Aula pid analogico_interfaces_processo

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Aula pid analogico_interfaces_processo

  1. 1. 1 Controlador PID Analógico Interfaces com o Processo Romeu Reginatto 2014 Interfaces Controlador-Processo Controlador Processo Interfaces Controlador-Processo Controlador Processo Transmissão de sinais PV e MV Interfaces Controlador-Processo Controlador Processo Transmissão de sinais PV e MV Sensores / Atuadores Amplificação de sinais Conversão de sinais Tratamento de sinais Interfaces Controlador-Processo Controlador Processo Transmissão de sinais PV e MV Sensores / Atuadores Amplificação de sinais Conversão de sinais Tratamento de sinais Conversão de sinais Operação sobre sinais Conteúdo • Transmissão analógica • Transmissores • Sensores/Atuadores • Funções auxilidares / Conversores
  2. 2. 2 Transmissão Analógica • Pneumática – 3 a 15 psi (libra por polegada quadrada) – 20 a 100 kPa (Pascal) – 0.2 a 1.0 Kgf/cm2 • Eletrônica – 4 a 20mA (DC). Padrão mais comum. – 1 a 5V (DC) – 0 a 20mA (DC). Ainda usado na Alemanha e alguns outros países. Zero “Vivo” • 4 a 20mA (DC) x 0 a 20mA (DC) • 0/4mA = valor mínimo medido pelo sensor/transmissor • 20mA = valor máximo medido pelo sensor/transmissor • Valores intermediários – relação linear ou fornecida pelo fabricante 4mA pode indicar o valor “zero” – mínimo do sensor/transmissor 0mA pode ser confundido entre o valor “zero” do sensor e um defeito na transmissão Transmissão em Corrente x Tensão Fator Corrente Tensão Resistência dos condutores Não afeta a transmissão Altera o sinal transmitido Influência de ruídos Menos sensível Mais sensível Número de instrumentos Não afeta o sinal Afeta o sinal Laço de Transmissão em Corrente 1 transmissor e 1 receptor 1 transmissor e vários receptores Instrumentos passivos e ativos • Equipamentos compatíveis com o padrão 4-20mA podem ser passivos ou ativos: • Passivos: não possuem fonte de alimentação interna para o laço de corrente. • Ativos: possuem fonte de alimentação interna para fornecer tensão ao laço de corrente. Estruturação de laços de corrente • Laço de corrente em geral operado com tensão de 24V. • A soma de todas quedas de tensão ao longo dos instrumentos e cabeamento do laço deve ser inferior a máxima tensão de alimentação do laço. Fonte incluída em 1 ou mais dos instrumentos do laço de corrente.
  3. 3. 3 Elementos de uma malha de controle • Controlador. Realiza a função de controle na malha (ex. PID). • Sensor ou transdutor (instrumento primário). Transforma a variável que se deseja controlar em uma variável elétrica para uso da malha de controle. • Transmissor. Em geral associado aos sensores/transdutores, convertendo o seu sinal em outro que é padronizado e pode ser transmitido à distância. Elementos de uma malha de controle • Conversores. Realizam funções auxiliares dentro da malha de controle, permitindo adequação de níveis, tipos e realização de determinadas operações sobre os sinais. • Receptores. Nome genérico dado ao dispositivo que recebe um sinal padrão enviado por um transmissor. • Cabeamento. Conexões elétricas da malha de controle. Elementos de uma malha de controle • Indicadores. Equipamentos cuja função é mostrar o valor de uma determina variável do processo. • Registradores. Equipamentos destinados a realizar o registro de uma variável do processo em geral em papel. Transmissores Eletrônicos Transmissores Eletrônicos • Transmissores implementados com eletrônica analógica e/ou digital e que possuem interfaces analógicas com os sinais externos. – Funções – Estrutura física – Características elétricas – Transmissores inteligentes Funções • Adequação do nível/potência do sinal de sensores / transdutores. • Realização de operações de linearização, filtragem, tratamento do sinal. • Conversão para um sinal padrão que pode ser transmitido a distância,em geral 4- 20mA.
  4. 4. 4 Estrutura Física • Montado próximo ao sensor/transdutor. • Invólucro adequado ao ambiente industrial (blindagens, isolamentos, robustez, etc). • Estrutura adequada à aplicação (acoplamento, formas de montagem, etc) • Indicação ou não da variável transmitida (LED; cristal líquido; bar graph; galvanômetro, etc). Características Elétricas • Tipo 4 fios (ativo) – Alimentação independente do sinal. – Alimentação em 110/220V (2 fios). – 2 fios para o sinal 4-20mA (tensão 24V). • Tipo 2 fios (passivo) – Alimentação obtida do próprio sinal. – Em geral de baixo consumo ou ambientes perigosos. • Isolação galvânica para o sinal padrão. • Entrada compatível com o sensor/transdutor. Transmissores inteligentes • Baseados em sistemas microprocessados • Possuem funções mais elaboradas de tratamento do sinal • Possibilitam transmissão analógica e digital • Capacidade de comunicação digital e interligação em rede Transmissores Sensores / Transdutores Características Fundamentais • Faixa de medida / operação (Range). Valores mínimo e máximo da variável medida que são mensuráveis pelo sensor em questão. Expressa nas unidades da variável medida. • Alcance (Span). É a diferença entre o valor máximo e mínimo da faixa de medida. Expresso na unidade da variável medida.
  5. 5. 5 Características Fundamentais • Precisão. Tolerância de medição ou transmissão do instrumento. Erro máximo cometido em condições normais de uso. Expressa em: – Valor absoluto (unidades da variável medida) – Percentual do alcance (span) – Percentual do valor máximo Características Fundamentais • Sensibilidade. Variação mínima da variável medida necessária para modificar o valor apresentado. Em geral expressa em percentual do span. • Repetibilidade. Capacidade de reproduzir a indicação quando repetida a mesma medição nas mesmas condições. Expressa em percentual do span. Funções Auxiliares / Conversores Classificação • Conversores de grandezas destinados a interfacear sinais de natureza distinta em uma mesma malha de controle. • Relés que realizam determinadas operações matemáticas de interesse em malhas de controle simples. Conversores de grandezas • Conversor de corrente para pressão (I/P) – 4 a 20 mA para 0.2 a 1 kgf/cm2 – Sinal de atuação em válvulas de controle • Conversor de pressão para corrente (P/I) – 3 a 15 psi para 4 a 20 mA – Transmissão de sinal pneumático para monitoração à distância – Uso de transmissores pneumáticos antigos em malhas de controle já integrando controladores eletrônicos Conversores de grandezas • Conversor de tensão para pressão (E/P) – Similar ao conversor I/P, porém com entrada em tensão • Conversor de tensão para corrente (E/I) – Entrada em tensão de sensores, em geral. – Saída em corrente padronizada (4-20mA)
  6. 6. 6 Conversores de grandezas • Conversor de corrente para corrente (I/I) – Interface entre diferentes padrões de transmissão em corrente, especialmente processos envolvendo equipamentos e padrões mais antigos. – Entradas típicas: 4 a 20 mA; 10 a 50 mA; 0 a 5 A (transformador de corrente). – Saída típica em 4 a 20 mA. Relés de multiplicação e divisão • Pneumáticos e eletrônicos A B C (A x B) / C Aplicação em linearização de sensores, atuadores ou fenômenos não lineares do processo. Relés de adição e subtração • Pneumáticos e eletrônicos A B C A + B - C Aplicação em combinação de sensores, associação entre malhas de controle, etc. Extratores de Raíz Quadrada • Pneumáticos e eletrônicos A A Aplicação em linearização de sensores / atuadores em malhas simples de controle. Relés de seleção de sinal • Pneumáticos e eletrônicos A C Max(A,B) Min(A,B) A limitado a C Operações especiais sobre ou entre malhas de controle. Exemplo: atuação sobre um aquecedor ou resfriador, conforme o valor do sinal de controle. Exemplo Extrator de raíz quadrada Conversor de escala Relé seletor de máximo Relé seletor de mínimoFonte. Bega, 2003. Transmissor de vazão Controlador de vazão

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