1.ª Prática Componentes da Planta de Instrumentação Industrial e Controle de Processos Contínuos da De Lorenzo

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1 1 1.ª Prática Componentes da Planta de Instrumentação Industrial e Controle de Processos Contínuos da De Lorenzo OBJETIVO: 1. Conhecer os instrumentos e equipamentos industriais. 2. Conhecer o funcionamento da planta de instrumentação industrial e Controle de Processos Contínuos. 3. Demonstrar didaticamente a operação das malhas de controle PID, utilizando diversos instrumentos desenvolvidos para aplicação em controle de processos contínuos industriais. MATERIAL e EQUIPAMENTOS UTILIZADOS: DATA: / /. LOCAL DA PRÁTICA: Laboratório de Instrumentação Industrial e Controle de Processos Contínuos Quantidade 1 Descrição do Material e Equipamento por Bancada Planta Didática de Instrumentação Industrial e Controle de Processos da De Lorenzo. Observação muito importante: Para os Transmissores Inteligentes de Pressão Diferencial, tipo capacitivo, para Medição de Nível (LIT- no TQ-02 -tanque de aço inox) e (LIT-03 no TQ--tanque de acrílico), é imprescindível não permitir que o nível do elemento de processo (no caso a água) atinja a tubulação de tomada de pressão superior, pois, se isso ocorrer, irá entrar água nessa tubulação e, permanecerá dentro dela, mesmo quando os tanques estiverem vazios, sendo assim, os transmissores indicarão que os tanques têm um determinado nível (inexistente, portanto). Isso também impossibilitará recalibrar os transmissores (por exemplo, estabelecer o nível de zero e o de span); a não ser que se esvazie a tubulação de tomada de pressão superior. Como precaução: NÃO ENCHER OS TANQUES COM ÁGUA ACIMA DE 80 % DOS SEUS RESPECTIVOS NÍVEIS, ou seja, deixar o nível de água bem abaixo da tubulação de tomada de pressão superior.

2 2 SUMÁRIO 1 - PLANTA PARA operação DE PROCESSO CONTÍNUO INTRODUÇÃO CARACTERÍSTICAS GERAIS DA PLANTA DIDÁTICA EXPERIMENTOS INFRA-ESTRUTURA BÁSICA FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO Detalhamento dos Componentes LOCALIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DOS DISPOSITIVOS INSTRUMENTOS DE CAMPO PESO NÍVEL PRESSÃO TEMPERATURA VAZÃO VÁLVULAS INSTRUMENTOS DE PAINEL ALARMES... 22

3 3 1 - PLANTA PARA OPERAÇÃO DE PROCESSO CONTÍNUO Desenvolvida por profissionais da área e docentes do IFSP-SP, a planta de instrumentação industrial e controle de processos contínuos permite o estudo de sistemas de controle de processo contínuo. Trata-se de um sistema completo que traz consigo uma proposta didática contendo a teoria e sequências de experimentos práticos necessários para o estudo do controle das variáveis de Nível, Vazão, Pressão e Temperatura. Figura 1 Vista geral da planta didática.

4 INTRODUÇÃO O objetivo desta Planta é demonstrar didaticamente a operação das diversas malhas de controle, utilizando diversos instrumentos desenvolvidos para aplicação em controle industrial. Em um arranjo compacto, esta planta torna acessível aos instrutores e aprendizes os componentes destas malhas, não sendo apenas uma estrutura para ser observada; mas também para ser operada, ou seja, o aprendiz pode intervir para estabelecer novas situações de controle em processos contínuos. Na implementação dessas malhas, estão contidas as mesmas características e situações encontradas pelos profissionais de instrumentação no mercado. Além das fornecidas, outras malhas podem ser geradas a partir da estrutura física montada, sem a necessidade de alterá-las mecanicamente, apenas modificando a configuração dos dispositivos CARACTERÍSTICAS GERAIS DA PLANTA DIDÁTICA A Planta Didática foi concebida para permitir facilidade no transporte, ou seja, 1) Não necessita que nenhum de seus elementos seja retirado ou desmontado para efetuar seu transporte a curtas ou longas distâncias; 2) Possui rodas para deslocamento; 3) Pesa o suficiente para ser deslocada com grande facilidade por duas pessoas de porte médio em um piso plano. Possui um tanque principal de Acrílico com capacidade de 100 litros e um segundo de Aço Inox com capacidade de 120 litros. Possui um painel elétrico que é composto externamente por controladores PID digital, indicador digital, Interface Homem Máquina (IHM), botoeiras, botão de emergência e chave seletora. Internamente é composto por inversor de frequência, controlador de potência, controlador lógico programável (PLC), disjuntores, fusíveis etc EXPERIMENTOS As estratégias que podem ser implementadas, apenas por modificações no software de configuração do CLP, são muitas, porém, a planta já vem com uma configuração básica instalada e configurada para realimentação negativa de nível, de vazão e de pressão, entre outras.

5 INFRA-ESTRUTURA BÁSICA A Infra-estrutura básica para a adequada instalação da Planta Didática é a seguinte: 1) Alimentação Elétrica: 220 Vca, 60 Hz; 2) Suprimento de ar: 6 kgf/cm2; 3) Ligação para entrada de água; 4) Ligação para entrada de ar; 5) Ligação para saída de água para escoamento. 6) Software de programação do CLP chamado WINSUP de fornecimento da empresa ATOS (disponível pela internet no site FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO LAH NF LSH LI LI LT LIT TQ - RESERVATÓRIO SUPERIOR 1/2 WI XV 02 ABASTECIMENTO NF V-1 FAL FI FSL 1/2 NF FIT FE FIC FV 2 NF 3 1 NF V-6 PI PIC PIT 1/2 TI XV 1/2 NF Dreno V-2 1/2 WT V-5 LV NF LAH 02 NF LSH 02 1/2 ATM. PAH V-4 PI PSH NF TQ - 02 RESERVATÓRIO INFERIOR TC - M LI TIC TT LIT TE PI 02 I CJ I AQ TAH 02 NF TSH Dreno V-3 I 1/2 V-7 M B - Figura 2 Fluxograma simplificado da planta didática.

6 DETALHAMENTO DOS COMPONENTES Tabela 1 Especificação dos componentes da planta didática. TAG DESCRIÇÃO LOCAL WT- Célula de Carga TQ- XV- Válvula Solenóide 1/2" dreno do tanque TQ- XV-02 Válvula Solenóide 1/2" entrada de água (abastecimento) Entrada TQ- LSH- Chave de Nível TQ- LSH-02 Chave de Nível TQ-02 LIT- Transmissor de Nível por pressão diferencial, tipo capacitivo TQ-02 LT-02 Transmissor de Nível tipo bóia magnética TQ- LIT-03 Transmissor de Nível por pressão diferencial, tipo capacitivo TQ- PSH- Pressostato de Segurança TQ-02 PI- Manômetro TQ-02 PI-02 Manômetro Saída da B- PI- Indicador de Pressão Digital Porta do Painel PIT- Transmissor de Pressão Manométrico, tipo capacitivo Saída do TC- TE- Termoresistência Tipo PT-100 TQ-02 TT- Transmissor de Temperatura TQ-02 TIC- Controlador de Temperatura Digital Porta do Painel CJ- Controlador de Potencia tipo PWM Interno Painel AQ- Aquecedor elétrico TQ-02 TSH- Termostato de Segurança TQ-02 LV- Válvula de controle de nível de 1/2" Saída do TQ- FV- Válvula de controle de vazão de 1/2" Saída do TC- FIC- Controlador de Vazão Digital Porta do Painel FIT- Transmissor de Vazão por pressão diferencial, tipo capacitivo Saída do TC- FE- Placa de Orifício Saída do TC- FI- Rotâmetro Saída do TC- FSL- Chave de Fluxo Saída do TC- TI- Termômetro tipo Capela Saída do TC- TC- Trocador de Calor Saída da Bomba

7 LOCALIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DOS DISPOSITIVOS INSTRUMENTOS DE CAMPO PESO a) Célula de Carga (WT-) WT - WT - WT - Figura 3 Célula de Carga (WT-) Localização: Tanque TQ- Faixa de medição: 0 a 200 kgf Instalação: apoiada na parte inferior do tanque (reservatório) Sinal de saída 4 a 20 ma com ligação a 2 fios Alimentação: 24 Vcc com indicação digital no painel para medição do peso bruto e líquido Serviço: Medição de Nível através de peso NÍVEL a) Chave de Nível - Tipo Mini-Bóia (LSH- e LSH-02) LSH - LSH - 02 Figura 4 Chaves de Nível Tipo Bóia

8 8 Localização: TQ- e TQ-02 Descrição: lateral, saída a reed switch. Serviço: Segurança de nível do TQ- b) Transmissor de Nível Tipo Bóia Magnética (LT-02) LT - 02 LT - 02 Figura 5 - Transmissor de Nível Tipo Bóia Magnética (LT-02) Localização: Instalado no TQ- Faixa de medição: 600 mm Instalação: Topo do TQ- Sinal de saída: 4 a 20 ma com ligação à 2 fios Alimentação: 24 Vcc. Serviço: Medição de Nível c) Transmissor Inteligente de Pressão Diferencial, tipo capacitivo, para Medição de Nível (LIT-) LIT - LIT - Figura 6 - Transmissor Inteligente de Pressão Diferencial, tipo capacitivo para Medição de Nível (LIT-)

9 9 Localização: Instalado no TQ-02 Comunicação Digital: Protocolo HART Alcance: 0 a 600 mmh2o Calibração: 0 a 415 mmh2o Sinal de Saída: 4 a 20 ma a 2 fios com alimentação de 12 a 45 Vcc Indicador: Digital local Serviço: Medição de Nível do TQ-02 d) Transmissor Inteligente de Pressão Diferencial Capacitivo para Medição de Pressão (LIT-03) LIT - 03 Figura 7 - Transmissor Inteligente de Pressão Diferencial Capacitivo para Medição de Pressão (LIT-03) Localização: Instalado no TQ- Comunicação Digital: Protocolo HART Alcance: 0 a mmh2o Calibração de 0 a 600 mmh2o Sinal de Saída: 4 a 20 ma a 2 fios com alimentação de 12 a 45 Vcc Indicador: Digital local Conexão: Processo 1/2", suporte 2" e dreno Serviço: Medição de Nível do TQ PRESSÃO a) Pressostato de Segurança (PSH-) PSH - Figura 8 - Pressostato de Segurança (PSH-)

10 10 Localização: Instalado no TQ-02 Conexão: ½ BSP Tipo do Sensor: Diafragma em buna, teflon ou aço inox; Diferencial Ajustável: Entre 10 e 30% da faixa; Faixa de ajuste 0 a 8 Kgf/cm2 Serviço: Segurança da Pressão do TQ-02 b) Manômetro tipo Petroquímico (PI-) PI - Figura 9 - Manômetro tipo Petroquímico (PI-) Localização: Instalado no TQ-02 Diâmetro: 4 ½ Conexão: ½ BSP Indicação: mmh2o Faixa: 0 a 1000 mmh2o Classe de Precisão: 1% Serviço: Medição da Pressão do TQ-02 c) Manômetro tipo Petroquímico (PI-02) PI - 02 Figura 10 - Manômetro tipo Petroquímico (PI-02) Localização: Instalado na Saída da B- Diâmetro: 4 ½ Conexão: ½ BSP Indicação: PSI e Kgf/cm2 Faixa: 0 a 2,5 Kgf/cm2 e 0 a 35 PSI Classe de Precisão: 1% Serviço: Medição da Pressão na Saída da B-

11 11 d) Transmissor Inteligente de Pressão Manométrico, tipo capacitivo (PIT-) PIT - Figura 11 - Transmissor Inteligente de Pressão Manométrico, tipo capacitivo (PIT- ) Localização: Instalado na saída do TC- Comunicação Digital: Protocolo HART Sinal de Saída: 4 a 20 ma a 2 fios com alimentação de 12 a 45 Vcc Faixa: 0 a 4 kgf/cm2 Calibração: 0 a 2 Kgf/cm2 Indicador: Digital local Serviço: Medição de Pressão da rede na saída do TC TEMPERATURA a) Termostato de Segurança (TSH-) TSH - Figura 12 - Termostato de Segurança (TSH-) Localização: Instalado no TQ-02 Conexão ao Processo: ½ BSP Descrição: Haste rígida com comprimento de 150 mm e faixa de ajuste de 0 a 220ºC Serviço: Segurança de Temperatura alta no TC-02 Set Point 40ºC

12 12 b) Sensor de Temperatura tipo PT-100 (TE-) com Transmissor Incorporado (TT-) TE/TT - Figura 13 - Sensor de Temperatura tipo PT-100 (TE-) com Transmissor Incorporado (TT-) Localização: Instalado no TQ-02 Tipo: Inserção com cabeçote em alumínio Comprimento: 150 mm Sinal de Saída: 4 a 20 ma (ligação à 2 fios) Serviço: Medição da Temperatura do TQ-02 c) Termômetro tipo Capela Angular (TI-) TI - TI - Figura 14 - Termômetro tipo Capela Angular (TI-) Localização: Instalado na saída do Trocador de Calor (TC-) Tipo: Haste de latão de 40 mm Conexão ao processo: ½ BSP, Escala: 0 a 100ºC Serviço: Medição da Temperatura após do TC-

13 VAZÃO a) Rotâmetro para Medição de Vazão de Água (FI-) FI - Figura 15 - Rotâmetro para Medição de Vazão de Água (FI-) Localização: Instalado na saída do trocador de calor após válvula de controle Faixa de Trabalho: l/h Temperatura Máx: 100ºC Serviço: Medição da vazão na rede na saída do TC- b) Placa de Orifício (FE-) FE - Figura 16 - Placa de Orifício (FE-) Localização: Instalado na saída do trocador de calor após válvula de 3 vias Tubulação: ½ Material: aço inox 316 Faixa: 0 a 3000 l/h Serviço: Medição da vazão na rede na saída do TC-

14 14 c) Transmissor Inteligente de Pressão Diferencial, tipo capacitivo, para Medição de Vazão (FIT-) FIT - FIT - Figura 17 - Transmissor Inteligente de Pressão Diferencial, tipo capacitivo, para Medição de Vazão (FIT-) Localização: Instalado na saída do TC- Comunicação Digital: Protocolo HART Sinal de Saída: 4 a 20 ma a 2 fios com alimentação de 12 a 45 Vcc Range: 0 a mmh2o Faixa: 0 a l/h Indicador: Digital local Serviço: Medição da vazão na rede na saída do TC- d) Chave de Fluxo (FSL-) FSL - Figura 18 - Chave de Fluxo (FSL-) Localização: Instalado na saída do trocador de calor após válvula de controle Características Elétricas: contato reversível SPDT 10 A Ajuste: Vazão de 300 l/h Serviço: Chave de Vazão

15 VÁLVULAS a) Válvulas Solenóide - Tipo Diafragma (XV- e XV-02) XV - XV - 02 Figura 19 - Válvulas Solenóide - Tipo Diafragma (XV- e XV-02) Instalação: Entrada (XV-02) e saída do TQ- (XV-) Descrição: Diâmetro de ½, normalmente fechada, alimentação 220 Vca Serviço: XV- drenagem do tanque TQ- e XV-02 alimentação do tanque TQ- b) Válvula de Controle (LV-) LV - Figura 20 - Válvula de Controle (LV-) Localização: Instalado na saída do TQ- Diâmetro: 1/2" BSP Classe: 150 lbs Tipo de Atuador: Diafragma Corpo: Aço carbono e internos em aço inox 316 Sinal de Entrada: 4 a 20 ma Sinal de Saída: 3 a 15 PSI Serviço: Controle de nível do TQ-02

16 16 c) Válvula de Controle (FV-) FV - Figura 21 - Válvula de Controle (FV-) Localização: instalado na saída do trocador de calor após válvula de 3 vias Diâmetro: 1/2" BSP Classe: 150 lbs Tipo de Atuador: Diafragma Corpo: Aço carbono e internos em aço inox 316 Sinal de Entrada: 4 a 20 ma Sinal de Saída: 3 a 15 PSI Vazão Máxima: Na ordem de 5000 l/h na linha de entrada do reservatório Serviço: Controle da Vazão INSTRUMENTOS DE PAINEL a) Controlador Digital de Processo Microprocessado PID para controle da Temperatura e Vazão (TIC- e FIC-) Figura 22 - Controlador Digital de Processo Microprocessado PID

17 17 Instalação: Frontal do Painel de Controle Tamanho: 48x48 mm (altura x largura) Sinais: Entrada 4 a 20 ma e saída 4 a 20 ma Display: 4 ½ dígitos Alimentação: 220 Vca Indicação: Variável de Processo e Set-Point Serviço: TIC - Controle da temperatura do TC- e FIC- Controle da Vazão na saída do TC- b) Indicador Digital de Processo Microprocessado para Pressão (PI-) Figura 23 - Indicador Digital de Processo Microprocessado Instalação: Frontal do Painel de Controle Tamanho: 48x48 mm (altura x largura) Sinais: Entrada 4 a 20 ma Display: 4 ½ dígitos Alimentação: 220 Vc Indicação: Variável de Processo Serviço: Indicação da Pressão na saída da B- c) Controlador de Potência tipo PWM (CJ-) Figura 24 - Controlador de Potência tipo PWM (CJ-)

18 18 Instalação: Interno ao Painel de Controle Alimentação: 110/220 Vac Sinal de Entrada: Entrada de controle de 4 a 20 ma Sinal de Saída: Pulso Potência: 40A d) Controlador Lógico Programável (CLP) Figura 25 - Controlador Lógico Programável (CLP) Localização: Interno ao Painel de Controle Entrada Analógica: 8 entradas configuráveis de 0 a 10V e 4 a 20 ma Saída Analógica: 2 saídas configuráveis de 0 a 10 V e 4 a 20 ma para controle das malhas envolvidas no processo Entrada Digital: 8 entradas de 24 Vdc Saída Digital: 8 saídas digitais a relê Alimentação: 110/220 Vac e) Inversor de Freqüência Figura 26 - Inversor de Freqüência

19 19 Localização: Interno ao Painel de Controle Alimentação: 220 Vac Monofásico Potência: ¼ CV Serviço: Acionamento do motor da B- f) IHM (Interface Humano Maquina) Construída em um gabinete de plástico injetado de alto impacto (grau de proteção IP65) e dotada de um display de cristal líquido, a IHM da série Interactive possibilita leitura, sinalização e mudança de parâmetros de uma forma amigável. Todas as mensagens, teclas de função, alarmes, edição e visualização de campos de dados são gerenciadas pelo processador principal, sem usar instruções de Ladder. Sua programação fica a cargo do A1 / WinSUP, que através do editor de telas da IHM disponibiliza todas as ferramentas para a configuração e confecção das telas. A interface do editor de telas é orientada a objetos, ou seja, campos de edição, visualização, bargraphs, seletoras de estados e outras mais são posicionados e configurados na tela com o mouse. Em aplicações onde existe a necessidade de se carregar um conjunto de parâmetros diferentes várias vezes em uma mesma máquina ou processo, utiliza-se a função Receita que, através das teclas de função da IHM, permite alterar um conjunto de parâmetros (definidos durante sua programação) sempre que necessário, dispensando assim a utilização de instruções Ladder para este fim. A função Alarmes da IHM série Interactive permite ao programador alertar, através de mensagens em seu display, a ocorrência de alarmes/alertas ocorridos na máquina ou processo. Sua programação, da mesma forma que a função Receita, é feita sem utilizar instruções Ladder, através da configuração de hardware dos aplicativos A1 / WinSUP. ENTER ESTAMPA DA MÃO Figura 27 - IHM

20 20 Localização: Externo ao Painel de Controle Display: 2 linhas com 20 caracteres NAVEGAÇÃO DAS TELAS DA IHM ENTER ESTAMPA DA MÃO Figura 28 - NAVEGAÇÃO DAS TELAS DA IHM A ordem de sucessão de telas na IHM é determinada diretamente pela ordem e sequência com que elas foram programadas no projeto; a seqüência em que elas aparecem na lista de telas (Configuração do projeto, guia IHM - Telas) é a mesma com que elas serão exibidas na tela da IHM. Quando pressionamos o botão "Seta para cima" (S1), a tela posterior à tela atual é exibida na Interface. Quando pressionamos o botão "Seta para baixo" (S2), é exibida a tela anterior à atual. Se a tela de número 1 está sendo exibida na tela, e pressionamos o botão "Seta para cima", será exibida a tela 2; se pressionarmos o botão "Seta para baixo", a tela 0 será exibida. Para o usuário navegar para as outras telas da seqüência, utiliza-se as teclas de navegação da IHM.

21 21 As teclas F1, F2, F3 e F4 foram programas com as seguintes características: F1 função liga F2 função desliga F3 função automático F4 função manual K0 função para alterar o SET POINT K1 função de incremento K2 função de decremento

22 ALARMES Quando for gerado um alarme, em caso de um evento irregular, uma tecla correspondente ao alarme ativo ficará com o seu led correspondente piscando e, Figura 29 Led s de alarmes automaticamente, aparecerá, na IHM, a mensagem do alarme ativado, conforme descrição abaixo. Os alarmes são: Tabela 2 Descrição dos alarmes Tecla K3 Tecla K4 Tecla K5 Tecla K6 Tecla K7 Tecla K8 Nível baixo TQ02 bomba desligada Alta temperatura no TQ-02 Fluxo baixo Alta Pressão no TQ-02 Nível muito alto no TQ-02 Nível alto no TQ-02 Quando estiver um led vermelho de alarme piscando, conforme relação acima, você poderá monitorar o alarme pressionando a respectiva tecla, ou seja, K3, K4,..., até K8. Para sair da indicação de alarme do display pressione S1 ou S2.