Os termos utilizados definem as características próprias de medida e controle dos diversos instrumentos: indicadores, registradores, controladores, transmissores e válvulas de controle. A terminologia empregada é unificada entre os fabricantes, os usuários e os organismos que intervêm direta ou indiretamente no campo da instrumentação industrial.
1.1 FAIXA DE MEDIÇÃO (RANGE)
Conjunto de valores da variável medida, que estão compreendidos dentro dos limites operacionais (inferior e superior) e da capacidade de medida do sistema de transmissão.
1.2 SET POINT (SP) OU SET VALUE (SV)
É o valor desejado estabelecido previamente como referência do ponto de controle, no qual o valor controlado deve permanecer.
1.3 VARIÁVEL DO PROCESSO (VP) OU PROCESS VARIABLE (PV)
Qualquer quantidade, propriedade ou condição física medida a fim de que se possa efetuar a indicação e/ou controle do processo (também chamada de variável controlada).
1.4 VARIÁVEL MANIPULADA (MV)
É a grandeza que é operada/manipulada com a finalidade de manter a variável controlada (VP) no valor desejado (SP).
1.5 ERRO OU DESVIO
É a diferença entre PV e SP. Pode representar um valor positivo ou negativo, depende da ação de controle utilizada durante o regime de controle.
1.6 ZONA MORTA
É a máxima variação que a variável pode ter sem que provoque alteração na indicação ou sinal de saída de um instrumento.
1.7 PROCESSO
É qualquer operação ou sequência de operações, envolvendo uma mudança de estado, de composição, de dimensão ou outras propriedades que possam ser definidas relativamente a um padrão. Pode ser contínuo ou em batelada.
2. SENSORES
2.1 O QUE SÃO SENSORES
São dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza. Sua aplicação abrange medição de:
Temperatura, Pressão, Umidade, Aceleração, Direção, Ângulos, Fluxo, Nível, Deslocamento, Presença, Posição, Força, Torque, etc.
2.2 TERMOPARES
De uma forma simplificada, termopar é um dispositivo que converte a energia térmica diretamente em tensão elétrica quando existe diferença de temperatura entre as duas junções terminais de um par de condutores de metais diferentes. Em um extremo os dois condutores são unidos, formando a junção de medição, o outro extremo, chamado de junta fria ou junta de referência tem os dois condutores conectados ao circuito de medição. A temperatura da junta quente (assim denominada, pois usualmente os termopares são utilizados para medições de temperaturas acima da ambiente) é determinada pela tensão que aparece na junta fria. A tensão a circuito aberto gerada em função do coeficiente de Seebeck dos dois metais e da diferença de temperatura entre as juntas quente e fria. Uma vez que a tensão produzida é função da diferença de temperaturas, a temperatura na junta fria deve ser conhecida para que se possa determinar a temperatura da junta quente.
Para cada tipo de termopar existe uma tabela que relaciona a temperatura da junta de medição com a tensão medida, para uma condição de referência na junta fria, tipicamente 0°C. A relação tensão x temperatura é não linear. A tensão gerada pelos termopares é muito baixa, aproximadamente de 5 à 50µV/°C.
Para garantir que a junta fria se forme nos conectores do instrumento de medição, o cabo que interliga o termopar ao instrumento deve ter a mesma característica do termopar, sendo este cabo denominado cabo de extensão (quando é feito do mesmo material do termopar) ou cabo de compensação (quando é feito com outra liga metálica com característica termoelétrica semelhante). Os cabos de termopares, quando confeccionados em malha, devem ter a malha aterrada em um único ponto e devem ser instalados em eletrodutos aterrados, de uso exclusivo para sinais de sensores.
Figura 1 - Termopar e cabo de extensão.
Os tipos de termopares mais utilizados são J e K. Outros tipos aceitos pelos instrumentos da NOVUS são T, E, N, R, S e B. As tabelas são definidas pela norma NBR12771.
Os limites de temperatura práticos de aplicação dos diferentes tipos de termopares são dados na tabela a seguir:
• Tipo J (Ferro/Constantan) Temperatura média -110 a 950 °C
• Tipo K (Cromel/Alumel) Temperatura média -150 a 1370 °C
• Tipo T (Cobre/Constantan) Temperatura media -160 a 400 °C
• Tipo N (Nicrosil/Nisil) Temperatura média -270 a 1300 °C
• Tipo R (Platina/Ródio-Platina) Temperatura média -270 a 1300 °C
• Tipo S (Platina/Ródio-Platina) Temperatura média -270 a 1300 °C
• Tipo B (Platina/Ródio-Platina) Temperatura média -270 a 1300 °C
• Tipo E (Cromel/Constantan) Temperatura média -270 a 1300 °C
Obs: As temperaturas informadas são baseadas no tipo de fabricação e isolação, os dados informados são baseados nas tabelas da Novus Produtos Eletronicos LTDA.
2.3 TERMORESISTENCIAS
Uma termorresistência (RTD do inglês Resistance Temperature Detector) é um sensor que permite conhecer a temperatura do meio, recorrendo à relação entre a resistência elétrica de um material e a sua temperatura. A maior parte das termorresistências são feitas de platina, mas são também utilizados outros materiais, como por exemplo o níquel.
PT100 e PT1000 são sensores do tipo RTD amplamente utilizados em aplicações industriais, contruídos com liga de Platina com 100Ω ou 1000Ω a 0°C, respectivamente. O coeficiente de variação da resistência com a temperatura mais usual é 0,00385Ω/°C, que resulta em resistência de 138,5Ω e 1385Ω a 100°C.
São tipicamente aplicados na medição de temperatura entre -200°C e 600°C, tendo precisão superior aos termopares. A relação resistência x temperatura é definida pela norma NBR13773, sendo também não linear.
Por serem sensores resistivos, em sua instalação a resistência dos cabos de ligação podem introduzir um erro de medição, especialmente para o PT100 que tem menor variação da resistência com a temperatura. Para contornar esta limitação, usualmente são aplicados circuitos a 3 fios, que permitem a eliminação do efeito da resistência dos cabos, dentro de certas condições. Circuitos a 4 fios podem ser utilizados, tipicamente em aplicações de laboratório, que permitem total eliminação do efeito da resistência dos cabos
O cabo recomendado para instalação de PT100 é um cabo blindado de 4x26AWG + Malha. A malha deve ser ligada em um único ponto do aterramento da instalação. O cabo dever ser instalado em eletroduto metálico aterrado, exclusivo para sinais de sensores.
2.4 SINAIS EM TENSÃO E CORRENTE
São usuais em automação os sinais 0-5Vcc, 0-10Vcc, 0-20mA e 4-20mA. O instrumento que aceitam estes sinais como entrada, devem oferecer recurso para programação da escala de medição, que estabelece a relação entre o valor do sinal e o valor real da grandeza correspondente.
Para estabelecer esta relação, os equipamentos NOVUS têm tipicamente 03 parâmetros: Limite Inferior, Limite Superior e Posição do ponto decimal. Os ajustes destes parâmetros devem ser realizados de acordo com a
especificação do equipamento que mede a grandeza física e a converte para o sinal de tensão ou corrente como no exemplo a seguir:
- Transmissor de Pressão 0 – 40 bar / 4-20mA - Indicação desejada: 0 à 40,0 bar
- Programação: Limite Inferior = 0; Limite Superior = 400 ; Posição do ponto decimal: No dígito das dezenas
Se neste mesmo exemplo é desejada a indicação em outra grandeza relacionada, como psi (1 bar = 14,5 psi):
- Indicação desejada: 0 à 580 psi
- Programação: Limite Inferior = 0; Limite Superior = 580; Posição do ponto decimal: No dígito das unidades.
Para aplicação de sinais não usuais, alguns modelos dispõe de entrada 0-50mV, que com a adoção de um circuito divisor de tensão externo, permite a medição de outros níveis de tensão. Nesta situação, é importante considerar o erro do divisor de tensão externo, fazendo a calibração da escala 0-50mV utilizando o sinal a ser medido aplicado ao divisor, compensando assim o seu erro na calibração do instrumento.
3. INDICADOR DE PROCESSOS N1500
O indicador microprocessado N1500 é um versátil instrumento usado na monitoração de variáveis analógicas, sendo na grande maioria de processos industriais e de laboratório. De fácil e rápida configuração pelo teclado frontal, o indicador indicadores universais de processos N1500 é compatível com os principais termopares, termorresistências PT100 e sinais lineares como 0 a 20 mA, 4 a 20 mA ou milivolt.
Figura 2 - N1500 Visor Frontal Figura 3 - N1500 conexões painel traseiro Pode ser fornecido em quatro versões:
- N1500 standard, com entrada universal;
- N1500-LC, com entrada para célula de carga;
- N1500-FT, indicador de vazão;
- N1500G, indicador universal de processos com display gigante para visualização à distância.
O indicador N1500 possui escala programável pelo teclado, ponto decimal configurável, fonte de 24 V para excitação de transmissores remotos ou fonte de 10 V para alimentação de célula de carga (N1500-LC), display de fácil leitura, alimentação universal por fonte chaveada e até 4 relés de alarme com 6 opções de funções, retransmissão da variável medida em 4 a 20 mA e comunicação digital RS485 com protocolo Modbus são alguns dos opcionais disponíveis.
3.1 LINEARIZAÇÃO CUSTOMIZADA
O indicador apresenta três tipos de sinal de entrada que permitem uma linearização personalizada, isto é, o usuário pode configurar o aparelho de modo a conseguir indicações exatas para sinais elétricos com características não lineares e sempre crescentes. Os três tipos de sinal de entrada são: 0 à 50mV, 4 à 20mA e 0 à 5Vcc.
Esta função é amplamente utilizada, por exemplo, quando fazemos a medição de nível em reservatório com formas não lineares. Quando selecionados, o indicador cria o Ciclo de Linearização Personalizada o sinal de entrada deve ser dividido em segmentos (máximo de 30), definidos de modo a minimizar o erro entre o sinal de entrada e a correspondente indicação. No Ciclo de Linearização Personalizada o usuário encontra o parâmetro 1np.01 que corresponde ao ponto de início do primeiro segmento e deve definir o valor mínimo do sinal de entrada. Em seguida o parâmetro ovt.01 que corresponde a indicação desejada para este primeiro ponto. Logo após vem 1np.02 que é o ponto de início do segundo segmento e ovt.02 a respectiva indicação.
4. CONTROLE
4.1 AÇÕES DE CONTROLE
Pode ser reversa ou direta. Define genericamente a atuação aplicada à MV na ocorrência de variações da PV.
Ação Reversa: Se PV aumenta, MV diminui. Tipicamente utilizada em controles de aquecimento.
Ação Direta: Se PV aumenta, MV aumenta. Tipicamente utilizada em controles de refrigeração.
4.2 CONTROLE ON-OFF (LIGA-DESLIGA)
É o regime pelo qual se permite controlar um processo qualquer, a partir da atuação em 0 ou 100% da sua saída de controle, onde a variável manipulada (MV) é rapidamente mudada do seu valor mínimo (0%), para o seu valor máximo (100%). Para evitar acionamentos muito frequentes da saída existe a Histerese que define uma diferença entre o valor de PV em que a saída liga e desliga:
Para ação de controle reversa: Para ação de controle direta:
Se PV >= SV, MV = 0% Se PV >= SV + Histerese, MV = 100%
Se PV <= SV – Histerese, MV = 100% Se PV <= SV, MV = 0%
Tabela 1- Ação do controle ON-OFF
O controle ON-OFF se caracteriza por sempre apresentar oscilação de PV ao redor de SV, com amplitude dependente da histerese e de características do processo. A escolha de um valor muito alto para a histerese resulta em uma amplitude de oscilação muito grande. A escolha de um valor muito baixo de histerese pode causar acionamentos muito rápidos e frequentes da saída, podendo resultar em danos ao elemento de chaveamento (relés, contatoras, válvulas).
A implementação do controle ON-OFF é de fácil configuração, uma vez que demanda apenas configuração de dois parâmetros (setpoint e histerese),porém, na prática muitos processos não conseguem ser sintonizados a partir desta técnica, logo é necessário adotar outra estratégia para o controle. Esta outra estratégia é o PID!
4.3 CONTROLE PID
A técnica de controle PID consiste em calcular um valor de atuação sobre o processo a partir das informações do valor desejado e do valor atual da variável do processo. Este valor de atuação sobre o processo é transformado em um sinal adequado ao atuador utilizado (válvula, motor, relé), a fim de garantir um controle estável e preciso.
O PID é a composição de 3 ações, conforme apresentado na tabela abaixo:
P
CORREÇÃO PROPORCIONAL AOERRO
A correção que é aplicada ao processo é proporcional ao erro.
I
CORREÇÃO PROPORCIONAL AOPRODUTO ERRO x TEMPO
Pequenos erros que existem há muito tempo requerem correção mais intensa.
D
CORREÇÃO PROPORCIONAL ATAXA DE VARIAÇÃO DE ERRO
Se o erro está variando muito rápido, o termo D atua com maior intensidade, a fim de evitar oscilações.
Tabela 2 - Ação do controle PID
4.3.1 CONTROLE PROPORCIONAL
No controle Proporcional, o valor de MV é proporcional ao valor do desvio (SV-PV, para ação reversa de controle), ou seja, para desvio zero (SV=PV), MV=0; à medida que o desvio cresce, MV aumenta até o máximo de 100%. O valor de desvio que provoca MV=100% define a Banda Proporcional (Pb). Com Pb alta, a saída MV só irá assumir um valor alto para corrigir o processo se o desvio for alto. Com Pb baixa, a saída MV assume valores altos de correção para o processo mesmo para pequenos desvios. Em resumo, quanto menor o valor de Pb, mais forte é a ação proporcional de controle.
4.3.2 CONTROLE INTEGRAL
O integral não é, isoladamente, uma técnica de controle, pois não pode ser empregado separadamente de uma ação proporcional. A ação integral consiste em uma resposta na saída do controlador (MV) que é proporcional à amplitude e duração do desvio. A ação integral tem o efeito de eliminar o desvio característico de um controle puramente proporcional.
4.3.3 CONTROLE DERIVATIVO
O derivativo não é, isoladamente, uma técnica de controle, pois não pode ser empregado separadamente de uma ação proporcional. A ação derivativa consiste em uma resposta na saída do controlador (MV) que é proporcional à velocidade de variação do desvio. A ação derivativa tem o efeito de reduzir a velocidade das variações de PV, evitando que se eleve ou reduza muito rapidamente. O derivativo só atua quando há variação no erro. Se o processo está estável, seu efeito é nulo. Durante perturbações ou na partida do processo, quando o erro está variando, o derivativo sempre atua no sentido de atenuar as variações, sendo, portanto, sua principal função melhorar o desempenho do processo durante a ocorrência de transitórios.
4.3.4 AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVA (PID)
A associação das três ações de controle permite obter um tipo de controle que reúne todas as vantagens individuais de cada um deles e por isto, virtualmente ela pode ser utilizada para controle de qualquer condição do processo. A proporcional elimina as oscilações, a integral elimina o desvio de off-set, enquanto a derivativa fornece ao sistema uma ação antecipativa evitando previamente grandes desvios no processo.
4.4 SINTONIA DOS PARÂMETROS PID
A sintonia dos parâmetros de controle PID no controlador pode ser realizada de forma automática e auto- adaptativa. A sintonia automática é iniciada sempre por requisição do operador, enquanto que a sintonia auto- adaptativa é iniciada pelo próprio controlador sempre que o desempenho do controle piora.
4.4.1 SINTONIA AUTOMÁTICA
A sintonia automática do controlador tem inicialmente o mesmo comportamento de um controle sob regime ON/OFF, aplicando atuação mínima e máxima ao processo. Contudo, ao longo do processo de sintonia a atuação do controlador é refinada até a sua conclusão, já sob controle PID otimizado. Este processo é iniciado imediatamente após a seleção de uma das opções disponíveis (FAST, FULL, SELF, RSLF ou TGHT) para o operador, através do parâmetro ATUN.
4.4.2 SINTONIA AUTO-ADAPTATIVA
A sintonia auto-adaptativa é iniciada pelo controlador sempre que o desempenho do controle é pior que o encontrado após a sintonia anterior, em outras palavras, significa dizer que o controlador atua continuamente avaliando métricas de desempenho do processo, e inicia automaticamente um novo processo de auto-sintonia se identificado uma piora no desempenho deste processo. A esta característica de sintonia de processos, é o que chamamos de PID Auto-Adaptativo.
O operador deve selecionar através do parâmetro ATUN (Ciclo de sintonia), o tipo de sintonia desejada dentre as seguintes opções:
OFF: Modos de sintonia do controlador desabilitado.
FAST: O controlador realiza o processo de sintonia automática uma única vez, retornando ao modo OFF quando concluída. A sintonia neste modo é concluída em menor tempo, mas não é tão precisa quanto no modo FULL.
FULL: Mesmo que o modo FAST, porém a sintonia é mais precisa e demorada, resultando em melhor desempenho do controle PID.
SELF: O desempenho do processo é monitorado e a sintonia auto-adaptativa é automaticamente iniciada pelo controlador sempre que o desempenho piora.
rSLF: Realiza a sintonia automática e retorna para o modo SELF. Tipicamente utilizado para forçar uma sintonia automática imediata de um controlador que estava operando no modo SELF, retornando a este modo no final.
TGHT: Semelhante ao modo SELF, mas além da sintonia auto-adaptativa, executa também a sintonia automática sempre que o controlador é colocado em RUN = Yes ou o controlador é ligado.
Abaixo, os exemplos de sintonia automática (Figura 5) e sintonia auto-adaptativa (Figura 6)
Figura 5 - Sintonia PID Figura 6 - Sintonia PID Auto-Adaptativa
4.4.3 PROCEDIMENTO PARA A SINTONIA AUTOMÁTICA DO PID
Durante a sintonia automática, o processo é controlado sob regime ON-OFF no Set Point (SP) configurado.
Dependendo das características do processo, além de grandes oscilações, pode-se levar muitos minutos para a conclusão da sintonia.
O procedimento recomendado para a execução é o seguinte:
− Inibir o controle do processo no Ciclo de operação: run = no;
− Programar operação em modo automático na tela Ciclo de operação: Ctrl = Auto;
− Programar valor diferente de zero para Pb (Banda Proporcional) no Ciclo de sintonia;
− Desabilitar a Função de Soft Start, no Ciclo de sintonia: SFST = 0;
− Desligar a função de Rampas e Patamares, no Ciclo de Operação: E Pr = 0 e programar SP para um valor diferente do atual valor da PV e próximo ao valor em que operará o processo após sintonizado;
− Habilitar a sintonia automática, no Ciclo de sintonia: Atun = FAST;
− Habilitar o controle do processo no Ciclo de operação: run = Yes.
Recomenda-se não desligar o equipamento e não alterar o valor de setpoint durante o processo de sintonia PID.
O sinalizador “TUNE” permanecerá ligado durante o processo de sintonia.
No caso de saída PWM ou pulso, a qualidade da sintonia dependerá também do tempo de ciclo previamente ajustado pelo usuário.
Se a sintonia não resultar em controle satisfatório, a Tabela 3 apresenta orientação em como corrigir o comportamento do processo.
PARÂMETRO PROBLEMA VERIFICADO SOLUÇÃO
Banda Proporcional (Pb) Resposta Lenta Diminuir
Grande Oscilação Aumentar
Taxa de Integração (Ir) Resposta Lenta Aumentar
Grande Oscilação Diminuir
Tempo Derivativo (dT) Resposta Lenta ou Instabilidade Diminuir
Grande Oscilação Aumentar
Tabela 3 - Ajuste Fino dos Parâmetros PID
5. CONTROLADOR DE TEMPERATURA N1040
O controlador de temperatura microprocessado N1040 foi desenvolvido para aplicações onde se deseja reunir baixo custo e alta precisão. Possui sistema de conexão elétrica removível que possibilita maior agilidade na etapa de instalação.
Este controlador PID aceita termorresistência Pt100 e termopares J, K e T. Possui sintonia automática dos parâmetros PID, todos os modelos desta família possuem uma saída de pulso para acionamento de relés de estado sólido e as saídas do tipo a relé podem variar de 01 até 03 saída de acordo com o modelo, o que faz dele um controlador de processos sofisticado e de baixo custo.
Existe ainda o modelo N1040T, com controle de temperatura e tempo no mesmo equipamento, disponível em versão única com quatro saídas configuráveis para controle de processo, alarme ou temporização. Possui dois temporizadores independentes e diversos modos de atuação que direcionam para uma das saídas do controlador ou para uma atuação conjunta com o controle de temperatura.
5.1 DETALHES DO PRODUTO
− Entrada para Pt100 e termopares J/K/T, sem qualquer alteração de hardware ou recalibração.
− Auto-sintonia dos parâmetros PID.
− Saídas: 01 saída pulso lógico 5 Vcc (ideal para acionar relés de estado sólido) e até 03 saídas do tipo relé
− As saídas possuem 2 funções programáveis: controle ou alarme.
− Funções de alarme: mínimo, máximo, diferencial, diferencial mínimo, diferencial máximo, sensor aberto.
− Duas funções de alarme direcionadas para uma mesma saída.
− Função saída segura que permite ao usuário estabelecer a condição da saída de controle em caso de falha no sensor.
− Função LBD (Loop Break Detection). Percebe falhas na malha de controle.
− Entrada digital (Somente modelo N1040T)
− Disparo do temporizador por entrada digital, SP, teclado ou ao habilitar o controle de temperatura (Somente N1040T)
− Saída vinculada ao temporizador pode ligar ou desligar ao final do intervalo de temporização.
− Fonte de alimentação chaveada 100~240 Vca, opcionalmente 24 Vcc.
5.2 CONEXÕES ELÉTRICAS
Figura 7 - Conexões N1040-PRRR Figura 8 - Conexões N1040T-PRRR
6. CONTROLADOR UNIVERSAL N1200
O N1200 é um avançado controlador de processos. Seu algoritmo de controle PID auto-adaptativo monitora constantemente o desempenho do processo e ajusta os parâmetros PID de forma a obter sempre a melhor resposta possível para o controle. Aceita em um único modelo a maioria dos sensores e sinais utilizados na indústria e proporciona todos os tipos de saída necessários à atuação nos diversos processos.
6.1 DETALHES DO PRODUTO
− Entrada universal multi-sensor, sem alteração de hardware;
− Proteção para sensor aberto em qualquer condição;
− Saídas de controle do tipo relé, 4-20 mA e pulso, todas disponíveis;
− Auto-sintonia dos parâmetros PID;
− Três saídas de alarme na versão básica (Relés de 3A / 250 Vca);
− Temporização para todos os alarmes;
− Retransmissão de PV ou SP em 0-20 mA ou 4-20 mA;
− Entrada para Setpoint remoto;
− Entrada digital com 5 funções;
− Rampas e patamares com 20 programas de 9 segmentos;
− Senha para proteção do teclado;
− Função LBD (Loop Break Detector);
− Alimentação bivolt: 100 a 240 Vac/dc (Opcionalmente: 24 Vac/dc).
6.2 CONEXÕES ELÉTRICAS
Figura 9 - Conexões Painel Traseiro
6.2.1 SELEÇÃO DE SAÍDAS, ALARMES E ENTRADAS DIGITAIS
O controlador possui canais de entrada e saída (I/O) que podem assumir múltiplas funções: saída de controle, entrada digital, saída digital, saída de alarme, retransmissão de PV e SP. Esses canais são identificados como I/O 1, I/O 2, I/O 3, I/O 4 e I/O 5.
O controlador básico vem equipado com os seguintes recursos:
I/O 1: saída a Relé SPST-NA.
I/O 2: saída a Relé SPST-NA.
I/O 5: saída de corrente, saída digital ou entrada digital.
Opcionalmente, pode ser fornecido com os seguintes recursos:
3R: I/O3 com saída a relé SPDT.
DIO: I/O3 e I/O4 como canais de entrada e saída digital.
485: Comunicação Serial.
A função a ser utilizada em cada canal de I/O é definida no Ciclo de configuração dos I/Os.
6.3 OPERAÇÃO
A configuração do controlador N1200, é realizada através de teclas de navegação disponíveis no visor frontal, conforme figura abaixo:
Figura 10 - Visor Frontal
Tecla P (Prog): Tecla utilizada para avançar aos sucessivos parâmetros do controlador.
Tecla Back: Tecla utilizada para retroceder parâmetros.
Tecla de Incremento: Permite incrementar o valor do parâmetro selecionado.
Tecla Decremento: Permite decrementar o valor do parâmetro selecionado.
Tecla Back + Tecla Prog: para a navegação entre os ciclos de programação (devem ser pressionadas simultaneamente).
Display de PV (Programação): Apresenta o valor atual da PV (Variável do Processo). Quando em configuração, mostra os mnemônicos dos diversos parâmetros que devem ser definidos.
Display de SP (Parâmetros): Apresenta o valor de SP (Setpoint). Quando em configuração, mostra os valores definidos para os diversos parâmetros.
Sinalizador COM: Pisca toda vez que o controlador troca dados com o exterior via RS485.
Sinalizador TUNE: Permanece ligado enquanto o controlador estiver em processo de sintonia.
Sinalizador MAN: Sinaliza que o controlador está no modo de controle manual.
Sinalizador RUN: Indica que o controlador está ativo, com a saída de controle e alarmes habilitados.
Sinalizador OUT: Para saída de controle Relé ou Pulso, o sinalizador OUT representa o estado instantâneo desta saída.
Para saída de controle analógica (0-20 mA ou 4-20 mA) este sinalizador permanece constantemente acesso.
Sinalizadores A1, A2, A3 e A4: sinalizam a ocorrência de situação de alarme.
Para operar adequadamente, o controlador necessita de uma configuração inicial mínima, que compreende dos seguintes passos:
1º) Configurar o tipo de entrada: termopar, Pt100, 4-20 mA, 0-50 mV ou 0-5 Vcc;
2º) Configurar o tipo de saída de controle: relé, 0-20 mA, 4-20 mA ou pulso PWM;
3º) Definição do Tipo de Controle que deverá ser aplicado: PID ou histerese;
4º) Configuração do Valor do Setpoint (SP) de controle.
6.4 CONFIGURAÇÃO DO CONTROLADOR
Todos os parâmetros do controlador estão agrupados em ciclos de programação (grupos), a fim de facilitar a sua identificação conforme a tabela abaixo:
CICLO DE OPERAÇÃO
CICLO DE SINTONIA
CICLO DE
PROGRAMAÇÃO CICLO DE ALARME CICLO DE
CONFIGURAÇÃO CICLO DE I/OS
Pv e SP Atun tBAS Fu.A1 - Fu.A4 Type Io 1
Ctrl Pb Pr n bL.A1 - bL.A4 FLtr Io 2
PV e MV Ir Ptol Hy.A1 - Hy.A4 dPPo Io 3
E Pr dt PSP0 - PSP9 A1t1 unit Io 4
P.SEG Ct Pt1 - Pt9 A1t2 root Io 5
t.SEG Hyst PE1 - PE9 A2t2 oFFS
run Act LP A2t2 e.rsp
Lbd.t rsp
Bias Rsll
ouLL rshl
ouHL Spll
SFST Sphl
SP.A1 - SP.A4 Rtll
Rthl ieou Baud Prty addr Tabela 4- Ciclos de Configuração N1200
6.4.1 CICLO DE OPERAÇÃO Indicação de
PV (Visor Vermelho) Indicação de
SP (Visor Verde)
Tela Indicação de PV e SP - O visor superior indica o valor atual da PV. O visor inferior indica o valor do SP de controle adotado.
P.SEG
Program Segment
Tela apenas indicativa. Quando um programa está em execução, mostra o número do segmento em execução deste mesmo programa. De 1 a 9.
Ctrl
Control
Modo de Controle:
Auto - Significa modo de controle automático.
Man - Significa modo de controle manual.
Transferência bumpless entre automático e manual.
t.SEG
Segment Time
Tela apenas indicativa. Quando um programa está em execução, mostra o tempo restante para o fim do segmento em execução. Na unidade de tempo adotada na Base de Tempo dos Programas - Pr.tb
Indicação de PV (Visor Vermelho) Indicação de
MV (Visor Verde)
Valor de MV - Apresenta no visor superior o valor da PV e no visor inferior o valor porcentual aplicado à saída de controle (MV).
Em modo de controle automático, o valor de MV só pode ser visualizado. Em modo de controle manual, o valor de MV pode ser alterado pelo usuário. Para diferenciar esta tela da tela de SP, o valor de MV pisca constantemente.
Run
Run
Habilita saídas de controle e alarmes.
YES - Saídas habilitadas.
NO - Saídas não habilitadas.
E Pr
Enable Program
Execução de Programa - Seleciona o programa de rampas e patamares a ser executado.
0 - não executa programa
1 a 20 - número do programa a ser executado
Com saídas habilitadas (RvN = YES), o programa selecionado entra em execução imediatamente.
6.4.2 CICLO DE SINTONIA
Atun
Auto-tune
Define a estratégia de controle a ser tomada:
off - Desligado.
Fast - Sintonia automática rápida.
Full - Sintonia automática precisa.
self - Sintonia precisa + auto-adaptativa rslf - Força uma nova sintonia automática precisa + auto-adaptativa.
T9kt - Força uma nova sintonia automática precisa + auto-adaptativa quando Rvn = YES ou controlador é ligado.
Lbd.t
Loop break detection time
Intervalo de tempo da função LBD. Intervalo de tempo máximo para a reação de PV a comandos da saída de controle. Em minutos.
Pb
Proporcional Band
Banda Proporcional - Valor do termo P do modo de controle PID, em percentual da faixa máxima do tipo de entrada. Ajusta de entre 0 e 500 %.
Quando em 0.0 (zero), determina modo de controle ON/OFF.
bIAS
Função Bias - Permite alterar o valor porcentual da saída de controle (MV), somando um valor entre - 100 % e +100 %.
O valor 0 (zero) desabilita a função.
Ir
Integral Rate
Taxa Integral - Valor do termo I do modo de controle PID, em repetições por minuto (Reset). Ajustável entre 0 e 99.99.
Apresentado se banda proporcional > 0.
oull
Out Low Limit
Limite Superior para a saída de controle - Valor porcentual máximo possível assumido pela saída de controle quando em modo automático e em PID. Tipicamente configurado com 100 %.
Dt
Derivative time
Tempo Derivativo - Valor do termo D do modo de controle PID, em segundos.
Ajustável entre 0 e 300 segundos.
Apresentado se banda proporcional > 0.
ouHl
Out High Limit
Limite Superior para a saída de controle - Valor porcentual máximo possível assumido pela saída de controle quando em modo automático e em PID. Tipicamente configurado com 100 %.
ct
Cycle Time
Tempo do Ciclo PWM - Valor em segundos do período do ciclo PWM do controle PID.
Ajustável entre 0.5 e 100.0 segundos.
Apresentado se banda proporcional > 0.
SFST
Softstart
Função SoftStart – Intervalo de tempo, em segundos, durante o qual o controlador limita a velocidade de subida da saída de controle(MV).
Valor zero (0) desabilita a função Softstart.
Hyst
Histeresis
Histerese de controle - Valor da histerese para controle ON/OFF. Ajustável entre 0 e a largura da faixa de medição do tipo de entrada selecionado.
SPA1 SPA2 APA3 SPA4
SetPoin Alarm
SP de Alarme: Valor que define o ponto de atuação dos alarmes com funções Lo ou ki.
Para os alarmes programados com funções tipo Diferencial, este parâmetro define desvio. Para as demais funções de alarme não é utilizado.
Act
Action
Lógica de Controle:
re controle com Ação reversa. Própria para aquecimento. Liga saída de controle quando PV está abaixo de SP.
Dir controle com Ação direta. Própria para refrigeração. Liga saída de controle quando PV está acima de SP.
6.4.3 CICLO DE ALARME
Fua1
Fua2 Fua3 Fua4
Function Alarm
Funções de Alarme. Define as funções dos alarmes.
oFF, iErr, rS, rFAil, Lo, xi, DiFL, DiFx, DiF
A1t1 A2t1 A3t1 A4t1
Alarm Time t1
Define intervalo de tempo t1 para a temporização nos acionamentos dos alarmes. Em segundos.
O valor 0 (zero) desabilita a função.
Bla1 Bla2 Bla3 Bla4
Blocking Alarm
Bloqueio inicial de Alarmes. Função de bloqueio inicial para alarmes 1 a 4.
YES - habilita bloqueio inicial NO - inibe bloqueio inicial
A1t2 A2t2 A3t2 A4t2
Alarm Time t2
Define intervalo de tempo t2 para a temporização nos acionamentos dos alarmes.
Em segundos.
O valor 0 (zero) desabilita a função.
Hya1 Hya2 Hya3 Hya4
Histeresis of Alarm
Histerese de Alarme. Define a diferença entre o valor de PV em que o alarme é ligado e o valor em que ele é desligado.
Um valor de histerese para cada alarme.
FLSH
Flash
Permite sinalizar a ocorrência de condições de alarme fazendo piscar a indicação de PV na tela de indicação. O usuário seleciona os números dos alarmes que deseja que apresentem esta característica.
6.4.4 FUNÇÕES DE ALARME
Tela Tipo Atuação Tela Tipo Atuação
off
Inoperante Saída não é utilizada comoalarme.
HI
Valor máximo(High)
ierr
Sensor aberto (input Error)Acionado quando o sinal de entrada da PV é
interrompido, fica fora dos limites de faixa ou Pt100 em
DIF
Diferencial (diFerential)curto.
rs
Evento (ramp and
Soak)
Acionado em um segmento
específico de programa.
DIFL
Mínimo Diferencial (diFerential
Low)
RFAIL
queimada Resist.(resistence fail)
Sinaliza falha na resistência de aquecimento. Detecta a
não presença de corrente.
DIFH
Máximo Diferencial (diFerential
High)
LO
Valor mínimo (Low)6.4.5 CICLO DE ESCALA
type
Type
Tipo de Entrada. Seleção do tipo entrada utilizado pelo controlador.
Obrigatoriamente o primeiro parâmetro a ser configurado.
RShL
Remote SP High Limit
Define escala de valores do SP remoto.
Determina o valor máximo desta escala.
Parâmetro apresentado quando o SP remoto é habilitado.
fltr
Filter
Filtro Digital de Entrada - Utilizado para melhorar a estabilidade do sinal medido (PV). Ajustável entre 0 e 20. Em 0 (zero) significa filtro desligado e 20 significa filtro máximo. Quanto maior o filtro, mais lenta é a resposta do valor medido.
spLL
Set Point Low Limit
Define o limite inferior para ajuste de SP.
Para entradas tipo sinal analógico linear disponíveis (0-20 mA, 4-20 mA, 0-50 mV, 0-5 V e 0-10 V) define o valor mínimo da faixa de indicação de PV, além de limitar o ajuste de SP.
dppo
Decimal Point Define a apresentação de ponto decimal.
sphL
Set Point High Limit
Define o limite superior para ajuste de SP.
Para entradas tipo sinal analógico linear disponíveis (0-20 mA, 4-20 mA, 0-50 mV, 0-5 V e 0-10 V) define o valor máximo da faixa de indicação de PV, além de limitar o ajuste de SP.
unit
Unit
Define a unidade de temperatura a ser utilizada:
Celsius “°(“ ou Farenheit “°f“
Parâmetro apresentado quando utilizados sensores de temperatura.
Rtll
Retransmission Low Limit
Define o limite mínimo da faixa de retransmissão analógica do controlador.
Parâmetro apresentado quando a retransmissão analógica é habilitada.
root
Square root
Função Raiz Quadrada. Aplica a função quadrática sobre o sinal de entrada, dentro dos limites programados em SPLl e spkL.
YES - habilita a Função no - não habilita a Função
A indicação assume o valor do limite inferior quando o sinal de entrada for inferior a 1 % de sua excursão. Parâmetro disponível para entradas lineares.
Rthl
Retransmission High Limit
Define o limite máximo da faixa de retransmissão analógica do controlador.
Parâmetro apresentado quando a retransmissão analógica é habilitada.
offs
Offset
Parâmetro que permite ao usuário fazer correções no valor de PV indicado.
Ieou
Input Error Out Value
Valor porcentual a ser aplicado a MV quando função de Saída Segura é adotada. Se 0 (zero) a função é desabilitada e as saídas desligam quando ocorre falha no sensor.
e.rsp
Enable Remote SP
Habilita SP remoto.
YES - habilita a Função no - não habilita a Função
Parâmetro não apresentado quando a seleção de SP remoto é definida pelas Entradas Digitais.
baud
Baud Rate
Baud Rate da comunicação serial. Em kbps 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 38.4, 57.6 e 115.2
RSP
Remote SP Type
Define o tipo de sinal para SP remoto.
0-20 - corrente de 0-20 mA 4-20 - corrente de 4-20 mA 0-5 - tensão de 0-5 V 0-10 - tensão de 0-10 V
Apresentado quando habilitado o SP remoto.
prty
Parity
Paridade da comunicação serial.
none - sem paridade Even - Paridade par
0dd
- Paridade imparRSLL
Remote SP Low Limit
Define escala de valores do SP remoto.
Determina o valor mínimo desta escala.
Parâmetro apresentado quando o SP remoto é habilitado.
Addr
Address
Endereço de Comunicação. Número que identifica o controlador na rede de comunicação serial, entre 1 e 247.
6.4.6 CICLO DE I/OS
IO 1
Função do canal I/O 1Seleção da função utilizada no canal I/O 1
IO 2
Função do canal I/O 2Seleção da função utilizada no canal I/O 2
IO 3
Função do canal I/O 3Seleção da função utilizada no canal I/O 3
IO 4
Função do canal I/O 4Seleção da função utilizada no canal I/O 4
IO 5
Função do canal I/O 5Seleção da função utilizada no canal I/O 5
6.4.7 SELEÇÃO DE ENTRADA E SAÍDA
Tipo Código Faixa de Medição Função de I/O Código Tipo de I/O
J
TC J
Faixa: -110 a 950 ºC (-166 a 1742 ºF) Sem FunçãoOff
SaídaK
TC h
Faixa: -150 a 1370 ºC (-238 a 2498 ºF) Saída de Alarme 1A1
SaídaT
TC t
Faixa: -160 a 400 ºC (-256 a 752 ºF) Saída de Alarme 2A2
SaídaN
TC n
Faixa: -270 a 1300 ºC (-454 a 2372 ºF) Saída de Alarme 3A3
SaídaR
TC r
Faixa: -50 a 1760 ºC (-58 a 3200 ºF) Saída de Alarme 4A4
SaídaS
TC s
Faixa: -50 a 1760 ºC (-58 a 3200 ºF) Saída de Função LbdLbd
SaídaB
TC b
Faixa: 400 a 1800 ºC (752 a 3272 ºF) Saída de controle (Relé ou Pulso)Ctrl
SaídaE
TC e
Faixa: -90 a 730 ºC (-130 a 1346 ºF) Alterna Modo Auto/ManualMan
Entrada Digital Pt100Pt
Faixa: -200 a 850 ºC (-328 a 1562 ºF) Alterna Modo Run/StopRun
Entrada Digital 0-20 mAL0.20
Sinal Analógico Linear Indicação programável de
-1999 a 9999
Seleciona SP Remoto
Rsp
Entrada Digital4-20 mA
L4.20
Congela o programaHprg
Entrada Digital0-50 mV
L0.50
Seleciona o Programa 1Pr 1
Entrada Digital0-5 Vdc
L0.10
Saída de controle analógica 0-20mA
L0.10
Saída Analógica0-10 Vdc
L0.10
Saída de controle analógica 4-20mA
L0.10
Saída Analógica4-20 mA Não Linear
ln J
Sinal Analógico não-Linear Faixa de indicação de acordo com o sensor
associado.
Retransmissão da PV em 0-20 mA
ln J
Saída Analógicaln h
Retransmissão da PV em 4-20 mAln h
Saída Analógicaln t
Retransmissão do SP em 0-20 mAln t
Saída Analógicaln n
Retransmissão do SP em 4-20 mAln n
Saída Analógicaln r ln s ln b Ln e Ln.pt
6.5 PROGRAMA DE RAMPAS E PATAMARES
É a característica que permite criar um perfil de comportamento para o processo. Cada programa é composto por um conjunto de até 9 segmentos, chamado Programa de Rampas e Patamares, definido por valores de SP e intervalos de tempo. Podem ser criados até 20 diferentes programas de rampas e patamares. Abaixo um exemplo de configuração:
Figura 11 - Exemplo Programa de Rampas e Patamares
Manter: Pr.tb = SEC; Pr n = 1 e Ptol = 0
Configurar: PSP0 = 25; PSP1 = 150; PSP2 = 150; PSP3 = 300 e PSP4 = 300 Configurar: Pt1 = 60; Pt2 = 30; Pt3 = 90 e Pt4 = 30
Para executar o programa, deve-se acessar o Ciclo de operação e habilitá-lo através dos parâmetros: E Pr = 1 e Run = Yes (Para executar o programa 1). A partir deste momento, o controlador passa a gerar automaticamente o SP de acordo com o programa definido.
6.5.1 CICLO DE PROGRAMA
Pr.tb
Program Time Base
Base de tempo dos Programas - Define a base de tempo adotada pelos programas em edição e também os já elaborados.
Sec Base de tempo em segundos min Base de tempo em minutos
PT1 PT9
Program Time
Tempo dos segmentos do programa: 1 a 9: Define o tempo de duração, em segundo ou minutos, de cada um dos 9 segmentos do programa em edição.
Pr n
Program Number
Programa em edição - Seleciona o programa de Rampas e Patamares a ser definido nas telas seguintes deste ciclo. 20 programas disponíveis.
PE1 PE9
Program Event
Alarmes de Evento, 1 a 9: Parâmetros que definem quais alarmes devem ser acionados durante a execução de um determinado segmento de programa. Habilitar a Função de Alarme: rS
ptol
Program
Desvio máximo admitido entre a PV e SP.
Se excedido, o programa é suspenso (Hold
Ligar Programas: Ao final da execução deste programa, um outro programa qualquer pode
Tolerance no tempo) até o desvio ficar dentro desta tolerância. O valor 0 (zero) desabilita a função.
lp
Link Program
ter sua execução iniciada imediatamente.
0 - não conectar a nenhum outro programa.
Psp0 Psp9
Program SP
SP’s de Programa, 0 a 9: Conjunto de 10 valores de SP que definem o perfil do programa de rampas e patamares.
6.6 COMUNICAÇÃO SERIAL
O controlador pode ser fornecido opcionalmente com interface serial assíncrona RS-485 para comunicação com um computador supervisor (mestre). A comunicação é sempre iniciada pelo mestre, que transmite um comando para o endereço do escravo com o qual deseja se comunicar. O escravo endereçado assume o comando e envia a resposta ao mestre. O controlador atua sempre como escravo.
Abaixo estão relacionadas algumas características do Protocolo de comunicação, implementado no controlador N1200:
1) Máxima distância de ligação: 1000 metros
2) 8 bits de dados; 1 stop bit e paridade selecionável (sem paridade, par ou ímpar) 3) Tempo de início de transmissão de resposta: máximo 100 ms após receber o comando 4) Taxa de Velocidadade configurável: (baud = 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 38.4, 57.6 ou 115.2 kbps) 5) Endereçamento: (Addr = 1... até 247)
Abaixo as tabelas 5 e 6:
D1 D D + B Linha bidirecional de dados Terminal 16 D0 D/ D - A Linha bidirecional de dados invertida Terminal 17
C Linha opcinal que melhora o
desempenho da comunicação Terminal 18 GND
Tabela 5 - Identificação de Barramento RS485
Holding Registers
Parâmetro Descrição do Registrador
0000 SV ativo
Leitura: Setpoint de Controle ativo (da tela principal) do rampas e patamares ou do setpoint remoto). Escrita:
Setpoint de Controle na tela principal.
Faixa máxima: de SPLL até SPxL
0001 PV
Leitura: Variável de Processo.
Escrita: não permitida.
Faixa máxima: o mínimo é o valor setado em SPLL e SPxL. Depende ainda da posição do ponto decimal DPP0.
0002 MV Leitura: Potência de Saída ativa
(manual ou automático). Faixa: 0 a 100 %.
Escrita: não permitida
Tabela 6 - Tabela simplificada de registradores retentivos do N1200
7. ACIONAMENTO DE CARGAS
7.1 SSRS E CHAVES ESTÁTICAS
Os SSRs (Solid State Relay) termo inglês para Relés de Estado Sólido, são dispositivos eletrônicos usados no chaveamento de cargas resistivas ou indutivas com inúmeras vantagens sobre os relés eletromecânicos convencionais. Sua vida útil de milhões de operações, a alta velocidade de manobra sem ruído elétrico, faiscamento ou desgaste mecânico e a baixa potência necessária para seu disparo, fazem dos relés de estado sólido uma perfeita opção onde o controle com alta precisão é fundamental.
Já as Chaves Estáticas são uma solução completa para o acionamento de cargas elétricas. Já incorpora dissipador, ventilador, proteção de sobreaquecimento, fixação e conexões adequadas a corrente nominal. Tem como elemento chaveador o SSR, dispositivo eletrônico de inúmeras vantagens sobre os convencionais relés eletromecânicos (contactoras). Um sinal de comando (INPUT) determina o acionamento da carga conectada aos terminais de potência (LOAD).
A ausência de partes móveis elimina a possibilidade de desgaste e o ruído mecânico de operação. O acionamento zero-crossing reduz drasticamente o ruído elétrico de chaveamento. O isolamento elétrico entre entrada, saída e carcaça metálica simplifica e torna mais segura a instalação e manutenção. Apropriadamente instalados, podem operar sem falhas por muitos anos. Comando com pulso elétrico de 4 até 32 V.Tensão de carga de 480 Vac. Nas correntes de 80 até 300 Ampéres.
7.2 ACIONAMENTO POR ÂNGULO DE FASE E POR TREM-DE-PULSO
Controladores de potência ou módulos de potência são os equipamentos destinados ao controle da quantidade de energia aplicada diretamente sobre a carga de processos diversos. Essa quantidade de energia a ser aplicada a carga é definida pelo controlador do processo que, através de seu sinal de saída, repassa a informação ao controlador de potência. O sinal de saída do controlador de processo é o sinal de entrada do controlador de potência.
O controlador de potência atua sobre seus tiristores, que são componentes internos de alta capacidade de condução de corrente elétrica, que atuam como chaves elétricas e como tais, são dispositivos de apenas dois estados: ligado ou desligado. Como então entregar a carga do processo quantidades de energia diferentes de 0 % (tiristor
desligado) e 100 % (tiristor ligado)?
A resposta está na técnica de modulação da tensão elétrica da rede que alimenta a carga. Ligando e desligando os tiristores em momentos criticamente específicos é possível obter sobre a carga valores médios de potência
proporcionais ao definido pelo controlador de processo.
Duas técnicas são tradicionalmente utilizadas:
7.2.1 MODULAÇÃO POR ÂNGULO DE FASE
Cada ciclo da rede elétrica AC é dividido em dois semi-ciclos e esses são sub-divididos em graus, num total de 180°
para cada semi-ciclo.
Figura 12 - SSR e Chave Estática
Na modulação por ângulo de fase o acionamento dos tiristores se dá a cada semi-ciclo da rede. A modulação acontece ligando o tiristor no ângulo que corresponde ao percentual de potência elétrica definido pelo sinal de entrada do controlador de potência. O desligamento acontece no próximo cruzamento por zero. É repassada para a carga apenas parte de cada semi-ciclo.
Por exemplo: para uma potência de 50 %, definida pelo sinal de entrada, o tiristor liga em 90° e desliga em 180°
(cruzamento por zero). Veja o gráfico abaixo:
Abaixo, outros valores de potência aplicados sobre a carga:
Neste tipo de modulação um controle mais refinado do processo é possível. Valores baixos de sinal de entrada promovem baixos valores de tensão sobre a carga. Essa característica é importante em processo onde há necessidade de limitar a corrente elétrica nos primeiros momentos de processo ligado.
É o tipo de acionamento indicado para ser instalado no lado primário de transformadores. Nessas aplicações, para evitar problemas no desligamento da carga, valores de potência elétrica menores de 25 % devem ser evitados.
7.2.2 MODULAÇÃO POR CICLO INTEGRAL (EQUIVALENTE AO TREM-DE-PULSO)
Neste tipo de modulação o controle da potência elétrica acontece pela limitação do número de ciclos da rede aplicados a carga. O controlador de potência determina qual o número de ciclos de rede serão repassados à carga.
Por exemplo: para 10 % de potência, definidos por seu sinal de entrada, o controlador de potência aplica sobre a carga 1 ciclo a cada 10 ciclos de rede. Para 25 % aplica 1 ciclo a cada 4. Para 50 %, aplica 1 a cada 2. Veja os gráficos abaixo:
Neste modo a carga é sempre acionada nos cruzamentos de zero da tensão da rede elétrica e seu desligamento acontece no cruzamento por zero da corrente elétrica da carga. Esta característica traz vantagens importantes à
instalação, pois não são gerados ruídos, nem harmônicos.
Outra vantagem importante desse tipo de modulação é a possibilidade de um acionamento mais linear da carga.
Como esta técnica não necessita de um período de ciclo (cycle time), não há grandes intervalos sem o acionamento
da carga.
Por exemplo: numa modulação por trem-de-pulso com o período de ciclo definido em 1 (um) segundo, quando o controlador de potência aplica 25 % de potência à carga temos 0,25 segundo de carga ligada e 0,75 segundo de carga não ligada. Deste modo temos uma espécie de “batimento”. Lâmpadas incandescentes, nestas condições, permaneceriam piscando. Com a técnica sem o período de ciclo, a carga liga 16,6 ms (1 ciclo) e permanece desligados por outros 49,8 ms (3 ciclos de rede).
7.3 CONTROLADORES DE POTÊNCIA PCW E PCWE
Nos controladores de potência NOVUS das séries PCW e PCWE, o usuário encontra essas duas técnicas de acionamento de cargas elétricas em um mesmo equipamento. A seleção de qual técnica adotar é feita durante a configuração do controlador. Além desta vantagem os controladores NOVUS apresentam as seguintes características:
• Tensão de carga: 180~440 Vca; 50/60 Hz
• Sinal de comando: 0-20 mA, 4-20 mA, 0-5 V, 1-5 V, 0-10 V, 2-10 V e Potenciômetro de 10 k
• Alimentação de controle: 220 Vac; 50/60 Hz
• Alarme com relé SPST; 3 A / 250 Vca
• Rigidez dielétrica entre partes: 2500 V
• Temperatura de Operação: -10 a 60 ºC
• Gabinete plástico: ABS+PC / UL-94V0
• Para redes de 220/380V
• Gabinete compatível com as normas NR10
• Trem-de-pulso e Ângulo de fase em um mesmo modelo
• Múltiplos sinais de comando
• Fusíveis incorporados
7.3.1 CONTROLE MANUAL
Recurso que permite ao usuário estabelecer manualmente o valor percentual de potência entregue a carga.
7.3.2 LIMITE DE CARGA (APENAS PARA O MODELO PCWE)
Recurso que determina um limite máximo de potência a ser entregue a carga, independentemente do valor apontado pelo sinal de controle.
Figura 13 - Controladores PCW e PCWE
8. CONTROLE PID DE VÁLVULAS MOTORIZADAS
Válvulas motorizadas necessitam acionamento de duas entradas, uma para atuar no sentido de abrir e outra no sentido de fechamento. Se nenhuma das duas entradas é acionada, ela permanece na última posição. Para controle de processos com este tipo de atuador, o controlador precisa estar preparado para 03 situações particulares:
1) Para aumentos de MV, o controlador deve atuar uma saída, para redução de MV deve-se acionar outra saída;
2) Ao contrário de outros atuadores, a ausência de sinal de controle não significa a interrupção de entrega de energia ao sistema controlado. O atuador permanece na última posição estabelecida, que pode ser qualquer;
3) O controlador geralmente não sabea posição atual do atuador. Algumas válvulas incorporam um potenciômetro, mas este não costuma ser confiável apresentando falhas com certa frequência, não sendo considerado pelo controlador.
Para contornar estas 03 situações, o controlador precisa de algumas adaptações:
1) Incorporar 02 saídas a relé para atuar sobre a válvula
2) Um algoritimo de posicionamento precisa ser incluído entre o PID e os relés de saída, para converter a informação posicional do PID (que calcula qual o valor desejado para MV, de 0 a 100%) em uma informação incremental, de quanto o atuador deve ser deslocado de sua posição atual.
3) Para poder estabelecer a posição determinada pelo PID no atuador, o algorítimo de posicionamento precisa conhecer a velocidade do atuador (tempo para variar de 0 a 100%) e manter uma informação com a posição estimada para o atuador, baseada nos acionamentos já feitos.
Para otimizar o controle, mais algumas medidas são necessárias:
4) Quando o controle é iniciado, o controlador atua por um tempo superior ao tempo SErt para garantir o posicionamento em 0% do atuador. Neste momento a informação da posição estimada é também estabelecida em 0%, garantindo assim o sincroniscmo inicial das posições real e estimada.
5) Sempre que o controlador estima que o atuador está em um de seus extremos, ele aplica pulsos extras em direção a este extremo, para novamente garantir o sincronismo entre posições real e estimada.
6) Se, por exemplo, o controlador estima que a posição do atuador é de 10% e o PID calcula MV = 20%, a saída de incremento da posição é acionado por um tempo igual a 10% de SErt.
7) Para evitar acionamentos muito frequentes da válvula, é estabelecida uma banda morta – Serr, que define o valor mínimo da correção de posição a ser aplicada. Também é definido um intervalo mínimo entre atuações – SerF.
8) A tela de MV indica a posição estimada da válvula. Se a válvula incorpora potenciômetro, pode ser apresentada na tela de MV a posição medida por este.
Com a inclusão do algoritimo de posicionamento e seus 03 parâmetros SErt, SErr, SErF é realizada a adaptação do PID para operação com válvulas motorizadas. Usualmente processos com este tipo de atuador não apresentam bom desempenho quando sintonizados pela sintonia automática. Isto não é decorrência da inclusão do algoritimo de
posicionamento e sim das características da própria válvula e do processo, que são consideravelmente diferentes de processos de aquecimento controlados por resistências, onde o desempenho da sintonia automática é o melhor.
8.1 CONTROLADOR DE PROCESSO N2000S
O N2000S é um controlador para servo posicionadores, com 2 relés de controle, um para abrir e outro para fechar a válvula (ou damper). Adicionalmente possui saída analógica que pode ser programada para atuar como controle ou como retransmissão do sinal de entrada ou do setpoint. A entrada dos sensores é universal, aceitando em um único modelo a maioria dos sensores e sinais utilizados na indústria.
Toda a configuração do controlador é feita através do teclado, sem qualquer alteração no circuito. Assim, a seleção do tipo de entrada e de saída, da forma de atuação dos alarmes, além de outras funções especiais, são todas acessadas e programadas via teclado frontal.
Figura 15 - Conexões painel traseiro N2000S
Figura 14 - Visor frontal N2000S
FAMÍLIA XL
Controladores Lógicos Programáveis
com IHM Incorporada
9. INTRODUÇÃO AO SOFTWARE CSCAPE
Objetivo:
O objetivo deste guia rápido é nos familiarizarmos com os recursos e funcionalidades do software de programação Cscape.
Equipamentos necessários:
Um computador com o Cscape instalado.
9.1 HELP FILE – ARQUIVO DE AJUDA
Pressionando F1, ou entrando no menu Help → Contents, você terá acesso ao manual que lhe será muito útil durante todo seu desenvolvimento de programas.
9.2 PRIMEIROS PASSOS
➢ Existem duas formas para criar um novo programa. Um programa novo:
• Criar um programa via o menu File encontrado no menu principal.
• Criar um novo programa clicando no ícone correspondente na barra de ferramentas que se encontra no topo da tela.
➢ Todos os programas são salvos com a extensão “.csp”:
• Salvar um programa via menu File ou clicando no ícone correspondente na barra de ferramentas.
➢ Abrindo um programa:
• Podemos abrir um programa via menu File, via seu ícone correspondente na barra de ferramentas.
➢ A configuração do controlador é executada clicando no menu Controller e selecionando Hardware configuration.
Se não houver nenhum controlador conectado ao PC, ou o target ID não coincida, vira a configuração padrão (CPU XLe). Podemos configurar o Controlador de duas maneiras:
• Configurar manualmente clicando no botão config ao lado do desenho do controlador em questão e selecionando em uma lista que lhe será apresentada.
• Configurar o controlador usando o botão “Auto Config System”.
Figura 16 - Configuração de Hardware Cscape
Não se esqueça que, usando o Auto Config System, você ira perder qualquer configuração que você já tenha feito.
➢ Barras de ferramentas são usadas para selecionar elementos de ladder e suas funções.
• Project Toolbox – Este menu permite ao programador selecionar entre os diversos elementos de ladder, separados por grupo de função (item 1 na imagem abaixo).
• Menu Toolbar Selection – O programador pode selecionar para mostrar múltiplas barras de ferramentas, basta acessar o menu View → Toolbars (item 2).
Figura 17 - CScape janela principal
➢ A barra de status tem diversos recursos uteis (item 3).
• User – O campo User indica qual usuário esta atualmente logado no programa usando o recurso de segurança, caso apresente NONE, não há usuário logado.
• Model – Indica qual modelo de equipamento esta conectado ao PC.
• Program Equality – Indica se o programa que esta na tela esta igual ao que esta no controlador.
• Local and Target – O “Local ID” indica qual equipamento esta ligado ao PC e o “Target ID” indica qual equipamento esta vinculado ao programa.
➢ Iniciando um novo Rung (Network) pode ser feita de duas maneiras.
• Adicionando um contato – Um novo rung pode ser criado adicionando um contato na coluna A da área de ladder.
Para verificar se o rung esta ok, deve ser observado se na margem esquerda da área de ladder tem um símbolo de parafuso (item 5 na imagem acima). Outro cuidado a ser tomado é que, quando queremos um contato em paralelo, devemos adicionar um branch (braço) antes de adicionar o contato paralelo.
• Clique direito na borda – veja o item 4 na figura anterior.
➢ Data Watch habilita o usuário a monitorar memorias e bits dentro do controlador (item 6). Data Watch pode ser selecionada via ícone de lupa na barra de ferramentas, ou selecionando no menu Controller.
➢ Project navigator – Neste menu você consegue acessar os principais pontos mais importantes referentes ao seu projeto e seu controlador, facilitando assim a sua programação.
10. LAB 1 - CONFIGURAÇÕES BÁSICAS E PROGRAMAÇÃO
Objetivo:
O objetivo deste lab. é prover o conhecimento para usar o Cscape para criar um programa básico, incluindo configuração de hardware, ladder e telas.
Configurações básicas e programação:
Quando começamos com um novo programa no Cscape o primeiro cuidado a ser tomado é configurar o Controlador e o IO correto. Desta forma o Cscape saberá que tipo de IO que precisa ser mapeado, o tamanho de tela e etc.
Procedimento:
Passo 1
➢ Conectar o XLx ao PC. Podemos programar o controlador com diversas portas, em nosso treinamento usaremos a RS232 para comunicar com Xle e a ethernet para comunicar com o Xl4.
Passo 2
➢ Iniciando o Cscape no PC. Abra o Cscape no PC, no menu connection wizard que aparecerá selecione o modo de comunicação que usaremos neste exercício, que no caso é ethernet. Caso tenha algum projeto aberto vamos fecha- lo clicando em File → Close. Agora clique em File New. Selecione a opção Advanced Ladder Editor.
Figura 18 – Portas de Conexão ao CLP
Passo 3
➢ Salve o programa com um novo nome.
Clique no menu File → Save As…
Digite o nome desejado ao seu programa e clique em Save
