Medições e atuações multivariávies/multipontos em Profibus-PA

César Cassiolato Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento, Engenharia de Produto e Qualidade SMAR Equipamentos Industriais Ltda cesarcass@smar.com.br

Introdução

O Profibus é um dos protocolos amplamente usados na indústria. O Profibus-PA é sua variante para a área de controle de processos. Quanto mais recursos um equipamento Profibus-PA disponibilizar, melhor para o usuário e aplicações. Neste artigo veremos alguns equipamentos que permitem medições multivariáveis, como um transmissor de temperatura de 8 canais, um transmissor de densidade e exemplos de outros equipamentos que conseguem manusear várias variáveis, ou mesmo pontos de I/O.

 

Medição multicanais de temperatura

A medição de temperatura é uma das mais comuns em qualquer planta industrial. Basicamente, 93% das variávies medidas e controladas na indústria estão relacionadas com a temperatua. As aplicações vem demandando uma alta concentração de pontos a serem medidos, o que exigem uma solução eficaz e econômica. Citaremos como exemplo, um equipamento Profibus-PA desenvolvido no Brasil e que permitee a medição de até 8 canais de temperatura com precisão de 0.03%, o TT383.

O TT383 possui 8 entradas independentes e é adequado para trabalhar com sensores do tipo RTD, termopares e mV e sinais de Ohm sensores especiais (tais como pirômetros de radiação, por exemplo). Ele é um equipamento alimentado por um único par de fios que também atende à comunicação de acordo com a IEC61158-2.

Uma das grandes vantagens do TT383 é que ele ocupa apenas um endereço na rede Profibus PA, e permite medições integrando até 8 sinais de temperatura. Com isso, economizam-se nós na rede, assim como o consumo de energia, comparados com transmissores de um única medição de temperatura.

O transmissor TT383 é construído com uma caixa de metal de alumínio, o que proporciona leveza e robustez ao mesmo tempo. Projetado para montagem em trilho, ocupa apenas 10cm, o que facilita sua instalação em paineis.

 

Figura 1 – TT383 – Transmissor de Temperatura 8 canais

 

 

Como ele usa conexão de alimentação externa, é necessário apenas o cabo para Profibus PA (consumo de aproximadamente 14 mA) e os fios dos sensores de temperatura a serem utilizados. Essas conexões são fornecidas com blocos terminais removíveis para maior comodidade do usuário.

Sua configuração pode ser feita através do ProfibusView da Smar ou qualquer software com os padrões FDT / DTM (PACTware, FieldCare AssetView Smar, etc.) ou por meio da ferramenta Simatic PDM, da Siemens.

 

Conexão dos Sensores 

Os sensores do tipo RTD podem se conectar a 2 ou 3 fios, fazendo a compensação de comprimento do cabo. No caso de termopares, o TT383 executará automaticamente a compensação de temperatura da junção fria.
As entradas do TT383 podem ser configuradas em qualquer das seguintes formas:

• • Medição Simples: Cada sensor é uma medida separada.
• • Medição Diferencial: A medição é a diferença de temperatura entre dois sensores.
• • Medição com backup: Quando um sensor falha, o TT383 troca automaticamente para a leitura do outro sensor configurado como backup.

 

Aplicações

O TT383 é ideal para aplicações onde uma grande quantidade de sensores de temperatura devem ser integrados à rede Profibus. Vejamos alguns exemplos:

 

Figura 2 - Fornos e Torres de Destilação

 

 

Figura 3- Túneis de Pasteurização e Refrigeração

 

 

Figura 4 - Monitoramento de Turbinas ou Motores em CCMs

 

 

Figura 5 – Combinação TT383 com IR303, mostrando a indicação remota de 8 variáveis

 

 

Na figura 5 foi usado o IR303, um indicado remoto Profibus-PA de 8 variáveis+status. Para mais detalhes, consulte: http://www.smar.com/PDFs/catalogues/IR303CP.pdf

 

Economia de endereços na rede Profibus-PA e simplicidade de instalação 

O TT383 proporciona economia de cabeamento, homem x hora, corrente / nós na rede, menos acessórios de rede Profibus-PA, quando comparado com uma solução convencional de transmissores que suportam até dois sensores. Veja a figura 6, onde é comparado um segmento usando o TT383 com um outro segmento usando transmissores com medição simples.

 

 

Figura 6 -  Economia de endereços na rede Profibus-PA e simplicidade de instalação

 

 

Características:

• • 8 entradas de temperatura independentes
• • Tecnologia Profibus PA
• • Ocupa somente um nó na rede Profibus
• • Endereçamento de rede prático através de switches
• • Exatidão de ± 0,03%
• • Sensores tipo Termopar, RTDs, mV e Ohm
• • Medição Simples, Diferencial e de Backup
• • Conexões a 2 e 3 fios
• • Suporta as tecnologias DD/EDDL e FDT/DTM
• • Leve e robusto
• • Conexão para trilho

 

Medição multivariável de densidade

Diversos processos industriais requerem medição contínua da densidade para operarem eficientemente e garantirem qualidade e uniformidade ao produto final.  Isto inclui usinas de açúcar, cervejarias, destilarias, laticínios, químicas e petroquímicas entre outras indústrias. 

Neste tópico, usaremos como exemplo o DT303 da Smar, um transmissor para a medição contínua de densidade e concentração de líquidos diretamente nos processos industriais.

 

 

Figura 7 -  DT303 – Transmissor de densidade Profibus-PA

 

 

Sendo o DT303 uma unidade única e integrada sua instalação torna-se muito simples, necessitando de apenas uma penetração no recipiente, esta característica o diferencia de outros sistemas de medição.

Esta linha de transmissores de densidade inclui um modelo industrial com montagem flangeada (foto da direita) e um modelo sanitário com conexão ao processo usando braçadeira tipo tri-clamp (foto da esquerda, figura 7).                                     

No modelo sanitário, a sonda que fica imersa no fluido de processo tem acabamento superficial polido, de acordo com a norma 3A para evitar depósito de produto e a proliferação de bactérias.

Ambos os modelos, podem ser montados de forma lateral (em tanques) ou de topo (utilizando-se vasos amostradores). Como o indicador digital pode ser rotacionado a leitura será cômoda em qualquer posição de montagem.

O DT303 pode ser montado sem a interrupção do processo e devido ao seu princípio de funcionamento não requer nenhum tipo de calibração especial em laboratório para começar a funcionar, basta  energizá-lo para que ele comece a medir imediatamente pois ele deixa a fábrica já calibrado na unidade e no range de medição selecionados pelo usuário.

Em geral, o modelo mais adequado para montagem em tanques é o modelo curvo.  Este modelo é montado na parede do tanque, com uma conexão flangeada ou tri-clamp.

Quando não é possível instalar-se o transmissor diretamente no tanque pode-se utilizar um tanque amostrador externo (ver figura 8).

 

 

Figura 8 – Montagem em tanques – DT303

 

 

Nos processos em que não se disponha de recipientes ou tanques de armazenamento para fazer a medição  é possível instalar-se o DT303 em linha. Para tanto basta intercalar na linha um vaso amostrador por onde circule o fluido de processo, tal como se vê nos exemplos abaixo (figuras da esquerda e do centro, fig. 9). 

Como a entrada do produto no vaso amostrador se dá simultaneamente pela parte superior e inferior, a medição não é afetada pela velocidade de circulação do fluido.

 

 

Figura 9 – Montagem em linha e transbordamento – DT303

 

 

Outra alternativa de montagem é o uso de vaso amostrador com descarga por transbordamento, nesta configuração o produto entra pela parte inferior e transborda na parte superior (figura da direita, fig. 9).

Desta forma, se dimensiona o recipiente para que a altura da coluna de líquido fixa, que transborda, cubra completamente os diafragmas repetidores de pressão do transmissor.

Uma característica fundamental deste transmissor é que não é necessária calibração em laboratório.  

As unidades disponíveis para a medição de densidade e concentração são: g/cm³, kg/m³, lbm/ft³, ºBrix, ºBaumé, ºPlato, ºAPI, ºINPM, ºGL. Além destas unidades é possível também configurar a unidade de saída em % de Sólidos ou % de Concentração, neste caso é necessário utilizar uma das seguintes opções:

- um polinômio do 5º grau com os coeficientes configuráveis para realizar a correlação entre a função da unidade do usuário e a densidade;

- uma tabela de 16 pontos com duas entradas para realizar uma linearização da função que relaciona a unidade do usuário com a densidade.

Habilitando uma destas duas opções, o transmissor de densidade e concentração medirá primariamente a densidade enquanto que a indicação local e a saída digital seguirão a função carregada no polinômio ou na tabela.

A versatilidade do DT303 permite ao usuário utilizar a unidade de medição mais indicada de acordo com o processo. A indicação deste transmissor pode ser expressa em unidades de densidade tais como:   g/cm³, kg/m³ , lbm/ft³ , densidade relativa (@20ºC, @4ºC) ou concentração (ºBrix, ºBaumé, ºPlato, ºAPI, ºINPM, ºGL, % de sólidos, % de Concentração).

A troca de uma unidade de medição por outra não implica na necessidade de recalibração do transmissor.

Algumas aplicações freqüentes são:

• • Refinarias de óleo:
  • • Óleos vegetais,
  • • Extração de miscela.

• • Usinas de açúcar e álcool:
  • • Grau Brix no mosto e no mel,
  • • Grau Brix no xarope, entre efeitos e no último estágio de evaporação,
  • • Densidade do lodo no decantador,
  • • Grau alcoólico do álcool hidratado e anidro,
  • • Grau Baumé do leite de cal.

• • Indústrias alimentícias:
  • • Densidade do leite pré-condensado,
  • • Diluição de Amido,
  • • Densidade da água pesada,
  • • Méis, geléias, gelatinas.

• • Indústrias de bebidas:
  • • Grau Plato na fermentação da cerveja,
  • • Grau Plato nos cozinhadores de cerveja,
  • • Grau alcoólico de aguardente,
  • • Grau Brix na diluição de xaropes,
  • • Concentração/diluição de sucos de frutas,
  • • Refrigerantes, café solúvel, vinho, malte, tequila.

• • Químicas e petroquímicas:
  • • Nível de interface água/óleo em tanques tratadores e separadores,
  • • Densidade de óleo cru, óleos lubrificantes,
  • • Densidade de gasolina, óleo diesel, querosene, GLP,
  • • Água de lavagem de gases,
  • • Concentração e diluição de ácidos,
  • • Concentração de soda cáustica,
  • • Diluição de leite de cal.

• • Indústria de Celulose e papel:
  • • Concentração de licor verde, licor negro, licor branco,
  • • Densidade da lama cal,
  • • Concentração de soda cáustica,
  • • Diluição de amido,
  • • Diluição de talco, cinzas,
  • • Concentração de tinta.

• • Mineração e siderurgia:
  • • Densidade de polpa de minério,
  • • Recuperação de finos,
  • • Célula de flotação, raspadores,
  • • Extração de lama, lixívia,
  • • Diluição de ácidos,
  • • Decapagem de chapas de aço.

 

A figura 10 exemplifica o diagrama de blocos funcional do DT303, segundo o Profile V3 O DT303 possui um bloco Analog Input, onde troca ciclicamente o valor da densidade/concentração, temperatura com o mestre classe 1 do Profibus.

 

 

Figura 10 – Diagrama de blocos do DT303

 

 

Veja o vídeo sobre o transmissor DT303:  http://www.smar.com/brasil2/products/dt303.asp

 

 

Figura 11 – Exemplo de aplicações e instalções com o DT303

 

 

Medições multivariáveis em 4-20mA via Profibus-PA

Quandoo usuário precisa integrar sinais analogicos 4-20mA a um sistema Profibus, ele pode usar algumas das soluções SMAR.

O conversor de campo IF303 possui três entradas independentes de 4 a 20 mA(0u ainda 0-20mA) e, portanto, pode ser usado para integrar ao Profibus DP a  informação a partir de dispositivos convencionais que não têm comunicação digital.

Desta forma, o usuário pode continuar aproveitando os dispositivos de campo que tem em sua instalação, reduzindo custos.

 

 

Figura 12 – Integração mlutivariável via IF303 Smar

 

 

Para mais detalhes consulte: http://www.smar.com/PDFs/Catalogues/IFFI300CP.pdf

 

Atuação multivariáveis em 4-20mA via Profibus-PA

Por sua parte,o conversor FI303 oferece três saídas independentes de 4 a 20 mA e por isso é usado para controlar dispositivos que requerem um sinal de 4 a 20 mA em sua entrada, tais como acionamentos de velocidade variável, atuadores elétricos ou posicionadores de válvula analógicos.

 

 

Figura 13 – Atuação 4-20mA via conversor FI303 Smar

 

 

Para mais detalhes consulte: http://www.smar.com/PDFs/Catalogues/IFFI300CP.pdf

 

Sinais discretos

Para habilitar aintegração de sinais discretos no Profibus PA, SMAR oferece várias alternativas, considerando o número de sinais que são necessários. A remota DC303 pode ser vista como um "pequeno PLC" com Profibus PA. Este dispositivo fornece 16 entradas discretas e 8 saídas a transistor, e com lógica  totalmente programável através de linguagem texto.

 

 

Figura 14 – DC303 – Remota Profibus-PA

 

 

O DC303 não se limita apenas a disponibilizar  entrada / saídas discretas ao sistema, mas também tem uma capacidade de processamento de lógicas programadas usando a tecnologia FFB (Bloco de Função Flexível). 

O DC303 tem um gabinete depequeno porte, projetado para instalação em painéis, em trilho DIN. Cada uma das entradas e saídas tem um indicador de LED, de modo que o usuário possa ver facilmente quais os sinais estão ativos.

 

Para mais detalhes sobre o DC303, consulte: http://www.smar.com/PDFs/catalogues/DC303CP.pdf

 

Por outrolado, quando se tem poucos pontos de I/O, é possível utilizar o FRI303, uma remota Profibus-PA para campo,  que possui duas entradas e duas saídas discretas. Assim, é uma solução ideal para integrar os atuadores  on / off, e oferecer feedback sobre a posição da válvula, etc. Veja figura 17.

 

 

Figura 15 – Aplicação com múltiplos pontos de I/O com o DC303 – Remota Profibus-PA

 

 

Figura 16 – FRI303 – Remota de Campo

 

 

Figura 17 – Aplicação com poucos pontos de I/O com o FRI30 – Remota de campo Profibus-PA

 

 

Para mais detalhes sobre o FRI303, consulte: http://www.smar.com/PDFs/catalogues/FRI303CP.pdf

 

Conclusão

Sem dúvida, assoluções digitais baseadas em protocolo são atualmente a primeira escolha na implementação de um sistema de controle de processo. O protocolo digital Profibus é um dos mais utilizados em todo o mundo, e sua implementação a nível de campo é conhecido como Profibus PA. O uso de equipamentos com múltiplas medições e atuações é desejável e útil nas aplicações.

Vimos neste artigo vários equipamentos desenvolvidos pela Smar e que vêm simplificando instalações, reduzindo custos e configurações e proporcionando benefícios aos usuários.

 

Referências

• • Artigos técnicos César Cassiolato
• • www.smar.com.br
• • Artigos técnicos Pablo Batch – ESCO Argentina.

Data de publicação: 2014-02-25 03:56:12