Documentação Sobre Instrumentação, Notas de estudo de Automação

Baixe Documentação Sobre Instrumentação e outras Notas de estudo em PDF para Automação, somente na Docsity! Documentação de Instrumentação Aplicação de Símbolos e Identificação 2a edição Marco Antônio Ribeiro VYE B VXE A VXT A VYT B VI 4 VZT A VZE A VI 5 Documentação de Instrumentação Aplicação de Símbolos e Identificação 2a edição Marco Antônio Ribeiro Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se claramente e de modo compreensível. Quem se exprime de modo obscuro e pretensioso mostra logo que não entende muito bem o assunto em questão ou então, que tem razão para evitar falar claramente (Rosa Luxemburg) © 1998, 2003, Tek Treinamento & Consultoria Ltda. Salvador, BA 5 Autor Marco Antônio Ribeiro se formou no ITA, em 1969, em Engenharia de Eletrônica blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá. Durante quase 14 anos foi Gerente Regional da Foxboro, em Salvador, BA, período da implantação do polo petroquímico de Camaçari blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá. Fez vários cursos no exterior e possui dezenas de artigos publicados nas áreas de Instrumentação, Controle de Processo, Automação, Segurança, Vazão e Metrologia e Incerteza na Medição blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá. Desde 1987, é diretor da Tek Treinamento & Consultoria Ltda. blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, firma que presta serviços nas áreas de Instrumentação e Controle de Processo. 6 Documentação de Instrumentação 1. Ferramentas de Comunicação 2. Elementos do Simbolismo 3. Elementos da Identificação 4. Diagrama de Fluxo de Processo 5. Diagrama de Fluxo de Engenharia 6. Simbologia de Controle Multivariável 7. Simbolismo Lógico 8. Diagramas de Malha 9. Diagramas de Fiação 10. Diagrama Ladder 11. Detalhes de Instalação 12. Folhas de Especificação de Instrumentos 7 1 Ferramentas de Comunicação Introdução Este capítulo mostra as bases prática e filosófica para o simbolismo e para os métodos de identificação. Nenhum exemplo gráfico é dado – deliberadamente. O entendimento completo, por necessidade, precede a aplicação racional. Símbolos e Identificação Na engenharia de controle de processo, símbolos e identificadores são usados como representações gráficas de conceitos, idéias acerca de coisas (equipamentos) ou funções (ações executadas pelos equipamentos). Os símbolos e identificadores são usados com dois objetivos: 1. conceituar o processo 2. comunicar a informação Além de serem ferramentas de comunicação direta, os símbolos e identificadores ajudam na conceituação e registro da informação acerca dos sistemas de instrumentos. Audiência Estas ferramentas de comunicação são de interesse de uma grande variedade de pessoas tecnicamente orientadas, tais como 1. Engenheiros de processo 2. Engenheiros e projetistas de sistemas de controle 3. Engenheiros mecânicos, eletricistas e de tubulação 4. Pessoal de inspeção de equipamento 5. Compradores 6. Vendedores 7. Fabricantes de equipamentos 8. Pessoal do almoxarifado 9. Instaladores 10. Engenheiros e técnicos de montagem 11. Pessoal de manutenção 12. Engenheiros de segurança 13. Programadores de computador 14. Pessoal de calibração e teste O usuário final para quem se quer colocar as representações gráficas de conceitos deve ser claramente definido, para que a comunicação tenha sucesso. Conceitos, não imagens, são o assunto do processo de comunicação. Conceitos, não imagens, são a base para as normas bem sucedidas (bem aceitas). A simplicidade ajuda. É necessário saber o que se quer comunicar e para quem. A escolha do documento, o grau de detalhe, o simbolismo e a identificação padrão a ser usada devem ser claramente definidos. Simbolismo, identificação e documentação Símbolos e identificadores podem representar tanto um equipamento como as funções de um equipamento. O grau de detalhes usado para representar o equipamento e suas funções depende do objetivo do comunicador e das necessidades da audiência pretendida. Como os símbolos e identificadores são ferramentas gráficas, sempre serão encontrados em uma superfície que é capaz de suportar uma imagem gráfica. Esta superfície por ser papel, madeira, plástico. Atualmente, é cada vez mais freqüente a mídia eletrônica, por exemplo, em monitores de vídeo. Em um sentido amplo, todos estes meios podem ser Elementos do Simbolismo 10 Fig. 2.3. Instrumento montado no painel de leitura Fig. 2.4. Transmissor eletrônico de vazão Fig. 2.5. Linha de sinal eletrônico, 4 a 20 mA cc Fig. 2.6. Válvula de controle, tipo borboleta Fig. 2.7. Controlador indicador de vazão, eletrônico, dedicado, montado no painel de leitura Fig. 2.8. Controlador indicador de vazão, eletrônico, compartilhado, montado no painel de leitura Fig. 2.9. Válvula de controle com atuador pneumático Fig. 2.10. Elemento final SAMA (em desuso) Figuras geométricas Desenhos com linhas com formatos geométricos simples representam funções, equipamentos e sistemas. Certas figuras geométricas representam certos conceitos em determinados tipos de desenhos. Círculos Círculos podem ser usados para representar um instrumento (ou função) ou como uma bandeirola. Como símbolo de instrumento, ele representa o conceito de um equipamento ou função. Como bandeirola, ele fornece informação acerca de outro símbolo que representa um equipamento ou função. Assim, usa-se um circulo como bandeirola ao lado de uma válvula de controle. Fig. 2.11. Circulo como instrumento ou função Fig. 2.12. Circulo como bandeirola FT FIC 1 FIC 1 f(x) PI 1 FV 2 Elementos do Simbolismo 11 Fig. 2.13. Bandeirola e instrumento Fig. 2.14. Instrumento geral Fig. 2.15. Instrumento em painel de leitura Fig. 2.16. Instrumento em painel cego ou atrás do painel de leitura Fig. 2.17. Instrumento em painel de leitura, auxiliar Fig. 2.18. Instrumento atrás de painel de leitura auxiliar Fig. 2.19. Designadores de locais de montagem: P – Painel C – Console R – Rack (armário cego) Pequenos quadrados Pequenos quadrados são usados para simbolizar funções (ou instrumentos) ou como designadores de função (uma forma de bandeirola). Linhas são usadas para representar fluxo de sinal. Alguns graus de flexibilidade no nível de detalhes podem ser escolhidos para mostrar conceitos e por isso é uma boa idéia usar uma legenda para definir as intenções do projetista. PI 1 FT 3 FE 3 PI 1 FI 3 FY 4 TIC 1 WIC 1 SIC 1 P1 P2 P3 TIC 2 WIC 2 SIC 2 C1 C2 C3 TY 1 TY 2 WY 2 R1 R1 R2 FY 3 Elementos do Simbolismo 12 Fig. 2.20. Instrumento em painel de leitura Fig. 2.21. Atuador de pistão, ação simples Fig. 2.22. Atuador de pistão, ação dupla Fig. 2.23. Atuador eletropneumático Fig. 2.24. Atuador não classificado Fig. 2.25. Válvula com posicionador Fig. 2.26. Somador (sigma) original Fig. 2.27. Somador (sigma) dentro de uma caixa Fig. 2.28. Somador (sigma) como símbolo de função Fig. 2.29. Símbolo da função controle compartilhado S E P X FY 5 Σ FY 5 Σ Σ FIC 2 Elementos do Simbolismo 15 Retângulos Retângulos com outras linhas internas representam retificadores (tranquilizadores) de vazão (linhas horizontais retas, Fig. 2.47), selos químicos em diafragma (linhas onduladas, Fig. 2.48) ou alguma função genérica (linhas substituídas por palavras, Fig. 2.49). Fig. 2.47. Retificador ou tranquilizador de vazão Fig. 2.48. Selo diafragma (químico) Fig. 2.49. Função genérica Semicírculo ou curvas O uso mais comum do semicírculo é para representar o atuador pneumático com diafragma (similar a um guarda chuva, Fig. 2.50). Dois semicírculos justapostos representam um atuador com dupla ação (Fig. 2.51). Fig. 2.50. Semicírculo como atuador pneumático Fig. 2.51. Atuador diafragma com dupla ação Linhas Linhas são usadas para representar sinais. É importante perceber a diferença entre sinais (informação) e fios. Os fios se tornam importantes somente quando é necessário saber como ligá-los. Até este ponto, o sinal é usualmente mais importante. Se há muitas linhas de instrumentação e poucas linhas de processo, uma linha simples serve para representar o fluxo de informação de sinal de um dispositivo ou função para outro ou outra. Em diagramas complexos, às vezes é necessário distinguir os diferentes tipos de sinais envolvidos (pneumático, eletrônico, comunicação digital). Os principais símbolos de linhas de sinal são: 1. sinal genérico (Fig. 2.52) 2. sinal pneumático, 20 a 100 kPa (Fig. 2.53) 3. sinal eletrônico, 4 a 20 mA cc (Fig. 2.54 e Fig. 2.55) 4. tubo capilar (Fig. 2.56) 5. sinal hidráulico (Fig. 2.57) 6. sinal eletromagnético guiado (Fig. 2.58) 7. sinal eletromagnético não guiado (Fig. 2.59) 8. sinal interno, de configuração por programação (Fig. 2.60) 9. link mecânico (Fig. 2.61). Geralmente não é feita distinção entre sinal analógico e binário (liga-desliga). Porém, há casos onde se quer diferenciar o sinal analógico do digital. Como ainda não há uma padronização dos sinais digitais, recomenda-se usar legenda explicativa. SP manual Elementos do Simbolismo 16 Fig. 2.52. Linha de sinal não diferenciado Fig. 2.53. Linha de sinal pneumático: 20 a 100 kPa Fig. 2.54. Linha de sinal eletrônico (menos usada) Fig. 2.55. Linha de sinal eletrônico (mais usada) Fig. 2.56. Sinal transmitido por capilar Fig. 2.56. Sinal sônico ou eletromagnético guiado Fig. 2.56. Sinal sônico ou eletromagnético não guiado Fig. 2.60. Sinal interno do sistema, ligação por configuração (software) Fig. 2.61. Elo (link) mecânico Fig. 2.61. Sinal de natureza binária subentendido Fig. 2.62. Sinal de natureza binária especificado PIC 1 PT 1 PIC 1 PT 1 PIC 1 PT 1 PIC 1 PT 1 FIC 11 FY 11 HS 1 HS 1 17 3 Elementos de Identificação Nomes dos blocos constituintes Os engenheiros e projetistas de sistemas de controle logo percebem a importância de se ter um sistema de identificação que identifique de modo simples e único cada um dos milhares de instrumentos e funções envolvidos. Também o pessoal de operação e manutenção entende a importância de ser capaz de identificar e rastrear cada elemento que contribui com a operação normal da planta. Embora neste capítulo vai ser discutida a identificação separada do simbolismo, deve se ter em mente a ligação intima entre a identificação e os símbolos. Símbolos e os número de identificação (tag) vão de mão em mão nos desenhos, mas em folhas de dados (data sheet) e outros identificadores de documentos podem vir sozinhos. A parte funcional do identificador (FIC, por exemplo) ajuda a qualificar o símbolo geral como pertencendo à categoria de Controlador Indicador de Vazão e a parte numérica (101, por exemplo) identifica o equipamento ou a função de controle e indicação de vazão. Por isso, símbolos e identificadores são realmente inseparáveis nos diagramas. Para índices de instrumentos e folhas de dados, o tag de identificação já possui significado separado do símbolo. Identificação básica: número de tag O tag de identificação é o código alfanumérico que identifica biunivocamente um instrumento ou função. O número de tag é o número em etiqueta metálica, plástica ou de papel que é amarrada, aparafusada ou colada no corpo do instrumento. Como em grandes complexos industriais, dezenas de milhares de equipamentos ou funções podem requerer identificação, é importante usar um sistema de identificação que seja simples e universal para instalação, checkout, manutenção e outros objetivos. A norma ANSI/ISA S5.1 fornece tal sistema. Número de tag típico TIC 103 Número do tag ou identificação do instrumento TIC - Identificação funcional T 103 - Identificação da malha 103 - Número da malha T - Primeira letra (variável) IC - Outras letras (funções) 10-PAH-5A Número de tag 10 Prefixo opcional PAH Identificação funcional 10-P 5A Identificação da malha P Variável inicializada PAH Funções -5 Número da malha A Sufixo opcional Nota: hífen é opcional como separador Fig. 3.1. Números de tags Elementos de Identificação 20 Fig. 3.6. Análise mecânica em três planos, X, Y e Z. VYE B X Y Z VXE A VXT A VYT B VI 4 VZT A VZE A VI 5 Elementos de Identificação 21 Tabela 3.1. Letras de Identificação Primeira letra Letras subsequentes Variável Modificador Função display Função saída Modificador A Análise (5,19) Alarme B Queimador (Burner) Escolha (1) Escolha (1) Escolha (1) C Escolha (1) Controle (13) D Escolha (1) Diferencial E Tensão (f.e.m.) Elemento sensor F Vazão (Flow) Fração/Relação (4) G Escolha (1) Visor (9) ou indicador local H Manual (Hand) Alto (High) (7, 15, 16) I Corrente Indicação (10) J Potência Varredura (scan) (7) K Tempo Tempo de mudança (4,21) Estação controle (22) L Nível (Level) Lâmpada (11) Baixo (Low) (7, 15, 16) M Escolha (1) Momentâneo Médio (7,15) N Escolha (1) Escolha (1) Escolha (1) Escolha (1) O Escolha (1) Orifício ou Restrição P Pressão, Vácuo Ponto (teste) Q Quantidade Integral, Total (4) R Radiação Registro (17) S Velocidade Segurança (8) Chave (13) T Temperatura Transmissão (18) U Multivariável (6) Multifunção (12) Multifunção (12) Multifunção (12) V Vibração Válvula, damper (13) W Peso, Força Poço (Well) X A definir(2) Eixo X Não classificado (2) Não classificado (2) Não classificado (2) Y Evento, Estado Eixo Y Relé, computação (13, 14, 18) Z Posição ou Dimensão Eixo Z Elemento final Elementos de Identificação 22 Notas para a Tabela das Letras de Identificação 1. Uma letra de escolha do usuário tem o objetivo de cobrir significado não listado que é necessário em uma determinada aplicação. Se usada, a letra pode ter um significado como de primeira letra ou de letras subsequentes. O significado precisa ser definido uma única vez em uma legenda. Por exemplo, a letra N pode ser definida como módulo de elasticidade como uma primeira letra ou como osciloscópio como letra subsequente. 2. A letra X não classificada tem o objetivo de cobrir significado não listado que será usado somente uma vez ou usado em um significado limitado. Se usada, a letra pode ter qualquer número de significados como primeira letra ou como letra subsequente. O significado da letra X deve ser definido do lado de fora do círculo do diagrama. Por exemplo, XR pode ser registrador de consistência e XX pode ser um osciloscópio de consistência. 3. A forma gramatical do significado das letras subsequentes pode ser modificado livremente. Por exemplo, I pode significar indicador, ou indicação; T pode significar transmissão ou transmissor. 4. Qualquer primeira letra combinada com as letras modificadoras D (diferencial), F (relação), M (momentâneo), K (tempo de alteração) e Q (integração ou totalização) representa uma variável nova e separada e a combinação é tratada como uma entidade de primeira letra. Assim, os instrumentos TDI e TI indicam duas variáveis diferentes: diferença de temperatura e temperatura. As letras modificadoras são usadas quando aplicável. 5. A letra A (análise) cobre todas as análises não descritas como uma escolha do usuário. O tipo de análise deve ser especificado fora do circulo de identificação. Por exemplo, análise de pH, análise de O2. Análise é variável de processo e não função de instrumento, como muitos pensam principalmente por causa do uso inadequado do termo analisador. 6. O uso de U como primeira letra para multivariável em lugar de uma combinação de outras primeiras letras é opcional. É recomendável usar as primeiras letras especificas em lugar da letra U, que deve ser usada apenas quando o número de letras for muito grande. Por exemplo, é preferível usar PR/TR para indicar um registrador de pressão e temperatura em vez de UR. Porém, quando se tem um registrador multiponto, com 24 pontos e muitas variáveis diferentes, deve-se usar UR. 7. O uso dos termos modificadores alto (H), baixo (L), médio (M) e varredura (J) é opcional. 8. O termo segurança se aplica a elementos primários e finais de proteção de emergência. Assim, uma válvula auto atuada que evita a operação de um sistema de fluido atingir valores elevados, aliviando o fluido do sistema tem um tag PCV (válvula controladora de pressão). Porém, o tag desta válvula deve ser PSV (válvula de segurança de pressão) se ela protege o sistema contra condições de emergência, ou seja, condições que são perigosas para o pessoal ou o equipamento e que são raras de aparecer. A designação PSV se aplica a todas as válvulas de proteção contra condições de alta pressão de emergência, independente de sua construção, modo de operação, local de montagem, categoria de segurança, válvula de alívio ou de segurança. Um disco de ruptura tem o tag PSE (elemento de segurança de pressão). 9. A função passiva G se aplica a instrumentos ou equipamentos que fornecem uma indicação não calibrada, como visor de vidro ou monitor de televisão. Costuma-se aplicar TG para termômetro e PG para manômetro, o que não é previsto por esta norma. 10. A indicação normalmente se aplica a displays analógicos ou digitais de uma medição instantânea. No caso de uma estação manual, a indicação pode ser usada para o dial ou indicador do ajuste. 11. Uma lâmpada piloto que é parte de uma malha de instrumento deve ser designada por uma primeira letra seguida pela letra subsequente L. Por exemplo, uma lâmpada piloto que indica o tempo expirado deve ter o tag KQL (lâmpada de totalização de tempo). A lâmpada para indicar o funcionamento de um motor tem o tag EL (lâmpada de voltagem), pois a voltagem é a variável medida conveniente para indicar a operação do motor ou YL (lâmpada de evento) assumindo que o estado de operação está sendo monitorado. Não se deve usar a letra genérica X, como XL 12. O uso da letra U para multifunção, vem vez da combinação de outras letras funcionais é opcional. Este designador não específico deve ser usado raramente. 13. Um dispositivo que liga, desliga ou transfere um ou mais circuitos pode ser uma chave, um relé, um controlador liga-desliga ou uma válvula de controle, dependendo da aplicação. Se o equipamento manipula uma vazão de fluido do processo e não é uma válvula manual de bloqueio liga-desliga, ela é projetada como válvula de controle. É incorreto usar o tag CV para qualquer coisa que não seja uma válvula de controle auto atuada. Para todas as aplicações que não tenham vazão de fluido de processo, o equipamento é projetado como: a) Chave, se for atuada manualmente. b) Chave ou controlador liga-desliga, se for automático e for o primeiro dispositivo na malha. O termo chave é geralmente usado se o dispositivo é aplicado para alarme, lâmpada piloto, seleção, intertravamento ou segurança. O termo controlador é usado se o dispositivo é aplicado para o controle de operação normal. c) Relé, se for automático e não for o primeiro dispositivo na malha, mas atuado por uma chave ou por um controlador liga-desliga. 14. As funções associadas com o uso de letras subsequentes Y devem ser definidas do lado de fora do circulo de identificação. Por exemplo, FY pode ser o extrator de raiz quadrada na malha de vazão; TY pode ser o conversor corrente para pneumático em uma malha de controle de temperatura. Quando a função é evidente como para uma válvula solenóide ou um conversor corrente para pneumático ou pneumático para corrente a definição pode não ser obrigatória. 15. Os termos modificadores alto, baixo, médio ou intermediário correspondem aos valores da variável medida e não aos valores do sinal. Por exemplo, um alarme de nível alto proveniente de um transmissor de nível com ação inversa deve ser LAH, mesmo que fisicamente o alarme seja atuado quando o sinal atinge um valor mínimo crítico. 16. Os termos alto e baixo quando aplicados a posições de válvulas e outras dispositivos de abrir e fechar são assim definidos: a) alto significa que a válvula está totalmente aberta b) baixo significa que a válvula está totalmente fechada 17. O termo registrador se aplica a qualquer forma de armazenar permanentemente a informação que permita a sua recuperação por qualquer modo. 18. Elemento sensor, transdutor, transmissor e conversor são dispositivos com funções diferentes, conforme ISA S37.1. 19. A primeira letra V, vibração ou análise mecânica, destina-se a executar as tarefas em monitoração de máquinas que a letra A executa em uma análise mais geral. Exceto para vibração, é esperado que a variável de interesse seja definida fora das letras de tag. 20. A primeira letra Y se destina ao uso quando as respostas de controle ou monitoração são acionadas por evento e não acionadas pelo tempo. A letra Y, nesta posição, pode também significar presença ou estado. 21. A letra modificadora K, em combinação com uma primeira letra como L, T ou W, significa uma variação de taxa de tempo da quantidade medida ou de inicialização. A variável WKIC, por exemplo, pode representar um controlador de taxa de perda de peso. 22. A letra K como modificador é uma opção do usuário para designar uma estação de controle, enquanto a letra C seguinte é usada para descrever controlador automático ou manual. Elementos de Identificação 25 Tab. 3.2 (C) Combinações de letras típicas 1a letra Solenóide Computação Elemento primário Ponto de Teste Poço Visor Segurança Elemento final A AY AE A AW AV B BY BE BW BG BZ C D E EY EE ESL EZ F FY FE FP FSL FG FV FF FFSL FV FQ FQY FE FQV G H I IY IE IZ J JY JE JV K KY KE KSL KV L LY LE LSL LG LV M N O P PY PE PP PSL PSV, PSE PV PD PDY PDE PDP PDSL PDV Q QY QE QSL QZ R RY RE RSL RZ S SY SE SSL SV T TY TE TP TSL TSE TV TD TDY TE TP TDSL TDV U UY UV V VY VE VSL VZ W WY WE WSL WZ WD WDY WE WDSL WDZ X XZ Y YY YE YSL YZ Z ZY ZE ZSL ZV ZD ZDR DEZ ZDSL ZDV 26 4 Fluxogramas de Processo Conhecendo o processo Os dois principais tipos de diagramas de fluxo são o de Processo e o de Engenharia. O Diagrama de Fluxo de Processo é mais padronizado nas diferentes industrias do que o Diagrama de Fluxo de Engenharia. O Diagrama de Fluxo de Processo é o trampolim para o projeto multidisciplinar detalhado. Ele mostra 1. as operações unitárias básicas, 2. os equipamentos principais, 3. as tubulações mais importantes e 4. o fluxo principal do processo. 5. Dados do processo O balanço de material associado, as operações e as condições de projeto combinadas com o desenho em si dão a primeira vista compreensiva do processo. Objetivo do Diagrama O Diagrama de Fluxo de Processo é usado para ajudar a garantir a viabilidade, continuidade e integridade do processo. Ele serve para ajudar a desenvolver os desenhos de perfis de classes de pressão e temperatura, para estabelecer seleção de materiais, flanges, vasos. O objetivo de se colocar a instrumentação no Diagrama de Fluxo do Processo é para documentar as principais variáveis controladas e manipuladas que impactam o projeto do processo. Nem todos os instrumentos são, nem devem ser, mostrados em um Diagrama de Fluxo do Processo. Os símbolos dos equipamentos e os símbolos da instrumentação devem ambos ser simples no Diagrama de Fluxo de Processo. Os símbolos de equipamentos e da instrumentação são apenas símbolos mnemônicos e ajudam visualizar e estabilizar os raciocínios. Quando o projeto é mal feito, pobre, o simbolismo desordenado usualmente agride a sensibilidade estética e impede o pensamento claro acerca do sistema. Conteúdo do Diagrama O Diagrama de Fluxo de Processo é geralmente o primeiro desenho de engenharia a ser desenvolvido em um projeto. Ele geralmente contém uma única operação unitária. A Fig. 4.1 é um bom exemplo. Nele estão mostrados: 1. todos os grandes equipamentos que participam do processo 2. todas as tubulações principais 3. os fluxos de matérias primas e produtos acabados 4. os fluxos de todas as utilidades (vapor, águas, ar comprimido) Não estão indicados no Diagrama de Fluxo de Processo: 1. diâmetros das tubulações 2. dados específicos dos equipamentos 3. componentes detalhados das malhas, como sensores, transmissores, condicionadores e acessórios. É importante ler atentamente as notas e as legendas associadas e considerá-las posteriormente. Fluxograma de Processo 27 Fig. 4.1. Diagrama de Fluxo de Processo Fluxograma de Processo 30 Fig. 4.2. Misturadores e batedeiras Misturadores Nos símbolos dos equipamentos mecânicos, o que importa é sua função e não o projeto, construção ou detalhes de montagem. Pode-se argumentar que o símbolo de motor não é necessário no agitador (A) ou no misturador em linha (D). Também se pode argumentar que deveria haver símbolo de motor no misturador de tambor (B) , helicoidal (C), de borracha (E) ou de rolo (F). O fator de decisão é uma questão de conforto e não de objetividade. Pequenos detalhes podem fazer uma grande diferença. Um tambor inclinado em um esquema de misturador inclui a idéia de fluxo de material. (A) Agitador (B) Misturador em tambor (D) Misturador em linha (E) Misturador borracha (F) Misturador de rolo (G) Misturador estático (H) Misturador em T (C) Misturador helicoidal Fluxograma de Processo 31 Fig. 4.3. Reação Reatores Os três reatores mostrados na Fig. 4.3 são realmente vasos, de modo que reatores, vasos e caldeira podem ser agrupados, embora sejam funcionalmente diferentes. É importante mostrar claramente os sentidos das linhas de vazão (entrada e saída). Geralmente, a vazão é melhor estabelecida da esquerda para a direita e de cima para baixo. Porém, gases e vapores usualmente deixam um reator do topo e entram por baixo. No caso de vaso com jaqueta de aquecimento, o vapor normalmente entra na jaqueta por cima e o condensado deixa a jaqueta por baixo. A situação pode ser contrária quando se usa líquido para fazer a transferência de calor. (A) Reator ou vaso (B) Reator com agitador (C) Reator com jaqueta Fluxograma de Processo 32 Fig. 4.4. Separação de material Separação de materiais Considerando o número de exemplos disponíveis, a separação de material é feita mais freqüentemente do que qualquer outro processo nas indústrias. (Fig. 4.4 até Fig. 4.12). Como há muitas categorias, a Tab. 4.2 mostrada para listar as figuras. Algumas destas categorias se superpõem. Serão mostrados os maiores e mais complexos equipamentos usados nas indústrias de processo. Embora os equipamentos sejam complexos, os símbolos usados no Diagrama de Fluxo de Processo utilizam poucas linhas para dar informação e idéias sobre eles. Aqui pode se enfatizar a integridade de um desenho. Um desenho não consiste apenas de figuras. Títulos, nomes, notas e dados são necessários para completar o desenho total. Por exemplo, nem todas as colunas são idênticas. Eles podem até ter a mesma aparência, porém elas podem ter funções radicalmente diferentes e estas diferenças devem ser explicadas explicitamente nos desenhos, através de notas e legendas. (A) Coluna de Absorção (B) Coluna de Adsorsão (C) Calcinador rotativo (D) Centrifugador Fluxograma de Processo 35 Fig. 4.7. Separação de material (A) Secador por adsorsão (B) Secador de batelada (C) Secador de esteira (D) Secador de tambor Fluxograma de Processo 36 Fig. 4.8. Separação de material (A) Secador rotativo (B) Secador de bandeja rotativa (C) Secador de spray Fluxograma de Processo 37 Fig. 4.9. Separação de material (A) Evaporador com circulação forçada (B) Evaporador por convecção natural (C) Evaporador de múltiplos efeitos Fluxograma de Processo 40 Fig. 4.13. Redução de tamanho Redução de material Os desenhos da Fig. 4.23 mostra que algum elemento do equipamento deve servir como uma essência mnemônica da figura. Nas Fig. 4.13 (A), (b) e (c), é o elemento atuante: rolo, dentes, cone. Nas Fig. 4.13 (D) e (E), é a forma externa. Aqui as relações entre comprimento e diâmetro são características de moinhos e trituradores. (A) Triturador de rolo (B) Triturador de dente (C) Triturador giratório (D) Moinho de esfera e barra (D) Triturador Fluxograma de Processo 41 Fig. 4.14. Armazenagem de material Armazenamento de material Alguns projetistas preferem mostrar todos os tanques sem a linha de emenda (Fig. 4.14A). É uma questão de conforto. Quando o tanque é de teto flutuante, esta característica deve ser mostrada no símbolo (Fig. 4.14C). Uma pilha de armazenagem pode mostrar que nem todos os containers possuem formas regulares (Fig. 4.14G). (A) Tanque de teto (B) Tanque aberto (D) Vaso horizontal (C) Vaso de teto (E) Hopper (F) Esfera (G) Pilha de material (H) Acumulador de gás Fluxograma de Processo 42 Fig. 4.16. Trocadores de calor Trocador de calor A Fig. 4.16 mostra vários tipos de trocadores de calor. Há uma grande diferença entre eles. (A, B, C e D). O aquecedor (A) e resfriador (B) são convenientemente diferenciados pelo desenho da linha de utilidade, subindo para um aquecedor e descendo para um resfriador. Estes dois trocadores são diferenciados dos trocadores de calor processo-processo (C) pela não continuidade das linhas de utilidade, que são mostradas simplesmente como setas. Todas as quatro linhas dos trocadores de calor processo/processo (Fig. 4.16C) são ligados a outro equipamento. A escolha entre os dois símbolos em (C) é simplesmente uma conveniência de desenho para simplificar as interligações. O símbolo para o refervedor (reboiler) do vaso (Fig. 4.16D) sugere que as duas formas e funciona como o resfriador com ventilador fino (fin fan). O ventilador não está dentro do equipamento do processo, porém ele é colocado dentro do símbolo para economizar espaço. (A) Aquecedor (B) Resfriador (C) Trocador processo/processo (D) Refervedor (reboiler) (E) Ventilador fino (fin fan) Fluxograma de Processo 45 Fig. 4.18. Transferência de sólidos Transferência de sólidos Um Diagrama de Fluxo de Processo freqüentemente omite o equipamento de transporte de material, substituindo-o por uma linha com um número de fluxo. Porém, em outras aplicações, os símbolos do equipamento são incluídos, pois uma das razões para se mostrar os símbolos dos equipamentos no Diagrama de Fluxo de Processo é que eles também podem ser usados em esquemas de controle de processo. Estes desenhos devem ser simples (Fig. 4.18). Não é necessário mostrar os acionadores. Um transportador pneumático não é mostrado porque ele é simplesmente uma tubulação, que pode ser simbolizada por uma simples linha. É o equipamento final que fornece a informação do contexto. (A) Esteira transportadora (B) Parafuso transportador (C) Elevador 46 5 Diagrama de Fluxo de Engenharia Introdução O Diagrama de Fluxo de Engenharia é uma descrição gráfica detalhada do fluxo de processo mostrando todas as tubulações, equipamentos e a maioria da instrumentação associada com um dado processo. Ele é geralmente gerado pelo engenheiro de processo e algumas vezes completado pelo engenheiro de tubulação. É um documento multidisciplinar. O Diagrama de Fluxo de Engenharia serve como base para projeto de processo, tubulação e estruturas e reflete o projeto dos sistemas de controle. Ele está sempre sujeito a muitas revisões e aprovações. O Diagrama de Fluxo de Engenharia serve mais ou menos como uma lista de compra que representa tubulação, equipamento e instrumentação para um dado processo. Embora ele seja tratado como documento de projeto, de fato, ele é a conclusão do esforço de projeto do ponto de vista do engenheiro do processo. Também o Diagrama de Fluxo de Engenharia varia, de acordo com a firma de engenharia e a instrumentação é representada de vários modos diferentes. Folha de legenda Como há variação de estilos e símbolos, é mandatório o uso de legendas. Nas folhas de legenda são mostrados os significados de letras de funções, variáveis e modificadores. Também são definidas as abreviações de locais, equipamentos, processos, utilidades e termos típicos de medição e controle. A legenda pode ser apresentada em uma folha separada ou pode ser uma parte do diagrama. Uma legenda permite ao leitor saber o que não está tão evidente de um ponto de vista comum, por exemplo se o símbolo de uma válvula é a de bloqueio, globo ou agulha. A legenda define o uso dos símbolos. A legenda é necessária porque mesmo com a padronização de símbolos e identificação, ainda há pequenas diferenças entre eles. Uma norma não engessa a imaginação e criação do usuário, de modo que sempre haverá detalhes que apenas o criador sabe e por uma gentileza técnica, estas criações devem ser esclarecidas para os usuários. Deve se ter uma legenda para as abreviaturas, que não são normalizadas mas são largamente usadas em códigos de equipamentos, de processos e de utilidades. Também em um projeto, há um código para designar áreas da planta e estes conjuntos alfanuméricos precisam ser esclarecidos. A folha de legenda pode também incluir símbolos de válvulas de controle e manuais e de outros equipamentos auxiliares e miscelânea, como dispositivos de segurança, acessórios, componentes de tubulações e detalhes de instalação. Diagrama de Fluxo de Engenharia 47 A Análise B Queimador/Combustão C Escolha do usuário D Escolha do usuário E Tensão F Vazão FF Relação de vazões FQ Totalização vazão G Escolha do usuário H Manual (Hand) I Corrente J Potência K Tempo L Nível M Escolha do usuário N Escolha do usuário O Escolha do usuário P Pressão, vácuo PD Pressão diferencial Q Quantidade R Radiação S Velocidade/Freqüência T Temperatura TD Diferença temperatura U Multivariável V Vibração/Análise mecânica W Peso/Força WD Diferença de peso X Não classificada Y Evento, estado, presença Z Posição, dimensão ZD Desvio Fig. 6.1. Folha de legenda de identificação do instrumento *A Alarme de * *AH Alarme de alta de* *AL Alarme de baixa de * *C Controle de* (cego) *CV Válvula de controle de * *E Elemento sensor de* *G Visor de * ou indicador local de * *I Indicador de* *IC Controlador indicador de * *J Multiplexação ou varredura *O Orifício ou restrição de * *P Ponto de teste de * *Q Totalização ou integral de * *R Registrador de * *S Chave de * *SV Válvula de segurança de * *T Transmissor de * *V Válvula de * *W Poço de * * significa selecionar a primeira letra da tabela ao lado Diagrama de Fluxo de Engenharia 50 Válvula de segurança de pressão, ajuste em 100 kPa Válvula de segurança de vácuo, ajuste em 50 mm H2O vácuo Disco de ruptura (pressão) Disco de ruptura (vácuo) C = selo químico P = amortecedor de pulsação S = sifão Plug Mangueira Filtro, tipo Y Purgador de vapor Dreno contínuo Código item #1234 Funil de dreno (Ver abreviaturas) Instrumento de nível tipo deslocador, montado externamente ao tanque Filtro tipo T Placa de orifício com flange Totalizador indicador de vazão a DP Indicador de vazão tipo área variável Tubo venturi ou bocal medidor de vazão Turbina medidora de vazão ou elemento propelente Placa de orifício em porta placa Tubo pitot ou Annubar Espetáculo cego instalado com anel em linha (passagem livre) Espetáculo cego instalado com disco em linha (bloqueado) Transmissor de nível a pressão diferencial PSV PSV PSE PSE C T LSV T LSV o LT FE FQI FI FE FE FE FE LT Diagrama de Fluxo de Engenharia 51 Checklist do Diagrama de Fluxo de Engenharia Vasos A Fig. 6.2 mostra um vaso típico. Usualmente no topo do diagrama de fluxo, aparece o bloco do tipo do vaso com um número e titulo, dimensões e o tipo de isolação, quando houver. Alguns projetistas incluem a pressão e temperatura. Se o vaso contiver bandejas (tray), elas são mostradas com linhas tracejadas. A numeração das bandejas deve ser explicada na folha de legenda. A altura e o tipo de enchimento (packing) são mostrados. Os internos importantes (câmara de catalisador, bandejas, desembaçador) são mostrados. É importante comparar o desenho mecânico do vaso com o Diagrama de Fluxo de Engenharia para verificar consistência. A altura da linha tangente de um vaso vertical é mostrada acima da fundação. A altura do fundo de um vaso horizontal é mostrada acima da grade. A altura do nível de líquido normal acima da linha tangente ou acima do fundo de um vaso horizontal é mostrada. As faixas dos controladores não são mostradas aqui, pois ainda é cedo, mas elas aparecerão em algum outro lugar. Deve ser informado se os vasos tiverem alguma inclinação em relação à horizontal. As válvulas de alívio são geralmente mostradas no topo do vaso (indústria química) ou nas linhas de saída de vapor (refinarias). Trocador de calor Fig. 6.3 mostra um trocador de calor típico. O número do equipamento e o titulo são sublinhados no cabeçalho do documento. Se houver isolação, ela é mostrada. A designação das classes de pressão e temperatura é opcional. O tipo correto do trocador é descrito, mostrando o número de seções e o arranjo das vazões. Todas as linhas de vent devem ser mostradas. Bombas A Fig. 6.4 mostra um arranjo típico de bombas em um Diagrama de Fluxo de Engenharia. O bloco do titulo deve conter o número do item, titulo, isolação, água de resfriamento, óleo ou selagem. A capacidade do projeto e a pressão diferencial também podem ser informadas. O tipo de bomba e seu acionador devem ser mostrados. A mínima vazão de recirculação é mostrada, onde necessário. Os amortecedores de pulsação são mostrados em bombas reciprocantes e vents com válvulas são mostrados usualmente em todas as bombas. Deve se prestar atenção ao controle da bomba, incluindo os sistemas automáticos de partidas e vents. O tamanho das válvulas de sucção e de descarga e os flanges da bomba devem ser indicados. Compressores e sopradores A Fig. 6.5 mostra esquemas com compressores e sopradores típicos. O tipo do compressor (centrifugo ou reciprocante) e o número de estágios devem ser mostrados. No topo do desenho, como usual, acima de cada compressor aparece o número do item e titulo, sublinhado, seguido pela capacidade, pressão diferencial. A folha de especificação do compressor deve ser verificada, observando itens como tamanhos de bocais. Diagrama de Fluxo de Engenharia 52 Fig. 6.2. Vaso típico Diagrama de Fluxo de Engenharia 55 Conteúdo do Diagrama de Fluxo de Engenharia Deve haver um consenso quanto a informação de instrumentação incluída no Diagrama de Fluxo de Engenharia. Nem toda a instrumentação precisa ser mostrada. Deve haver espaços e locais reservados nas tubulações e equipamentos, de modo que os elementos sensores e elementos finais possam ser mostrados. O mesmo se aplicada a válvulas, pontos de amostragem, válvulas de segurança, visores de nível, indicadores locais de pressão e temperatura, elementos de vazão. Se a instrumentação está diretamente ligada ao processo, ela deve ser mostrada. Informações mais detalhadas, tais como tamanhos de válvulas, valores de ponto de ajuste, posições de falha, faixas calibradas não precisam ser mostradas, pois elas aparecerão em outros documentos, como folhas de dados de instrumentos. Não se deve colocar a mesma informação em vários documentos diferentes pois haverá problema quando houver alteração nesta informação comum. Mostrar detalhes pode parecer uma boa idéia, mas pode ser extremamente difícil alterar estes detalhes, mais tarde, quando eles forem alterados. As informações distantes do processo são controversas. Alguns argumentam que apenas as malhas básicas devem ser mostradas – nada mais. O objetivo do Diagrama de Fluxo de Engenharia é mostrar o processo em detalhe e dar alguma idéia de seu controle. Nem todos os detalhes de instrumento são mostrados – pois eles são muito numerosos. O consenso é mostrar toda instrumentação ligada diretamente ao processo e de interesse para o operador. O que interessa ao operador são as funções de display (registrador, indicador, alarme, controle) e as de atuação (chaves de liga-desliga, botoeiras, seletoras). Informação detalhada e de condicionamento de sinal, como transmissão, extração de raiz quadrada, multiplexação, não deve ser mostrada. Basicamente, três categorias de instrumentos devem aparecer no Diagrama de Fluxo de Engenharia: 1. controles analógicos 2. controles discretos 3. interface com operador. Estes equipamentos e funções são tudo aquilo que o operador vê ou toca. O controle discreto, envolvendo a lógica de ligar e desligar, é mais complicado e menos óbvio que o controle contínuo. Sendo mais complicado, são também mais difíceis de serem apresentados, de modo que a tendência é esquecê-los. O melhor enfoque para a lógica discreta é mostrar todas as entradas e saídas de uma caixa preta (identificada como bloco lógico) e depois se referir ao desenho onde a lógica será desenvolvida. Este enfoque tem a vantagem de já permitir o levantamento de entradas e saídas, que será posteriormente requerido para o projeto do sistema de controle digital. 56 6 Simbolismo do Controle Contínuo Introdução Entre o Diagrama de Fluxo de Processo e o Diagrama de Fluxo de Engenharia ficam muitos sistemas de controle juntos, que podem ou não ser representados em um documento formal de projeto. O Diagrama de Fluxo de Processo representa o processo básico e o Diagrama de Fluxo de Engenharia, também chamado de Diagrama de Tubulações e Instrumentos (P&I, em inglês, Piping and Instruments, lê-se pienai), representa o projeto detalhado do equipamento de processo e suas interligações. A representação do sistema de controle em um P&I varia em detalhes entre as companhias e até entre projetos. Serão tratados aqui e agora os conceitos e símbolos dos controles estruturados, que podem servir como blocos constituintes de um projeto completo de instrumentação. O controle pode ser implementado através das seguintes estratégias: 1. Controle Contínuo Linear 1.1. Realimentação negativa 1.2. Preditivo antecipatório 1.3. Desacoplamento 1.4. Cascata 1.5. Relação 2. Controle com saídas múltiplas 2.1. Balanço de cargas 2.2. Faixa dividida 3. Malhas redundantes 3.1. Reserva (backup) redundante 3.2. Tomada de malha integral 3.3. Controle de posição da válvula 4. Controle Discreto ou Chaveado 4.1. Sistemas seletores 4.2. Estrutura variável Além de se analisar os diagramas sob o ponto de vista de símbolos e identificadores, tem-se a oportunidade de fixar conceitos de controle de processo. Controle com realimentação negativa O objetivo do controle com realimentação negativa é controlar uma variável medida em um ponto de ajuste. O ponto de ajuste nem sempre é aparente, nem é facilmente ajustável. O estado operacional é automático ou manual. Os parâmetros operacionais são o ponto de ajuste (em automático) e a saída (em manual). Os valores monitorados são o ponto de ajuste, a medição e a saída. (Monitorar não significa necessariamente indicar.) Fig. 6.1. Esquema do controle a realimentação negativa PROCESSO Medição saídas controlada manipulada entradas distúrbios Controlador feedback Ponto de ajuste Simbolismo do Controle Multivariável 57 A realimentação negativa é mais um conceito do que um método ou um meio. No sistema com realimentação negativa sempre há medição (na saída), ajuste do ponto de referência, comparação e atuação (na entrada). A saída pode alterar a variável controlada, que pode alterar a variável medida. O estado da variável medida é realimentado para o controlador para a devida comparação e atuação. Em resumo, esta é a essência do controle à realimentação negativa. É irrelevante se há seis elementos na Fig. 6.2 e apenas um na válvula auto regulada de pressão (Fig. 6.3). Na válvula auto- operada, os mecanismos estão embutidos na própria válvula, não há display e os ajustes são feitos de modo precário na válvula ou nem são disponíveis. Na malha de controle convencional, os instrumentos podem ter até circuitos eletrônicos microprocessados. É irrelevante também se as variáveis medida e manipulada são as mesmas na malha de vazão ou diferentes na malha de pressão. O conceito de controle é a realimentação negativa, independente do meio ou método de sua obtenção. Fig. 6.2. Malha de controle de vazão Fig. 6.3. Reguladora de pressão Na malha de controle de vazão da Fig. 6.2, a vazão é sentida pela placa (FE), o sinal é transmitido (FT), extraída a raiz quadrada (FY-A) e finalmente chega ao controlador (FIC). Este sinal de medição é comparado com o ponto de ajuste (não mostrado na figura) e o controlador gera um sinal (função matemática da diferença entre medição e ponto) que vai para a válvula de controle (FCV), passando antes por um transdutor corrente para pneumático (FY-B), que compatibiliza a operação do controlador eletrônico com a válvula com atuador pneumático. A atuação do controlador tem o objetivo de tornar a medição igual (ou próxima) do ponto de ajuste. Na válvula auto regulada acontece a mesma coisa, porém, envolvendo menor quantidade de equipamentos. O valor da pressão a ser controlado é levado para um mecanismo de comparação que está no atuador do válvula. No mecanismo há um ajuste (fixo ou regulável) do valor da pressão a ser controlado. Automaticamente a válvula vai para a posição correspondente à pressão ajustada. Nos dois sistemas sempre há: 1. medição da variável controlada 2. ajuste do valor desejado 3. comparação entre medição e ajuste 4. atuação para tornar medição igual ao ponto de ajuste Enquanto a medição estiver igual ao ponto de ajuste (situação ideal), a saída do controlador está constante (cuidado! Não é igual a zero!). Só haverá atuação (variação na saída) quando ocorrer diferença entre medição e ponto de ajuste. A maioria absoluta dos sistemas de controle se baseia no conceito de realimentação negativa. Embora seja lento e susceptível à oscilação, ele é o mais fácil de ser realizado. A minoria dos sistemas utiliza outras estratégias de controle ou combinação de várias malhas a realimentação negativa. O advento da instrumentação microprocessada (chamada estupidamente de inteligente) permite a implementação econômica e eficiente de outras técnicas de controle. FT FY-A FIC FE FY-B i/p Simbolismo do Controle Multivariável 60 Fig. 6.8. Controle convencional de temperatura Fig. 6.9. Controle de cascata temperatura – temperatura No controle cascata a temperatura do (mais lenta) vaso cascateia a temperatura da jaqueta (mais rápida). Quando houve distúrbio no vapor de modo que a temperatura da jaqueta caia, o controlador secundário corrige esta varia mais rapidamente que o controlador primário. Controle de Relação de Vazões O objetivo do controle de relação (geralmente de vazões) é regular misturas ou quantidades estequiométricas em proporções fixas e definidas. Fig. 6.10. Diagrama de blocos do controle de relação Fig. 6.11. Controle de relação com divisor Fig. 6.12. Controle de relação com divisor TE Saída Vapor Produto Condensado TT SP TC TT1 TE1 Saída Vapor Produto Condensado SP TC1 TC2 TT2 SP TE2 Jaqueta FT2 FT1 : FFC vazão não controlada vazão controlada SP B A FT2 FT1 x FFC vazão não controlada vazão controlada SP B A Controlador Processo Σ K e r = ky c = x y m Simbolismo do Controle Multivariável 61 Blending é uma forma comum de controle de relação envolvendo a mistura de vários produtos, todos em proporções definidas. A Fig. 6.9 mostra o diagrama de blocos do conceito de controle de relação. A álgebra é feita fora do controlador para evitar problemas de ganho e, como conseqüência, de estabilidade. As Fig. 6.10 e 6.11 são diagramas mais comuns e já orientados para controle. É interessante notar que o mesmo controle pode ser feito por equipamentos diferentes. Por exemplo, pode-se fazer a relação através de um multiplicador ou de um divisor (que é o inverso). Porém isso é fácil de entender, a partir do conceito de relação das variáveis. O objetivo do controle de relação é ter uma relação controlada fixa entre as quantidades de duas substâncias, como r B A = Assim, é possível se ter A = r B ou então A r 1B = No controle de relação de duas vazões, uma vazão necessariamente deve variar livremente e a outra é manipulada. Quando se tem o controle de relação de várias (n) vazões, uma delas deve ser livre e as (n-1) são manipuladas. Enfim, sempre deve haver um grau de liberdade, no mínimo. Os estados operacionais dependem da aplicação. Quando se têm várias malhas, é possível tirar algumas do modo relação e operá-las independentemente. É possível também se manter a relação, mesmo com a malha em manual. Os parâmetros operacionais dependem da aplicação. Os valores monitorados são o ponto de ajuste (relação) e os valores medidos das duas vazões. Fig. 6.13. Balanço de carga FT1 FC FT1 FC FT1 FC FC Σ Simbolismo do Controle Multivariável 62 Balanço de Cargas O objetivo do controle com balanço de carga é permitir a regulação da saída comum (somada) de várias malhas. A Fig. 6.13 é típica. Os estados operacionais são qualquer combinação dos estados normais de operação das malhas individuais. Qualquer malha pode estar em manual e a malha externa ainda tenta manter a vazão total em seu ponto de ajuste. Os parâmetros operacionais são os de todos os controladores, incluindo o controlador mais externo que balanceia a carga. (Isto não quer dizer que todas as combinações são úteis.) Controle de Faixa Dividida O objetivo de estender a faixa é alterar a faixa normal de um elemento da que ele normalmente dispõe, aumentando ou diminuindo-a. Este controle é chamado de split range. Um exemplo de malha expandida é mostrado no diagrama da Fig. 6.15. Tem- se duas válvulas em paralelo. Somente depois da primeira válvula ficar totalmente aberta, a segunda começa a modular. A primeira válvula permanece totalmente aberta enquanto a segunda modula. Este controle é aplicado em aplicações com dois combustíveis, onde o segundo combustível (mais caro) só começa a ser usado depois que a válvula que manipula o combustível mais barato fica totalmente aberta. Outro exemplo de controle com faixa dividida é em controle de temperatura, com dois meios de controle: um para aquecer (vapor) e outro para resfriar (água fria). Também neste caso a saída do controlador vai para as duas válvulas. A de vapor (ar para fechar) opera de 60 a 100 kPa e a de água (ar para abrir) opera de 20 a 60 kPa. Em 60 kPa ambas estão fechadas. No controle de faixa dividida é obrigatório o uso de posicionadores nas válvulas (o que não está mostrado no diagrama). Fig. 6.14. Esquema do controle de faixa dividida Fig. 6.15. Operação da válvula de controle Controle de malhas redundantes O objetivo do controle com malhas redundantes é fornecer controle mesmo quando há falha de uma malha ou fazer controladores operarem em tempos diferentes, através da inclusão de ações de controle ou ajustes de ganho ou em pontos de diferentes, através de diferentes pontos de ajuste. A ação integral torna o controlador mais lento, de modo que um controlador PI é mais lento que um controlador P. A ação derivativa torna o controlador mais rápido, de modo que um controlador PID é mais rápido que um controlador PI. Controlador com ganho grande (banda proporcional estreita) é mais rápido que um com ganho pequeno. Tanque de reação Vapor aquecedor Água refrigerante TC TV-A TV-B 60-100 kPa 20 - 60 kPa Saída do controlador % span Temperatura % span Posição da válvula de vapor Posição da válvula de água 100 0 100 0 fechada aberta fechada fechada fechada aberta 65 7 Simbolismo do Controle Lógico Conceitos de Lógica Em sistemas de controle, a palavra lógica é geralmente usada tem termos de relé lógico ou lógica de controlador programável, o que não é muito lógico. O termo lógico está geralmente associado com o conceito de binário, que significa possuir um de apenas dois estados possíveis, tais como liga-desliga, aceso- apagado, alto-baixo, verdadeiro-falso, presente-ausente, maior-menor, igual- diferente ou 1-0. A palavra lógica se refere a um sistema que obedece a um conjunto fixo de regras e sempre apresenta o mesmo conjunto de saídas para o mesmo conjunto de entradas, embora estas respostas possam ser modificadas por alguma condição interna, como o estado de uma saída de um temporizador ou contador. A lógica sempre trabalha com as combinações de E (AND), OU (OR), NÃO (NOT) e nunca com TALVEZ. Lógica de relé, lógica binária e programas No início, a lógica de relé foi usada para o simples intertravamento de circuitos de controle elétrico. Se a corrente de um motor exceder um determinado valor pré- estabelecido, ele deve ser desligado. Se o aquecedor elétrico ultrapassar determinada temperatura, ele deve ser desligado. Se uma correia de esteira estiver rodando com uma extremidade fora, ela deve ser parada. Para um dado conjunto de entradas, uma decisão deve ser feira e uma ação tomada. Lógica Combinatória ou Seqüencial Geralmente, tenta-se distinguir binário, acionado por evento e lógica instantânea de lógica seqüencial. Isto está mais relacionado com as dificuldades associadas em representar a lógica seqüencial do que com as diferenças reais. Não há nenhum problema prático em considerar equivalentes todos os conceitos acima. A lógica seqüencial foi manipulada menos satisfatoriamente no passado do que a lógica combinatória. A lógica seqüência é geralmente representada de um modo que requer muito mais conhecimento técnico por parte do leitor não técnico que deve analisar o documento. Foi desenvolvida uma metodologia mais simples que mudou estes conceitos. O IEC publicou a norma 848 (Preparação das Cartas Funcionais para Sistemas de Controle, 1988). Os diagramas lógicos binários são usados para tentar tornar o trabalho mais fácil, para fazê-lo menos dependente do conhecimento do equipamento específico e para fazê-lo mais funcional na orientação. Lógica CLP O controlador lógico programável (CLP) atualmente substitui os sistemas complexos de relés. Suas vantagens são: 1. Ocupação de menor espaço 2. Custo menor para sistemas grandes 3. Facilidade de modificação da lógica O CLP é freqüentemente programado emulando diagramas ladder de relés, pois estes diagramas são facilmente entendidos por muitas pessoas não instrumentistas. O problema que permanece é que o Simbolismo do Controle Lógico 66 diagrama ladder é orientado para equipamento e requer um conhecimento de circuito elétrico. A diagramação lógica binária é uma tentativa de reduzir a lógica complexa que existe entre as entradas e saídas de um sistema para a representação mais simples possível. Uma grande vantagem do diagrama lógico binário sobre o diagrama ladder é a facilidade com que a lógica binária pode ser combinada com uma representação do processo sendo controlado, que dá um entendimento mais claro da ligação entre o controle do processo e sua lógica. Mesmo que o CLP seja programado através dos símbolos do diagrama ladder, é ainda mais fácil trabalhar e entender o esquema básico representado por lógica binária. Conceituação e Execução Há uma sutil mas importante diferença entre as duas fases que devem ser consideradas para se ter um esquema de controle trabalhável envolvendo lógica binária. A primeira fase é comum a todo o equipamento e a segunda depende muito mais do equipamento específico usado. A primeira fase responde a pergunta: O que precisa ser feita para determinado processo? A segunda fase responde a questão: Sabido o que deve ser feito, como fazê-lo? Quebrando o projeto nestas duas fases, O que fazer? e Como fazer?, as coisas andam mais facilmente. O problema pode ser claramente definido sem a restrição da necessidade do conhecimento detalhado do equipamento disponível. O projeto pode ser discutido entre pessoas que podem conhecer o problema mas que podem ter diferentes graus de conhecimento do equipamento (e programa) disponível para sua solução. Quando o projeto é dividido em suas partes componentes deste modo mais ou menos abstrato, o problema e sua solução pode ser conceitualizada, o equipamento pode ser escolhido e a solução pode ser executada mais eficientemente. A primeira fase é a conceitualização. Como o objetivo é conceber esquemas de controle que envolvam um processo, lógica para controlar este processo e a interface de operação que permita ao operador intervir a qualquer momento no processo, é razoável incluir estes elementos em um desenho ou esquema conceitual. A segunda fase, execução, envolve detalhes de execução ou instruções para um CLP. Este fase requer o conhecimento apenas das entradas imediatas e não das condições que as geram. Nesta fase, é razoável eliminar muitos detalhes irrelevantes associados com o processo ou com a interface do operador. Tipos de documentos Quando se vai do conceito para a execução, pode-se perceber que, no mínimo, dois tipos de documentos são necessários. O documento de execução é geralmente o único que é visto formalmente. O documento de conceito existe, como um esquema de engenharia ou como uma tentativa de combiná-lo com o diagrama de fluxo de engenharia. Para lógica complexa, o documento conceitual é completamente insatisfatório. Muita confusão seria evitada se o documento conceitual fosse um desenho formal. Na realidade, mais do que estes dois tipos de documentos estão envolvidos, quando de vai do conceito para a execução. Usualmente, o processo de conceitualização começa com o diagrama de fluxo do processo. Neste tempo, uma descrição geral, resumida, narrativa esquematiza o processo, o que é para ser feito e as necessidades da interface do operador. Quando o diagrama de fluxo do processo é desenvolvido, no mínimo, as entradas e saídas são definidas. Assim que as entradas e saídas do processo estão definidas, o documento lógico conceitual pode ser desenvolvido. Depois de aprovado o documento conceitual, pode-se começar a fazer os documentos de execução. Pode-se ir diretamente do documento lógico conceitual para um diagrama ladder, como o documento final de execução para relé ou CLP. Porém, em sistemas grandes e complexos, é recomendável ter um documento intermediário que seja entendido por aqueles que não necessariamente entendem os detalhes do Simbolismo do Controle Lógico 67 diagrama ladder. Este documento pode também ser usado para verificação (ckeckout), pois ele mostra toda a lógica interna e simboliza todas as entradas e saídas sem os detalhes irrelevantes do processo ou da interface do operador. O documento final de execução geralmente é o diagrama ladder, utilizado em sistema com relé ou com CLP. No caso de CLP, ele pode ser gerado por um programa associado (p. ex., PGM, Reliance) Documentos lógicos conceituais O documento lógico conceitual tenta responder a questão: Como se consegue ir até lá daqui? Um diagrama de fluxo de engenharia (P&I) não é uma ferramenta adequada para fins de lógica. Também, o diagrama ladder é muito especializado para fins de conceitualização. Assim, a maior utilidade do diagrama conceitual é como uma ferramenta que permite ao projetista lógico raciocinar através do processo presente sem muita consideração acerca das especificações finais do equipamento a ser usado para executar a lógica. Há três divisões básicas no documento lógico conceitual: 1. desenho do processo sendo controlado sem entrar em detalhes que são irrelevantes para o controle deste processo 2. desenho da lógica 3. desenho da interface do operador, desde que nada é totalmente automatizado e tudo requer a intervenção eventual do operador. Os símbolos lógicos básicos são ferramentas extremamente úteis. Os símbolos podem ser usados para desenvolver e representar a lógica muito complexa de um modo entendível. Portas Lógicas Embora as chaves e os reles sejam dispositivos digitais, o termo lógica digital é reservado para circuitos que usam componentes a estado solido, conhecidos como portas. As portas lógicas básicas são: 1. OR (também OR EXCLUSIVO) 2. AND 3. NOR 4. NAND 5. INVERSOR Porta OR A porta OR possui duas ou mais entradas e uma única saída. As entradas são designadas por A, B, ... N e a saída por L. As entradas podem assumir só 0 ou 1. A expressão para o OR é: A + B = L A saída de uma porta OR assume o estado 1 se uma ou mais entradas assume o estado 1. A saída do OR é 1 se alguma das entrada for 1. Símbolos Os símbolos MIL, NEMA e ANSI são: Fig. 7.1.Símbolos da porta OR Tabela verdade Tabela verdade 0R para duas entradas A B L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 MIL NEMA OR ANSI Simbolismo do Controle Lógico 70 Porta NOR NOR é a porta oposta a OR. Quando todas as entradas são 0, a saída é 1. A equação do NOR é LBA =+ ou LBA =× Símbolo: Fig. 7.11. Símbolos da porta NOR Tabela Verdade A B OR NOR 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 Circuito equivalente O circuito equivalente da porta NOR com relé é mostrado abaixo. Fig. 7.12. Circuito equivalente a NOR Exemplos lógicos Circuito retentivo Um dos circuitos lógicos mais comuns é o circuito retentivo (hold) para motores elétricos (Fig. 7.13). A figura mostra a divisão do diagrama em três áreas: painel (display), lógica e campo (outras áreas também poderiam ser adicionadas, como área do painel cego). O botão PARTIDA (HMS 500) envia um sinal para a porta OR, que passa qualquer sinal recebido. O sinal vai para uma porta AND, que produz uma saída somente quando todas as entradas estão presentes. Como a botoeira PARADA (HMS 501) não está sendo apertada, a porta NOT inverte o sinal zero para um sinal positivo, satisfazendo a porta AND e uma saída é produzida. A saída de AND vai para o motor e volta para a entrada da porta OR para manter a lógica, mesmo quando o botão PARTIDA deixa de ser pressionado. Quando o botão PARADA é apertado, a porta NOT inverte o sinal positivo, de modo que a porta AND não seja mais atendida e o circuito retentivo é desligado. Note-se que são usadas muitas palavras para descrever um sistema simples que pode ser facilmente representado por poucos símbolos conhecidos. Note, também, que todos os símbolos lógicos estão representados na figura. Está mostrada a lógica do processo, não a proteção do equipamento. Assim, o relé de sobrecarga, relé termal e outros dispositivos de intertravamento não estão mostrados, embora pudessem ser também representados. Deve-se notar ainda que parece que o motor recebe sua potência da lógica. Isto obviamente não ocorre, mas a representação é simples e não diminui o entendimento do circuito. MIL NEMA OR ANSI A B A B L Simbolismo do Controle Lógico 71 Fig. 7.13. Circuito retentivo Funções de campo O exemplo da Fig. 7.14 é mais complexo. É mostrado como o circuito retentivo básico pode ser expandido quando entradas de campo e saídas paralelas devem ser consideradas. Descrição do processo O processo envolve a evacuação do equipamento por uma bomba, que pode estar sob uma pressão maior do que a especificação da caixa da bomba. A bomba de vácuo tem dois níveis de proteção: 1. proteção principal fornecida pela PSV 2. proteção secundária dada pela PSL, que evita a operação desnecessária da PSV. O circuito retentivo da válvula de bloqueio tem uma entrada permissiva da PSL, após um atraso de tempo, para evitar ação devida a sinais espúrios. O circuito retentivo da bomba de vácuo tem uma saída paralela para a válvula solenóide de água de selo. A lógica da figura é positiva. A PSL coloca um sinal positivo (lógica 1) quando a pressão da linha estiver abaixo de determinada pressão (1 psig). As botoeiras PARADA tem saídas positivas somente quando pressionadas. Seu estado normal é uma lógica 0. Não importa se os contatos são normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF), pois isso poderia distrair o projetista cujo problema é conceituar a lógica de controle do processo. Como a válvula de bloqueio falha fechada (ar-para-abrir), um sinal positivo a abre. Um sinal positivo inicializa o motor da bomba de vácuo e abre a válvula solenóide de falha fechada. O exemplo também mostra como as lâmpadas piloto podem ser representadas como uma interface do operador. As botoeiras também pertencem à interface de operação. HMS 501 HM S OR A PA IN EL LÓ GI CA C A M P NOT Simbolismo do Controle Lógico 72 Fig. 7.14. Funções de campo P A IN E L LÓ G IC A C A M P O T OR A HMS 504 HMS 503 PLL 108 ZLL 220 YL 402 PSL 108 YV 322 <1 psig ZSL 220 PSV 109 OR A HMS 506 HMS 505 S NOT NOT Simbolismo do Controle Lógico 75 O único conhecimento necessário do gerador de rampa é que 1. tal dispositivo existe, 2. ele possui entradas binárias para governar as inclinações e sentidos da rampa e do patamar 3. ele possui saída analógica 4. geralmente é montado no painel 5. pode ser realizado por instrumento, software ou firmware de sistemas O sinal binário marcado RAMP 1 faz a saída do gerador de rampa aumentar em uma taxa definida pela primeira parte do perfil de temperatura da Fig. 7.9. Quando se atinge o primeiro ponto do patamar, a chave XS 1A inicializa o primeiro período de patamar através do temporizador T1. Isto é feito através de um AND que se habilita somente quando o temporizador for inicializado mas ainda não terminou o tempo ajustado. Quando o temporizador acaba o tempo, o HOLD é removido pela porta NOT e é dado o comando para a RAMP 2. O comando RAMP 2 causa uma seqüência similar de eventos, embora a inclinação da rampa seja diferente. O segundo patamar é atingido quando XS 1B aciona o comando HOLD e governa sua duração através de T2. Quando o temporizador T2 expira, o comando RAMP 3 faz a porção negativa do perfil de temperatura ser seguido, baixando até atingir o valor ajustado por XS 1C. O objetivo do temporizador T3 é o de inibir o sinal OFF de XS 1C, que ocorre no começo de cada ciclo. Ele deve desligar o agitador somente durante a rampa descendente. Quando o agitador é desligado, os sinais de permissão para as portas PARTIDA PROCEDIMENTO são removidos, as solenóides são desenergizadas de modo que o fluido de resfriamento circula na jaqueta e o comando HOLD é enviado para o gerador de rampa através do sinal RAMP 1 invertido. As combinações AND-NOT-OR presentes em cada comando RAMP garantem que apenas um sinal está presente, em determinado momento. Elas também inibem estes sinais durante os períodos de HOLD. Esvaziamento A próxima fase é o esvaziamento do reator. Pode-se ver da lógica abaixo de HS 10 que o reator pode ser esvaziado completamente quando HS 10 estiver na posição MANUAL. Quando em AUTO, o esvaziamento depende de: 1. válvulas de entrada fechadas 2. sinal OFF enviado para o agitador no final da fase PROCEDIMENTO 3. LSL 1 não atuado O sinal OFF do agitador da lógica do gerador de rampa inicializa a fase de esvaziamento e o sinal de LSL 1 (quando o nível baixo do reator é atingido) o termina. Todas as condições lógicas são agora resetadas pelos comandos do operador para recomeçar nova batelada. Fig. 7.15. Perfil do ciclo de temperatura Te m pe ra tu ra Tempo RAMP 3 HOLD RAMP 2 HOLD RAMP 1 Simbolismo do Controle Lógico 76 Fig. 7.16. Seqüência de enchimento do vaso Simbolismo do Controle Lógico 77 Fig. 7.17. Seqüência do procedimento Simbolismo do Controle Lógico 80 Fig. 7.20. Combinações de comandos ou ações 18 Status continua somente para a duração do passo 18 Condição d Comando A Começa e contínua B 20 D Comando C D = 5 s Comando C, dados 5 s no passo 20, removido ao final do passo 20 21 L Comando D L = 8 s Comando D, dado somente para primeiros 8 s do passo 21 22 DS Comando E D = 5 s Comando E é atrasado 5 s e armazenado. Se ocorrer transição antes 5 s, comando não será ativado 23 SD Comando F D = 5 s Comando F é primeiro armazenado e depois atrasado. Se a transição h ocorrer, o comando ainda será executado 19 Condição c S Partida da ação B c d e f g h Simbolismo do Controle Lógico 81 Fig. 7.21. Comandos condicionais Ação equivalente ocorre somente quando d estiver presente 24 SC Ação B se d 24 SC Ação B se d d 24 SC Ação d Ação começa com d mas depois permanece Simbolismo do Controle Lógico 82 Fig. 7.22. Condições transitórias HMS 102 HMS 101 Partida Condições transitórias podem ser representadas por declarações textuais, expressões booleanas ou símbolos gráficos 01 02 S Ligar motor Parada 01 02 03 P > 250 kPa SC Ligar bomba óleo lubrificante SC Partir motor Partida • Condições • Outras Simbolismo do Controle Lógico 85 Documentos de execução O objetivo de um diagrama lógico conceitual é para resolver o problema de como controlar um processo; o objetivo de um diagrama lógico de execução é para realizar a solução. A lógica conceitual já foi discutida, a lógica de execução será vista agora. Um documento lógico de execução é qualquer documento tomado como ferramenta para ter as instruções realizadas, por outros projetistas ou engenheiros ou programadores. Exemplo de documento de execução é a norma ANSI/ISA S5.2, Diagramas Lógicos para Operações de Processo, pois ele trata apenas de entradas, saídas e lógica. Ele é removido do processo, pois nenhum processo é esquematizado. A normas ANSI/IEEE STD 91 (1984): Graphic Symbols for Logic Diagrams é outro exemplo de documento de execução. Como este trabalho é orientado para aplicação de processo, ele assume que o grau de detalhe presente em ANSI/ISA S5.2 é mais do que adequado para projetistas e engenheiros de aplicação. O pessoal orientado para aplicação precisa entender o processo e as funções de caixas pretas aplicadas ao problema do controle de processo, eles não precisam abrir as caixas pretas. ANSI/ISA S5.2: Diagrama lógico binário para operações de processo Esta norma tem o objetivo de fornecer um método de diagramação lógica de sistemas de intertravamento binário e sequenciamento para a partida, operação, alarme e desligamento de equipamento e processos na indústria química, petroquímica, refino de metal e outras indústrias. A norma pretende facilitar o entendimento das operações binárias e melhorar as comunicações entre técnicos, gerentes, projetistas, operadores e pessoal de manutenção ligados ao sistema. Entre a documentação conceitual e a de execução, o pessoal de gerenciamento e operação acha maior utilidade na conceitual do que na de execução, pois a ligação com o processo é mais explícita. As diferenças básicas entre os diagramas de conceituação e de execução são: 1. O diagrama conceitual tem uma orientação vertical, pois o processo é usualmente visto operando horizontalmente e as linhas de sinal são melhor mostradas perpendiculares ao processo. O diagrama de execução geralmente tem orientação horizontal, quase como um diagrama ladder (escada) e possivelmente porque a lógica é seguida seqüencialmente sem muita ligação com o processo. 2. O desenho conceitual é melhor desenhado em tamanho grande, enquanto o desenho lógico de execução é feito em folhas de tamanho A4 ou carga. O formato grande ajuda a visualizacao de todo o panorama, o formato pequeno é melhor de ser manuseado e na lógica não há interesse em se ver o processo global. 3. As portas lógicas são mais fáceis de desenhar. Como a lógica é desenhada usualmente na forma de esquemas à mão livre, é importante que haja um mínimo de linhas, símbolos e letras usadas. Diagrama lógico Antes de se desenvolver um diagrama lógico, deve se ter um diagrama de fluxo. A Fig. 7.4. é um diagrama de fluxo de processo. Deve se ter também uma breve descrição narrativa, ponto por ponto, do objetivo do projetista. Então segue se o diagrama lógico. A Fig. 7.15 é um diagrama lógico associado com o diagrama de fluxo da Fig. 7.14. O diagrama mostra muitos símbolos binários lógicos para operação do processo. Os símbolos de função de entrada e saída são os balões e bandeiroladas dos instrumentos da norma ANSI/ISA S 5.1. As declarações de entradas e saída são interpostas entre os balões ou bandeirolas e as setas de continuação e a lógica levam de um desenho lógico para outro. A lógica flui da esquerda para a direita. As setas usados Simbolismo do Controle Lógico 86 somente onde necessário para melhor entendimento do fluxo de sinal. Fig. 7.25 Exemplo de diagrama de fluxo Aqui estão os principais pontos referentes à apresentação lógica como mostrado na Fig. 7.26. 1. Os desenhos são mais fáceis de seguir se todas as entradas são mostradas na esquerda e todas as saídas na direita. As funções lógicas são mostradas no meio. 2. Embora as chaves de posição ZSH e ZSL sejam atuadas pelas válvulas HV1 e HV2, as chaves estão na entrada para a lógica e as válvulas estão na saída. Elas podem ser ligadas fisicamente, mas na lógica as chaves são desenhadas na esquerda como entradas e as válvulas são desenhadas na direita, como saídas. 3. As chaves NOT devem ser um pouco menores em relação aos balões de instrumentos ou de equipamentos. Não há necessidade de parar a linha lógica em qualquer lado das portas. Na prática, a linha é desenhada e o círculo é desenhado em cima. 4. As botoeiras PARTIDA e PARADA possuem o mesmo tag número, porém elas tem funções totalmente diferentes e devem ser diferenciadas. Se é desejável manter o mesmo número básico porque elas podem estar na mesma caixa, pode se usar um número ou letra como sufixo. Mesmo isto não é absolutamente necessário, porém, desde que a chave pode ser identificada com números diferentes separados por /. 5. Às vezes, é tentador manter o conceito de malhas (HS1, HV1, ZSH1). Isto é geralmente inútil, pois, na prática, é raramente possível ser mantido. Além disso é errado pois ANSI/ISA S5.1 requer um novo número de malha para cada nova variável medida ou inicializada. Somente se a malha da variável H e a malha da variável Z forem as duas primeiras malha para usar estas letras e se ter correspondência. 6. A maioria dos sistema de complexidade moderada não tem uma relação biunívoca entre funções de entrada e saída. Quando eles tem, eles seriam sistemas manuais. É melhor encarar a complexidade na saída e dar ao sistema lógica a designação YIC (ou YC). O sistema é, antes de tudo, um controlador de evento. Os elementos de saída similares devem ter sufixos numéricos ou alfabéticos. 7. Embora a lógica seja muito abstrata, as ligações dela devem ser concretas. A Fig. 7.14 mostra somente uma única saída física para uma válvula solenóide de três vias. A ligação para a lógica deve refletir isto. Não há função de saída para válvula fechada. Para fechar a válvula, o sinal abrir válvula é removido. São necessárias duas saídas somente quando houver duas solenóides. Como o diagrama lógico é documento de execução, é preferível usar a identificação dos equipamentos ligados (i.e., válvulas solenóides, não as válvulas de linha) e observar os modos de falha dos equipamentos ligados. Simbolismo do Controle Lógico 87 Fig. 7.26. Diagrama lógico típico Recomenda-se observar os modos de falha segura. Não é aconselhável se ter válvula de enchimento com falha aberta, porque é improvável. Também não se deve usar nível lógico alto para desenergizar solenóides pois isto é confuso. Elementos lógicos A Fig. 7.16 dá símbolos e funções de funções lógicas básicas. Aqui estão mais algumas recomendações úteis para um bom projeto. Geral Não usar palavras quando símbolos e identificadores estiverem disponíveis. Quando usar palavras, fazê-lo do modo mais conciso possível. Mesmo quando o número de tag não for disponível, a parte do identificador deve ser usada para evitar uma descrição narrativa. Função entrada Se as linhas lógicas forem diretamente a uma saída chamada de Partida da Esteira, então as palavras devem ser omitidas, especialmente se HS é substituída por HMS (chave manual momentânea ou botoeira). Se não, então as palavras Partida da Esteira (uma sobre a outra) economizam espaço horizontal e, junto com HMS, contem toda a informação necessária sem redundância. Função saída Quando houver uma escolha entre palavras e símbolos, escolher símbolos ou uma combinação de símbolos com um breve estado da saída. Há um impacto muito maior no reconhecimento de paradigmas quando se escolhe esta alternativa A primeira letra (H) deve ser usada somente se há uma ligação direta com uma chave manual. Se não, é recomendável tratar a lógica como um sistema e usar Y para evento ou K para tempo, dependendo se a lógica é orientada para evento ou para tempo. Nestes casos, todas as saídas devem ter o mesmo número de malha e sufixos diferentes. Função AND As palavras nas entradas e saída simplesmente ajudam a ligar o símbolo à definição. Lógica é a arte de fazer identificações não contraditórias, não importa se com tanques, válvulas ou bombas. As duas entradas projetam mais informação de modo mais específico se forem usados balões com os identificadores funcionais LSH e ZSH. Quando for necessário identificar equipamentos (tanques, válvulas ou bombas), deve se usar os identificadores T-1, HV-2 e P-3, se existirem. Se não, deve-se usar palavras especificas, tais como tanque de mistura, bomba de sucção de óleo, válvula da descarga do compressor. A saída é também não específica. Quando se sabe que um relé específico é atuado para partir a bomba, então um balão com o tag número do relé deve ser usado, p. ex., YY6. Função OR Muitas pessoas se sentem desconfortáveis se uma saída positiva tem de ocorrer para desligar uma máquina. Na ausência de um comando positivo, o Simbolismo do Controle Lógico 90 Função Símbolo Exemplo (5) OR Qualificado * Detalhes internos representam quantidades numéricas (ver abaixo) Saída lógica D existe se e somente se um número especificado de entradas lógicas A, B e C existirem. Os seguintes símbolos matemáticos podem ser usados, quando apropriado: a. = igual a b. ≠ não igual a c. < menor que d. > maior que e < não menor que f > não maior que g ≤ menor ou igual a (como f) h ≥ maior ou igual a (como e) Exemplo 1 Operar misturador se dois e somente duas caixas estiverem em serviço Exemplo 2 Parar reator se pelo menos dois dispositivos de segurança solicitarem a parada Exemplo 3 Fazer alimentação se, no mínimo um e não mais que 2 moedores estiver em serviço. Fig. 7.28. Símbolos lógicos ISA (continuação) C B A D* Dispositivo 2 atuado Dispositivo 3 atuado Dispositivo 1 atuado Parar Reação <2 Dispositivo 4 atuado Dispositivo 5 atuado Caixa 2 em serviço Caixa 3 em serviço Caixa 4 em serviço Operar Misturador Caixa 1 em serviço =2 Moinho 3 em serviço Moinho 1 em serviço Operar Alimentador ≥1 >2 Moinho 2 em serviço Simbolismo do Controle Lógico 91 Função Símbolo Exemplo (6) NOT Saída lógica B existe se e somente se a entrada A não existir. Fechar válvula HV-7 quando nível do tanque T-3 não estiver alto e a bomba P-4 não estiver operando Alternativa de lógica Fig. 7.29. Símbolos lógicos ISA (continuação) Nota Tabela verdade para mostrar equivalência Entradas Saída Caso 1 Caso 2 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 Uma lógica 1 implica a existência de uma entrada ou saída e uma lógica 0 é a ausência de um sinal. Função NOT A função NOT mostra a equivalência entre uma porta AND com portas NOT em suas entradas e uma porta OR com um único NOT em sua saída. B A B Nível T-3 alto Fechar válvula LSH 12 P-3 operando YSH 1 A HV 7 Nível T-3 alto Fechar válvula LSH 12 P-3 operando YSH 1 OR HV 7 HV 7 HV 7 HV 7 Simbolismo do Controle Lógico 92 Função Símbolo Exemplo (7) Memória (Flip flop) *A saída D não precisa ser mostrada, quando não usada Opção de superposição de entrada Se as entradas A e B existirem simultaneamente e se é desejado ter A superpondo B, então S deve ser envolvida em um circulo S .Se B é para superpor A, então R deve ser envolvido por um circulo. R Note que a entrada B se sobrepõe à entrada A S representa set da memória R representa reset da memória A saída lógica C existe tão logo exista a entrada A. C contínua a existir, independente do estado subseqüente de A, até ser resetada pela entrada lógica B. C permanece terminado, independente do estado subseqüente de B, até que a lógica seja resetada por A. A saída lógica D, se usada, existe quando C não existe e D não existe quando C existe. Exemplo Se pressão do tanque T-16 fica alta, abrir o tanque PV-38 para a atmosfera (vent) e continuar ventando independente da pressão, até que a válvula seja fechada por HS-3, desde que a pressão não seja alta. Quando o vent for desligado, a bomba P-7 deve ser ligada. Fig. 7.30. Símbolos lógicos ISA de memória Tabela verdade mostrando a necessidade de override: Entradas Saídas A B C D 1 1 * * 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 ** ** 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 ** ** * Indefinido ** Determinado pelo último sinal de entrada D* C C B A S R D C C B A S R Partir P-7 S R Abrir válvula PV 38 Reset sistema Pressão alta T-16 PSH 38 HS 3 95 8 Diagramas de Malha Introdução Alguns técnicos (geralmente da área de projeto) questionam os méritos dos diagramas de malha, negando sua utilidade, argumentando que a informação contida neles poderia ser encontrada em outros documentos, como nos diagramas de fluxo de engenharia e nos diagramas de fiação. A grande importância dos Diagramas de Malha é para o pessoal de manutenção, que necessita de uma descrição pictural, rápida, conveniente e exata do que especificamente uma malha contém. Na realidade, o pessoal de manutenção geralmente quer mais detalhes no diagrama de malha do que o projetista pensa ser necessário. O objetivo do Diagrama de Malha é mostrar todos os detalhes de uma malha de instrumento que o técnico de instrumento de campo requer para verificar e fazer pesquisa de defeito (troubleshooting) na malha. O diagrama de malha é tão considerado um documento de manutenção que muitas companhias insistem em colocar os dados de calibração nele. Esta prática vai contra a regra de não colocar uma pedaço de informação em mais de um lugar. Os dados de calibração devem ser colocados na folha de dados do instrumento. Embora sejam parecidos, o diagrama de malha não é o diagrama de fiação. O diagrama de malha mostra ao instrumentista todas as interligações de uma malha de um modo claro e simples. O diagrama de fiação é útil para o instrumentista que precisa saber em que terminal ligar determinado cabo elétrico. O diagrama de malha não é usado para instalação, mas pode ser usado para verificar a instalação. Ele pode ser a base para desenvolver os desenhos e listas de cabeamento. O diagrama de malha é uma forma de diagrama de blocos que mostra os locais gerais dos instrumentos: painel, console, sala de controle, painel cego e campo. Os instrumentos são identificados por tag número e os fios e tubos de interligação são identificados especificamente como terminais e pontos de terminação. O diagrama de malha só pode ser completado após a escolha dos instrumentos, usualmente depois do recebimento dos dados do vendedor. Por isso ele não é um documento conceitual de projeto, mas um registro do que foi realmente projetado. O diagrama de malha mostra somente os instrumentos principais na malha e não mostra o processo. Uma folha de legenda deve acompanhar o diagrama de malha. Não é necessário inventar nenhum símbolo novo de instrumentação ou de elétrica. Geralmente, os diagramas de malha são repetitivos e parecidos entre si, o que é muito bom quando se usa computador para fazer os desenhos. 96 Conteúdo do Diagrama de Malha O titulo deve ser descritivo, porém simples. Notas suplementares podem ser adicionadas para descrever somente o que não evidente dos símbolos. Superposições, intertravamentos, pontos de ajuste automáticos (cascateados), desligamento e circuitos de desligamento (shutdown) podem requerer breves notas. Devem ser fornecidos os números dos terminais, identificação da fiação e tubos por número e cor, se necessário. As caixas de passagem e terminais devem ser identificadas. Onde houver mudança na continuidade do circuito (qualquer tipo de terminação), deve haver um símbolo de identificação que ajude na verificação e pesquisa de defeitos. Os locais são normalmente mostrados dividindo-se o desenho em seções, p. ex., sala de controle, painel cego e campo. As fontes de alimentação elétrica e pneumática devem ser identificadas especificamente. O nível de potência e número de circuitos são informações úteis. Não conteúdo do diagrama de malha Porém não deve aparecer no diagrama de malha: 1. Outras referências de desenho a não ser as de continuação de desenho (esta informação deve estar no Índice de Instrumentos) 2. Informação de localização (já está no diagrama de localização) 3. Informação do fabricante (está nas folhas de dados) 4. Informação de calibração (está nas folhas de dados) Deve-se sempre evitar a tendência de querer colocar as informações acima no diagrama de malha, pois estas informações devem estar contidas em outros documentos e é desastroso quando se faz a revisão de uma informação em um documento e não o faz em outro. Folha de Legenda Como sempre, uma folha de legenda deve acompanhar um conjunto de diagramas de malha. A folhe de legenda serve como uma referência rápida e define as exceções da norma ou os casos especiais. A Fig. 8.1 é um exemplo de uma folha de legenda para diagramas de malha. Ela não é completa e pode ser expandida com as especificações de cada conjunto de diagramas de malha que ela representa. Uma definição importante que deve estar na folha de legenda se refere aos símbolos de linhas. Alguns projetistas preferem seguir rigorosamente a norma ISA S5.1, colocando as linhas elétricas pontilhadas. Outros usam linhas contínuas, que são mais fáceis de desenhar e seguir, desde que já está subentendido que todas as linhas são elétricas. Diagramas de Malha 97 Fig. 8.1. Diagrama de malha de instrumentos, folha de legenda Fontes de alimentação XXX Identificação para conjunto de terminação ou caixa de junção 1 2 3 4 5 Identificação da conexão Terminais de Instrumentos Símbolo de terminal genérico 1 2 3 4 5 1 2 FIC 100 N TR 105 H G ES, 115 V, 60 Hz S WT 103 HS, 300 kPa S TT 120 AS, 120 kPa • Usar designações ISA para instrumentos • Usar designações dos fabricantes para terminais Linhas de sinal Nestes diagramas de malha, todas as linhas são sólidas, exceto as linhas dos blocos de configuração que seguem a convenção da ANSI- ISA SP 5.1. Alimentação ES Alimentação elétrica AS Alimentação pneumática HS Alimentação hidráulica S Conexão de suprimento I Entrada O Saída Onde necessário, por clareza