Documentação de
Instrumentação
Aplicação de Símbolos e Identificação
2a edição
Marco Antônio Ribeiro
VI
4
VXT
A
VYT
B
VXE
A
VYE
B
VI
5
VZT
A
VZE
A
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
Dedicado a Andréa Conceição, quem muito me ensina
Instrumentação, de modo simples e direto
Prefácio
A Instrumentação é um assunto que interessa e é tratada por pessoas com
interesses e formações técnicas muito diferentes. O especialista de instrumentação
é chamado indistintamente de Engenheiro de Sistema de Controle, Engenheiro de
Instrumentação e Controle, Engenheiro de Instrumento e mais recentemente,
Engenheiro de Automação.
Não apenas o engenheiro e técnico de instrumentação estão interessados neste
assunto, mas também projetistas, operadores, pessoal de compra, almoxarife e
especialista em informática. Quando todas estas pessoas querem ou precisam se
comunicar entre si para discutir instrumentação e controle é necessário haver um
meio de comunicação que seja entendido por todos. No exercício de suas várias e
variadas funções eles utilizam símbolos e códigos de identificação como meio de
comunicação. Para haver um entendimento completo, sem ambigüidade, lacunas e
discordâncias, todos devem usar as mesmas ferramentas gráficas, que embora
simplificadas consigam conceituar as idéias iniciais de engenharia. Estas
ferramentas são essenciais ao processo criativo, ao desenvolvimento lógico dos
conceitos de medição, controle e automação e para a comunicação destes conceitos
entre todos os envolvidos.
O objetivo deste trabalho é o de apresentar o simbolismo e a identificação da
instrumentação e dos equipamentos associados e especialistas e leigos do assunto.
Espera-se que seja usado para ajudar qualquer pessoa interessada a encontrar as
ferramentas necessárias para a execução de seu trabalho relacionado com a
instrumentação.
Este livro é o resultado de um curso ministrado pelo autor na Petrobrás, FafenBA.
Sugestões e críticas destrutivas são benvidas, no endereço: Rua Carmem
Miranda 52, A 903, CEP 41820-230, Fone (071) 359-3195 e Fax (071) 359-3058 e
no e-mail: [email protected]
Marco Antônio Ribeiro
Salvador, Verão 2003
4
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.
5
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
6
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
7
Ferramentas de Comunicação
considerados como documentos, desde
que todos são usados para expressar
informação.
Continuidade de conceito
Em projeto e em engenharia é comum
proceder do geral para o especifico: um
conceito geral, esquemas, diagramas mais
detalhados, especificações narrativas,
folhas de dados individuais. Deve haver
uma continuidade de conceito através de
todos os vários estágios do processo de
projeto.
Esta continuidade é evidente em graus
de detalhe: o mesmo conceito, o mesmo
equipamento, a mesma função, mas em
níveis diferentes de detalhes e enfoques.
Estes diferentes níveis de detalhe são
geralmente representados por diferentes
documentos: Diagrama de Fluxo de
Processo, Diagrama de Fluxo de
Engenharia, diagramas de tubulação e
instrumentos, diagramas de malhas, folhas
de especificação de instrumento, detalhes
de instalação. Quando se vai de
documento para outro não se deve alterar
o símbolo do mesmo conceito
radicalmente, pois isso provoca mal
entendidos e atrapalha a comunicação.
Por exemplo, alterar um símbolo circular
para um símbolo quadrado para o mesmo
equipamento ou função em dois
documentos com enfoques diferentes é
uma transição abrupta que deve ser
evitada.
A escolha da documentação
acompanha e pode variar muito, desde
esquemas conceituais simples até
diagramas de sistemas com detalhes
minuciosos (número de terminais de uma
borneira, por exemplo). Quando se move
de um tipo de documento para outro, nesta
escada de detalhes, implica em pequena
modificação de símbolos e identificadores
usados e não uma mudança radical deles.
Linguagem comum
As fontes dos símbolos e dos métodos
de identificação aplicados são usualmente
alguma forma de normas: da companhia,
institucional, nacional ou internacional.
Desde que o principal uso de símbolos e
identificadores é para a comunicação com
outros, são necessárias normas comuns.
As normas ISA, em geral, são as mais
usadas, conhecidas e por isso são a
principal fonte de métodos de simbolismo e
identificação.
As principais normas sobre símbolos e
identificação são as seguintes:
1. ANSI/ISA S5.1 (1984, R1992),
Instrumentation Symbols and
Identification.
2. ANSI/ISA S5.2 (1976, R1992),
Bynary Logic Diagrams for Process
Operations
3. ANSI/ISA S5.3 (1983), Graphic
Symbols for Distributed ControlShared display Instrumentation,
Logic, and Computer Systems
4. ANSI/ISA S5.4 (1991), Instrument
Loop Diagrams
5. ANSI/ISA S5.5 (1986), Graphic
Symbols for Process Displays
Instrumentos e Equipamentos
Este trabalho é dirigido para a aplicação
de símbolos e identificação de
instrumentos. Porém, o instrumentista não
pode desempenhar sua função isolada do
processo e do equipamento associado com
a instrumentação de medição e controle e
este fato justifica e explica a inclusão de
símbolos e identificadores de outros
equipamentos. Assim, por questão de
completude, serão incluídos símbolos de
equipamentos de processo (reatores,
trocadores de calor), tubulações,
equipamentos elétricos (motores,
geradores) e mecânicos (compressores,
bombas).
Símbolos, Identificadores e Palavras
Além dos símbolos e identificadores,
devem ser usadas poucas e escolhidas
palavras. Os símbolos e seus
identificadores associados fornecem a
categoria geral a qual o equipamento
pertence e as palavras fornecem o
qualificador que especifica o equipamento.
Ou seja, a combinação de um símbolo, um
identificador e uma ou duas palavras
criteriosamente escolhidas pode comunicar
um conceito de modo mais claro e explícito
do que apenas símbolos, identificadores ou
palavras isoladas.
8
2
Elementos do Simbolismo
Blocos constituintes
A instrumentação do processo não
existe sem um processo para medir ou
controlar. Muitos instrumentistas se
preocupam tanto com os instrumentos que
esquecem o fato básico que o importante é
a operação do processo. A aplicação da
instrumentação na medição e controle do
processo é o importante, sendo secundário
o trabalho interno dos instrumentos. A
escolha dos símbolos e identificadores se
torna mais fácil com esta consideração.
A aplicação de instrumentação em
medição e controle de processo deve ser o
ponto focal da representação simbólica de
sistemas de medição e controle. A
tecnologia envolvida é secundária.
Simbolização é um processo de
abstração em que as características
salientes de um equipamento ou de uma
função são retratadas por alguma
construção geométrica simples. Este
processo de abstração tem sido difícil para
o entendimento de muitas pessoas, desde
que as funções, até recentemente, tem
sido usualmente associadas com
equipamentos específicos. O controle por
computador e o controle compartilhado
forçam uma aceitação mais fácil do uso de
símbolos para funções que não são
facilmente identificadas com uma única
peça de equipamento. Há porém,
geralmente uma necessidade de pensar
em termos de equipamento e descrever
este equipamento mais especificamente.
Na escolha dos símbolos para
representar idéias, é sensato lembrar que
a pessoa que recebe a comunicação deve
entender os símbolos e não deve ficar
confusa ou irritada com eles, pois neste
caso a transferência de comunicação é
impedida. As normas internacionais da ISA
são uma boa fonte de simbolismo desde
que elas satisfizeram o teste do consenso,
ou seja, elas têm sido usadas com grande
concordância por um grande número de
usuários com enfoques diferentes. Os
símbolos e identificação usados nas
normas devem passar pelo teste do
consenso. Se o usuário não gosta de um
determinado símbolo, antes de inventar um
novo, deve se parar para perguntar se este
símbolo antipático é aceito geralmente
como uma ferramenta de comunicação. Se
for, ele deve mudar sua atitude em relação
ao símbolo e usá-lo; com o tempo ele se
acostumará e passará a aceitar o símbolo.
Fig. 2.1. Governador da máquina de vapor
Fig. 2.2. Válvula de alívio de pressão
9
Elementos do Simbolismo
Fig. 2.3. Instrumento montado no painel de leitura
FT
f(x)
Fig. 2.10. Elemento final SAMA (em desuso)
Figuras geométricas
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
FIC
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.
1
PI
1
Fig. 2.7. Controlador indicador de vazão, eletrônico,
dedicado, montado no painel de leitura
FIC
Fig. 2.11. Circulo como instrumento ou função
1
FV
2
Fig. 2.8. Controlador indicador de vazão, eletrônico,
compartilhado, montado no painel de leitura
Fig. 2.12. Circulo como bandeirola
Fig. 2.9. Válvula de controle com atuador
pneumático
10
Elementos do Simbolismo
FY
FT
3
4
FE
3
Fig. 2.18. Instrumento atrás de painel de leitura
auxiliar
Fig. 2.13. Bandeirola e instrumento
PI
1
P1
TIC
1
1
TIC
2
TY
FY
SIC
1
1
C2
1
C3
WIC
SIC
2
2
R1
Fig. 2.15. Instrumento em painel de leitura
P3
WIC
C1
Fig. 2.14. Instrumento geral
PI
P2
R1
R2
TY
WY
2
2
3
Fig. 2.16. Instrumento em painel cego ou atrás do
painel de leitura
FI
3
Fig. 2.17. Instrumento em 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.
11
Elementos do Simbolismo
S
Fig. 2.20. Instrumento em painel de leitura
Fig. 2.25. Válvula com posicionador
FY
Σ
5
Fig. 2.21. Atuador de pistão, ação simples
Fig. 2.26. Somador (sigma) original
FY
Σ
5
Fig. 2.22. Atuador de pistão, ação dupla
Fig. 2.27. Somador (sigma) dentro de uma caixa
E
P
Σ
Fig. 2.23. Atuador eletropneumático
Fig. 2.28. Somador (sigma) como símbolo de função
X
FIC
2
Fig. 2.24. Atuador não classificado
Fig. 2.29. Símbolo da função controle compartilhado
12
Elementos do Simbolismo
FE
9
FIC
2
Fig. 2.34. Designador de função
Fig. 2.30. Medidor de vazão intrusivo
T
LCV
A combinação de grandes quadrados
(simbolizando funções compartilhadas)
com pequenos quadrados (representando
funções de condicionamento de sinais) é
possível e realizada de diferentes modos.
Pode-se colocar os dois blocos colados
(Fig. 2.33) ou tangenciando em apenas um
ponto (Fig. 2.34).
2
Fig. 2.31. Purgador (válvula controladora de nível)
Grandes quadrados
Com o advento do controle e display
compartilhado, apareceu também a
necessidade de se diferenciar o
instrumento discreto convencional
(dedicado) das funções de controle e
display compartilhadas que fazem o
mesmo trabalho mas que não facilmente
percebidas como pertencentes a um
mesmo invólucro. A solução foi desenhar
um quadrado externo ao circulo que
representava o instrumento (Fig. 2.32).
O circulo simbolizando o instrumento
permanece. Muitos quiseram aboli-lo, mas
outros acham mais confortável manter o
círculo dentro do quadrado.
Triângulos e suas combinações
Combinações de triângulos são usadas
nos símbolos de corpos de válvulas. O
símbolo geral para qualquer tipo de corpo
de válvula é a gravata borboleta formada
por dois triângulos isósceles, com as duas
pontas se tocando.
Os símbolos de válvula angular (Fig.
2.36), válvula de três vias (Fig. 2.37) e de
quatro vias (Fig. 2.38) utilizam triângulos.
O triângulo também aparece na
representação do disco de ruptura (Fig.
2.39). O triângulo dentro de um quadrado
representa medidor de vazão de área
variável (Fig. 2.40).
PIC
2
Fig. 2.35. Símbolo de válvula com atuador
pneumático
Fig. 2.32. Símbolo controle e display compartilhados
FIC
2
Fig. 2.33. Bloco de função
Fig. 2.36. Símbolo de válvula angular
13
Elementos do Simbolismo
Losangos
Losangos são usados para representar
conexões em painéis (Fig. 2.41), purgas de
instrumentos (Fig. 2.42), funções de reset
(Fig. 2.43), símbolos genéricos de intertravamento (Fig. 2.44), portas lógicas simples
em outros desenhos lógicos mais
complexos (Fig. 2.45 e 2.46).
Fig. 2.37. Símbolo de válvula de três vias
C
12
Fig. 2.41. Conexão de borneira de painel
P
Fig. 2.42. Purga
R
Fig. 2.38. Símbolo de válvula de quatro vias
Fig. 2.43. Função reset (rearme)
I
Fig. 2.44. Intertravamento genérico
Fig. 2.39. Disco de ruptura
AND
FI
2
Fig. 2.45. Fig. Porta AND em diagrama de fluxo
Fig. 2.40. Medidor de vazão de área variável
OR
Fig. 2.46. Fig. Porta OR em diagrama de fluxo
14
Elementos do Simbolismo
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. 2.51. Atuador diafragma com dupla ação
Linhas
Fig. 2.47. Retificador ou tranquilizador de vazão
Fig. 2.48. Selo diafragma (químico)
SP manual
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
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.
15
Elementos do Simbolismo
PT
PIC
1
1
FY
FIC
11
11
Fig. 2.52. Linha de sinal não diferenciado
PT
PIC
1
1
Fig. 2.60. Sinal interno do sistema, ligação por
configuração (software)
Fig. 2.53. Linha de sinal pneumático: 20 a 100 kPa
PT
PIC
1
1
Fig. 2.61. Elo (link) mecânico
Fig. 2.54. Linha de sinal eletrônico (menos usada)
PT
PIC
1
1
HS
1
Fig. 2.55. Linha de sinal eletrônico (mais usada)
Fig. 2.61. Sinal de natureza binária subentendido
HS
1
Fig. 2.56. Sinal transmitido por capilar
Fig. 2.62. Sinal de natureza binária especificado
Fig. 2.56. Sinal sônico ou eletromagnético guiado
Fig. 2.56. Sinal sônico ou eletromagnético não
guiado
16
3
Elementos de Identificação
Nomes dos blocos constituintes
Identificação básica: número de tag
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.
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
Número do tag ou
TIC
identificação do instrumento
103
- Identificação funcional
TIC
T 103 - Identificação da malha
- Número da malha
103
- Primeira letra (variável)
T
- Outras letras (funções)
IC
Número de tag
10-PAH-5A
Prefixo opcional
10
Identificação funcional
PAH
10-P 5A Identificação da malha
Variável inicializada
P
Funções
PAH
Número da malha
-5
Sufixo opcional
A
Nota: hífen é opcional como separador
Fig. 3.1. Números de tags
17
Elementos de Identificação
Identificação funcional
A porção alfabética do tag de
identificação fornece a identificação
funcional, enquanto a parte numérica, mais
algum sufixo, torna único o tag de
identificação.
A parte alfabética vem antes da parte
numérica. No início do projeto, pode se ter
apenas a parte alfabética e no fim do
projeto se enumeram as malhas do
sistema.
O código inteiro, por exemplo FIC 101, é
chamado de número de tag ou
identificação do instrumento. A
identificação funcional é uma descrição
resumida do que o instrumento ou função
faz.
A primeira letra é a identificação da
malha e a variável inicializada. A malha
FIC 101 é uma malha de vazão. Todos os
outros componentes desta malha também
terão tag começado com a letra F, por
exemplo FE 101, FY 101, FT 101, FCV
101.
Quando há apenas duas letras no tag
(mínimo possível), a segunda letra
corresponde à função do instrumento. Por
exemplo,
FE – elemento sensor de vazão
FT – transmissor de vazão
FY – condicionador do sinal de vazão
Quando há mais de duas letras a coisa
complica, pois a terceira letra pode ser
modificadora da variável ou modificadora
da função da malha ou a malha possui
mais de uma função. Assim, nos tags:
o D (diferencial) é modificador da
variável pressão
FIC
I e C são letras correspondentes a
Indicação e Controle.
TDAH D (diferencial) é modificador de T
(temperatura) e H (alto) é
modificador de A (alarme
PT
Fig. 3.2. Identificação funcional
A letra S como segunda letra pode ter
dois significados diferentes, ou seja,
PS - chave de pressão (pressostato).
Neste caso S é a função chave (switch).
PSV - válvula de segurança de pressão.
Agora, S é modificadora da variável
pressão, significando segurança (safety).
PT
Fig. 3.3. Identificação específica
Quando em uma mesma malha há dois
tags iguais, por exemplo, dois
condicionadores de sinal em uma malha de
vazão (FY), é necessário usar sufixos para
diferenciar os dois tags. (Fig. 3.4)
PDT
I/P
FY
FIC
FY
2A
2
2B
Fig. 3.3. Necessidade de sufixos
Assim, apenas o bom senso aliado à
experiência pode esclarecer o significado
das letras que excedem às duas mínimas.
A mesma letra pode ser significados
diferentes, dependendo de sua posição
relativa. Assim,
TA - alarme de temperatura
AT - transmissor de análise
18
Elementos de Identificação
A Tab. 3.1 mostra que todas as 26
letras do alfabeto são usadas como
primeira (variáveis) e segunda (função)
letras) e algumas como modificadores da
primeira ou da segunda.
Muitas letras são razoavelmente
específicas, tais como T (temperatura), P
(pressão), A (análise). Aliás, a língua
básica é o inglês e por isso L é nível
(Level) e F é vazão (flow ou fluxo).
Algumas letras tiveram o significado
modificado (revisão de 1984 da norma
ANSI/ISA S5.1), como V que originalmente
era viscosidade e atualmente é Vibração.
Outras podem significar diferentes
variáveis, dependendo do tipo da indústria,
como C para Condutividade (química) ou
Consistência (papel e celulose).
Alguns significados requerem
explicações adicionais. Por exemplo a letra
X é usada para representar uma variável
que não é listada, que ocorre raramente e
na lista de legenda deve ser esclarecido
seu significado e Y é usada para evento,
estado ou presença. Como segunda letra,
Y é usada para uma função a ser definida.
A de análise é muito genérica e inclui
análise química (composição, pH, O2, N2,
viscosidade) e mecânica. É comum se
colocar o tipo de análise ao lado do
símbolo, como índice. (Fig. 3.5)
AIC pH
Tab. 3.3. Outras possíveis combinações
Tag
FO
FRK,
HIK
FX
TJR
LLH
FFR
KQI
QQI
WKIC
HMS
Significado
Orifício de restrição
Estações de controle
Acessórios
Registrador com varredura
Lâmpada piloto
Relação
Indicador de tempo operação
Contador Indicador
Controlador de taxa de perda de
peso
Chave momentânea manual
Numeração da malha
Geralmente são usados dois sistemas
de numeração dentro da norma ANSI/ISA
S5.1: paralelo e serial. Ambos são
similares fundamentalmente. A principal
diferença é que no sistema de numeração
paralelo uma nova seqüência numérica é
começada com cada variável nova medida
ou inicializada e no sistema serial há
somente uma seqüência de numeração.
Muitas pessoas querem codificar os tag
de identificação. A experiência mostra que
o melhor sistema é o mais simples.
Quando se quer codificar, deve-se usar
blocos de números e não se deve inventar
um novo sistema de numeração.
Fig. 3.3. Necessidade de índice
19
Elementos de Identificação
VI
4
Y
VXT
A
VYT
B
VXE
A
VYE
B
Z
X
VI
5
VZT
A
VZE
A
Fig. 3.6. Análise mecânica em três planos, X, Y e Z.
20
Elementos de Identificação
Tabela 3.1. Letras de Identificação
Primeira letra
Variável
Modificador
Letras subsequentes
Função display
Função saída
Modificador
A
Análise (5,19)
Alarme
B
Queimador (Burner)
Escolha (1)
C
Escolha (1)
D
Escolha (1)
E
Tensão (f.e.m.)
F
Vazão (Flow)
G
Escolha (1)
H
Manual (Hand)
I
Corrente
J
Potência
K
Tempo
L
Nível (Level)
M
Escolha (1)
N
Escolha (1)
Escolha (1)
O
Escolha (1)
P
Pressão, Vácuo
Orifício ou
Restrição
Ponto (teste)
Q
Quantidade
R
Radiação
S
Velocidade
T
Temperatura
U
Multivariável (6)
V
Vibração
W
Peso, Força
X
A definir(2)
Eixo X
Y
Evento, Estado
Eixo Y
Z
Posição ou Dimensão
Eixo Z
Escolha (1)
Escolha (1)
Controle (13)
Diferencial
Elemento sensor
Fração/Relação
(4)
Visor (9) ou
indicador local
Alto (High) (7,
15, 16)
Indicação (10)
Varredura
(scan) (7)
Tempo de
mudança (4,21)
Estação controle
(22)
Lâmpada (11)
Baixo (Low)
(7, 15, 16)
Médio (7,15)
Momentâneo
Escolha (1)
Escolha (1)
Integral, Total
(4)
Registro (17)
Segurança (8)
Chave (13)
Transmissão (18)
Multifunção (12)
Multifunção (12)
Multifunção
(12)
Válvula, damper
(13)
Poço (Well)
Não
classificado (2)
Não classificado (2)
Relé, computação
(13, 14, 18)
Elemento final
Não
classificado (2)
21
Elementos de Identificação
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.
22
Elementos de Identificação
Tab. 32. Combinações típicas de Letras
1a letra Variável
Registro
Indicação
Cego
A
B
ARC
BRC
AIC
BIC
AC
BC
ERC
FRC
FFRC
FQRC
EIC
FIC
FFIC
FQIC
EC
FC
FFC
HIC
IIC
JIC
KIC
LIC
HC
IRC
JRC
KRC
LRC
KC
LC
KCV
LCV
PRC
PDRC
QRC
RRC
SRC
TRC
TDRC
PIC
PDIC
QIC
RIC
SIC
TIC
TDIC
PC
PDC
PCV
PDCV
RC
SC
TC
TDC
SCV
TCV
TDCV
WRC
WDRC
WIC
WDIC
WC
WDC
WCV
WDCV
C
D
E
F
FF
FQ
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
PD
Q
R
S
T
TD
U
V
W
WD
X
Y
Z
ZD
Análise
Queimador/
Combustão
Escolha do usuário
Escolha do usuário
Tensão
Vazão
Relação de vazões
Totalização vazão
Escolha do usuário
Manual (Hand)
Corrente
Potência
Tempo
Nível
Escolha do usuário
Escolha do usuário
Escolha do usuário
Pressão, vácuo
Pressão diferencial
Quantidade
Radiação
Velocidade/Freqüência
Temperatura
Diferença temperatura
Multivariável
Vibração/Análise
mecânica
Peso/Força
Diferença de peso
Não classificada
Evento, estado,
presença
Posição, dimensão
Desvio
Válvula autoatuada
FCV, FICV
YC
ZRC
ZDRC
ZIC
ZDIC
ZC
ZDC
ZCV
ZDCV
23
Elementos de Identificação
Tab. 3.2 (B) Combinações de letras típicas
1a letra Equipamento display
Chaves e Alarmes
Transmissão
Registro Indicação
Alto
Baixo
Comb.
Reg.
Ind.
Cego
A
AR
AI
ASH
ASL
ASHL
ART
AIT
AT
B
BR
BI
BSH
BSL
BSHL
BRT
BIT
BT
E
ER
EI
ESH
ESL
ESHL
ERT
EIT
ET
F
FR
FI
FSH
FSL
FSHL
FRT
FIT
FT
FF
FFR
FFI
FFSH
FFSL
FFSHL
FFIT
FFT
FQ
FQR
FQI
I
IR
II
IRT
IIT
IT
J
JR
JI
JRT
JIT
JT
K
KR
KI
KSH
KSL
KSHL
KRT
KIT
KT
L
LR
LI
LSH
LSL
LSHL
LRT
LIT
LT
P
PR
PI
PSH
PSL
PSHL
PRT
PIT
PT
PD
PDR
PDI
PDSH
PDSL
PDRT
PDIT PDT
Q
QR
QI
QSH
QSL
QSHL
QRT
QIT
QT
R
RR
RI
RSH
RSL
RSHL
RRT
RIT
RT
S
SR
SI
SSH
SSL
SSHL
SRT
SIT
ST
T
TR
TI
TSH
TSL
TSHL
TRT
TIT
TT
TD
TDR
TDI
TDSH
TDSL
TDRT
TDTI
TDT
U
UR
UI
V
VR
VI
VSH
VSL
VSHL
VRT
W
WR
WI
WSH
WSL
WSHL
WRT
WIT
WT
WD
WDR
WDI
WDSH WDSL WDSHL WDRT WDIT WDT
C
D
FQIT FQT
G
H
M
N
O
X
Y
YSH
YSL
Z
ZR
ZI
ZSH
ZSL
ZD
ZDR
ZDI
ZDSH
ZDSL
ZSHL
ZRT
ZIT
ZT
ZDRT
ZDIT
ZDT
24
Elementos de Identificação
Tab. 3.2 (C) Combinações de letras típicas
1a letra Solenóide
Computação
A
AY
B
Elemento
primário
AE
Poço
Ponto
de Teste
A
AW
BY
BE
BW
E
EY
EE
ESL
F
FY
FE
Visor
Segurança
BG
Elemento
final
AV
BZ
C
D
FP
FF
FQ
FSL
EZ
FG
FV
FFSL
FV
FQY
FE
FQV
I
IY
IE
IZ
J
JY
JE
JV
K
KY
KE
KSL
L
LY
LE
LSL
P
PY
PE
PP
PSL
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
TD
TDY
TE
TP
TDSL
U
UY
V
VY
VE
VSL
VZ
W
WY
WE
WSL
WZ
WD
WDY
WE
WDSL
WDZ
G
H
KV
LG
LV
M
N
O
PSV, PSE
TSE
PV
TV
TDV
UV
X
XZ
Y
YY
YE
YSL
YZ
Z
ZY
ZE
ZSL
ZV
ZD
ZDR
DEZ
ZDSL
ZDV
25
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.
26
Fluxograma de Processo
Fig. 4.1. Diagrama de Fluxo de
Processo
27
Fluxograma de Processo
Símbolos da instrumentação
A quantidade de instrumentação
mostrada no Diagrama de Fluxo de
Processo varia de acordo com as
necessidades e filosofia da indústria. Em
princípio, a instrumentação deve ser
mostrada apenas onde ela altera a
operação ou as condições de projeto.
Os símbolos de instrumentação em um
Diagrama de Fluxo de Processo devem ser
abreviados ao extremo. É muito prematuro
neste estágio do processo entrar em
detalhes. Assim, é permissível omitir
elementos sensores, transmissores,
alarmes, condicionadores de sinais (como
extrator de raiz quadrada) e alguns outros
equipamentos auxiliares. O único objetivo
de mostrar qualquer instrumento no
Diagrama de Fluxo de Processo é sinalizar
a importância de uma variável para
medição ou controle – não é o de explicar
como isto é feito. Este detalhamento, útil e
necessário, será feito posteriormente, em
algum outro documento específico.
Alguns projetistas preferem colocar
apenas as variáveis controladas no
Diagrama de Fluxo de Processo, omitindo
as variáveis apenas indicadas ou
registradas. Eles justificam esta opção,
afirmando que apenas o controle impacta o
processo e a indicação e registro são
funções passivas e por isso não tem
nenhuma conseqüência para o objetivo do
Diagrama de Fluxo de Processo. Eles
deixam o simbolismo completo de
instrumento, com sensor, transmissor,
indicador, registrador, alarme e controlador
e atuador final para o Diagrama de Fluxo
de Engenharia ou P&I.
Por isso, os acionadores são omitidos
dos desenhos, o mesmo símbolo é usado
indistintamente para bomba rotativa,
centrífuga ou reciprocante. Os arranjos de
tubulações são muito simplificados. Estas
simplificações são necessárias porque a
informação ainda não é disponível ou é
desnecessária para o objetivo do
documento.
Todos os desenhos são enxutos. Uma
linha é desenha somente se for necessária
para ajudar a informação que esteja dentro
do escopo de um desenho específico.
Os principais tipos de equipamentos por
função são:
1. Misturadores e batedeiras
2. Reatores
3. Separadores de material
4. Redutores de tamanho
5. Armazenadores
6. Equipamentos de transferência
a. Gases e vapor d'água
b. Líquidos
c. Sólidos
d. Energia (Calor)
Símbolos de Equipamentos
Os símbolos de equipamentos do
Diagrama de Fluxo de Processo devem ser
mais simples do que os símbolos do
Diagrama de Fluxo de Engenharia por dois
motivos:
1. eles interessam apenas ao processo
e não interessam aos detalhes
auxiliares como lógica de controle
ou acionadores de bomba
2. eles contêm muito menos dados
específicos que os detalhados
Diagrama de Fluxo de Engenharia.
28
Fluxograma de Processo
Tab. 4.2 Separação de material
Letra
Separação de material
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
AA
BB
CC
DD
EE
Absorção
Adsorçao
Centrifugação, calcinação
Bola solida
Vertical
Classificação, cristalização
Batelada agitada
Vácuo
Pachuca
Ciclone, distilação
Torre empacotada
Coluna com bandeja
Adsorsão
Batelada
Esteira
Tambor
Rotação
Bandeja rotativa
Spray, evaporação
Circulação forçada
Efeito múltiplo
Convecção natural
Líquido/líquido
Filtração
Saco
Plate e frame
Vácuo rotativo
Precipitação
Vibração
Hidro
FF
Scrubbing
Decantação
29
Fluxograma de Processo
(A) Agitador
(B) Misturador em tambor
(D) Misturador em linha
(E) Misturador borracha
(G) Misturador estático
(C) Misturador helicoidal
(F) Misturador de rolo
(H) Misturador em T
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.
30
Fluxograma de Processo
(A) Reator ou vaso
(B) Reator com agitador
(C) Reator com jaqueta
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.
31
Fluxograma de Processo
(A) Coluna de Absorção
(C) Calcinador rotativo
(B) Coluna de Adsorsão
(D) Centrifugador
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.
32
Fluxograma de Processo
(A) Centrífuga vertical
(C) Cristalizador de
batelada agitado
(B) Classificador
(D) Cristalizador a vácuo
(E) Cristalizador Pachuca
Fig. 4.5. Separação de material
33
Fluxograma de Processo
(A) Ciclone
(B) Coluna de distilação
empacotada
(B) Coluna de distilação com
bandejas
Fig. 4.6. Separação de material
34
Fluxograma de Processo
(B) Secador de batelada
(A) Secador por adsorsão
(C) Secador de esteira
(D) Secador de tambor
Fig. 4.7. Separação de material
35
Fluxograma de Processo
(A) Secador rotativo
(B) Secador de bandeja
rotativa
(C) Secador de spray
Fig. 4.8. Separação de material
36
Fluxograma de Processo
(A) Evaporador com circulação
forçada
(B) Evaporador por convecção
natural
(C) Evaporador de múltiplos efeitos
Fig. 4.9. Separação de material
37
Fluxograma de Processo
(A) Extrator centrífugo líquido/líquido
(Podbielniak)
(B) Coluna empacotada
(C) Filtro saco
(D) Filtro de prensa plate e frame
Fig. 4.10. Separação de material
38
Fluxograma de Processo
(A) Filtro rotativo
(B) Precipitador
(C) Tela vibratória
(D) Hidrotela
Fig. 4.11. Separação de material
(A) Eliminador (scrubber)
(B) Selecionador
Fig. 4.12. Separação de material
39
Fluxograma de Processo
(A) Triturador de rolo
(C) Triturador giratório
(B) Triturador de dente
(D) Moinho de esfera e barra
(D) Triturador
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.
40
Fluxograma de Processo
(A) Tanque de teto
(B) Tanque aberto
(C) Vaso de teto
(D) Vaso horizontal
(E) Hopper
(G) Pilha de material
(F) Esfera
(H) Acumulador de gás
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).
41
Fluxograma de Processo
(A) Aquecedor
(B) Resfriador
(C) Trocador processo/processo
(E) Ventilador fino (fin fan)
(D) Refervedor (reboiler)
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.
42
Fluxograma de Processo
(A) Compressor centrífugo
(C) Compressor centrífugo
(E) Soprador, ventilador
(B) Turbina
(D) Compressor rotativo
(F) Ejetor
Fig. 4.15. Transferência de gases
Transferência de gases
Comparando o compressor centrífugo (Fig. 4.15A) com a turbina (Fig. 4.15B), tem-se os
mesmos elementos, porém o formato da figura esta invertido. Aliás, sentidos de formatos e
de setas de direção podem ser arranjados para designar diferentes funções. Na Fig. 4.15 A
tem se compressão; na Fig. 4.15B, expansão. Nos dois casos, a forma segue a função.
Um símbolo de soprador ou ventilador (Fig. 4.15E) é similar ao de uma bomba. O
contexto serve para diferenciar as duas funções.
43
Fluxograma de Processo
Bomba centrífuga genérica
Bomba rotativa com engrenagens
Bomba reciprocante
Fig. 4.11. Transferência de líquidos
Transferência de líquidos
A Fig. 4.17 mostra três símbolos básicos de bombas. As linhas de sucção e descarga
devem ser claramente marcadas pelas setas direcionais. Elas devem ser orientadas por
conveniência do arranjo geral do desenho.
Pode ser argumentado que apenas o símbolo geral é necessário para um Diagrama de
Fluxo de Processo. Porém, quando os símbolos são usados para representar esquemas de
controle há um grande benefício desenhar as diferenças, desde que os métodos de controle
também devem ser diferentes para cada caso.
O acionador não é mostrado em um Diagrama de Fluxo de Processo, mas deve ser
mostrado em um diagrama de sistema de controle, se for pertinente entender os fluxos de
sinais.
44
Fluxograma de Processo
(A) Esteira transportadora
(B) Parafuso transportador
(C) Elevador
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.
45
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
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.
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,
46
Diagrama de Fluxo de Engenharia
A
B
C
D
E
F
FF
FQ
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
PD
Q
R
S
T
TD
U
V
W
WD
X
Y
Z
ZD
Análise
Queimador/Combustão
Escolha do usuário
Escolha do usuário
Tensão
Vazão
Relação de vazões
Totalização vazão
Escolha do usuário
Manual (Hand)
Corrente
Potência
Tempo
Nível
Escolha do usuário
Escolha do usuário
Escolha do usuário
Pressão, vácuo
Pressão diferencial
Quantidade
Radiação
Velocidade/Freqüência
Temperatura
Diferença temperatura
Multivariável
Vibração/Análise mecânica
Peso/Força
Diferença de peso
Não classificada
Evento, estado, presença
Posição, dimensão
Desvio
Alarme de *
*A
*AH
Alarme de alta de*
Alarme de baixa de *
*AL
*C
*CV
*E
Controle de* (cego)
Válvula de controle de *
Elemento sensor de*
Visor de * ou indicador local de *
*G
*I
Indicador de*
Controlador indicador de *
*IC
*J
Multiplexação ou varredura
Orifício ou restrição de *
*O
*P
*Q
*R
Ponto de teste de *
Totalização ou integral de *
Registrador de *
Chave de *
*S
*SV
Válvula de segurança de *
Transmissor de *
*T
*V
*W
Válvula de *
Poço de *
* significa selecionar a primeira letra da tabela ao lado
Fig. 6.1. Folha de legenda de identificação do instrumento
47
Diagrama de Fluxo de Engenharia
ATM
AG
BD
BL
C
CA
CO
CW
CWR
CWS
(F)
FC
FI
FL
FO
FP
GO
HIL
HLL
HOA
HP
IAS
Ic
Ih
Is
LC
LIL
LLL
LO
LP
NC
NIL
NLL
NO
O
PO
RO
SC
SD
SÓ
SP
SG
SSV
T/T
VB
UG
US
Tab. 4.1. Abreviaturas
Atmosfera
Acima da terra
Blowdown
Limites de bateria
Dreno químico
Permissão de corrosão
Operado em cadeia
Água de resfriamento
Retorno de água de resfriamento
Suprimento de água de resfriamento
Fornecido pelo vendedor
Falha fechada
Falha em posição intermediária
Falha bloqueada
Falha aberta
Abertura total
Operado por engrenagens
Nível de interface alto
Nível de líquido alto
Manual – Desligado – Automático
Alta pressão
Suprimento de ar de instrumento
Isolação (frio)
Isolação (quente)
Isolação (segurança)
Fechado trançado
Nível interface baixa
Nível de líquido baixo
Aberto trançado
Baixa pressão
Normalmente fechado
Nível interface normal
Nível de líquido normal
Normalmente aberto
Dreno de água com óleo
Bombeamento para fora
Orifício de restrição
Conexão de amostragem
Shutdown (desligamento)
Saída de vapor
Set point (ponto de ajuste)
Gravidade específica ou densidade relativa
Válvula de segurança de shutdown
Tangente a tangente
Quebrador de vórtices
Enterrado
Estação de Utilidade
48
Diagrama de Fluxo de Engenharia
Tab. 4. 11. Válvulas de controle
Válvula de controle
com atuador
pneumático
Válvula atuada por
cilindro (ação dupla)
Tab. 4.11. Válvulas manuais
(*)
Válvula gaveta
(*) Pode ser acoplado
atuador ao corpo
(*)
Válvula globo
Válvula retenção
Válvula auto
regulada ou
reguladora
Reguladora com
tomada de pressão
externa
Reguladora de vazão
autocontida
S
R
Válvula plug
Válvula controle
manual
(*)
Válvula esfera
(*)
Válvula borboleta
ou damper
Válvula de
retenção e
bloqueio
Válvula de
blowdown
Válvula solenóide
com três vias com
reset
Atuada por
diafragma com
pressão balanceada
(*)
Válvula diafragma
(*)
Válvula com atuador
a diafragma e
posicionador
FO ou FC
Válvula ângulo
(*)
Válvula três vias
Válvula quatro vias
Ação da válvula
FC – Falha fechada
FO – Falha aberta
IhV
Válvula de controle
com atuador manual
Corpo de válvula
isolado
Válvula agulha
NV
TSO
Outras válvulas
com abreviatura
sob o corpo:
49
Diagrama de Fluxo de Engenharia
PSV
PSV
PSE
PSE
Válvula de
segurança de
pressão, ajuste em
100 kPa
Válvula de
segurança de vácuo,
ajuste em 50 mm
H2O vácuo
Instrumento de nível
tipo deslocador,
montado externamente
ao tanque
LT
Filtro tipo T
Placa de orifício com
flange
FE
Disco de ruptura
(pressão)
Disco de ruptura
(vácuo)
FQI
Totalizador indicador
de vazão a DP
FI
Indicador de vazão
tipo área variável
C = selo químico
P = amortecedor de
pulsação
S = sifão
C
FE
Tubo venturi ou bocal
medidor de vazão
Plug
Turbina medidora de
vazão ou elemento
propelente
Mangueira
Placa de orifício em
porta placa
FE
FE
Filtro, tipo Y
FE
LSV
Purgador de vapor
Espetáculo cego
instalado com anel
em linha (passagem
livre)
Espetáculo cego
instalado com disco
em linha (bloqueado)
T
LSV
Dreno contínuo
T
Código item #1234
o
Funil de dreno
(Ver abreviaturas)
Tubo pitot ou
Annubar
Transmissor de nível
a pressão diferencial
LT
50
Diagrama de Fluxo de Engenharia
Bombas
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).
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.
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.
51
Diagrama de Fluxo de Engenharia
Fig. 6.2. Vaso típico
52
Diagrama de Fluxo de Engenharia
Fig. 6.3. Trocador de calor típico
53
Diagrama de Fluxo de Engenharia
Fig. 6.4. Bombas
54
Diagrama de Fluxo de Engenharia
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.
55
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.)
distúrbios
entradas
saídas
PROCESSO
manipulada
controlada
Medição
Controlador
feedback
Ponto de ajuste
Fig. 6.1. Esquema do controle a realimentação negativa
56
Simbolismo do Controle Multivariável
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 autooperada, 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.
FIC
FY-A
i/p
FY-B
FT
FE
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.
57
Simbolismo do Controle Multivariável
Controle preditivo antecipatório
O objetivo do controle preditivo
antecipatório (feedforward) é evidenciar os
efeitos dos distúrbios da carga do
processo.
A Fig. 6.4 é um esquema simplificado
do conceito de controle preditivo
antecipatório. Os componentes da carga
são fluxos de materiais e de energia cujas
alterações tendem alterar a variável
controlada. Para reagir a estas tendências,
as variações de carga são medidas,
alimentadas para o controlador
feedforward que calcula estas influências,
considera o ponto de ajuste e atua na
variável manipulada que afeta o processo,
de modo a minimizar o desvio do ponto de
ajuste.
distúrbios
saídas
PROCESSO
controlada
manipulada
Medições
Controlador
feedforward
Ponto de ajuste
Fig. 6.4. Conceito de feedforward
A Fig. 6.5 mostra um exemplo de um
esquema preditivo antecipatório para
controlar a temperatura da descarga, T2,
no lado do processo de um trocador de
calor aquecido por vapor. A porção
preditiva antecipatória da malha é rodeada
por linhas tracejadas, para clareza. Esta
porção calcula a vazão necessária de
vapor, Ws, dada uma vazão de processo
medida, Wp, temperatura de processo para
o trocador, T1 e a temperatura desejada do
processo, T2, fornecida pelo controle
manual HC. A malha de controle de vazão
é uma malha preditiva antecipatória
padrão. Ela é uma malha cascateada cuja
função é melhorar a eficiência do sistema.
A Fig. 6.6 mostra um sistema de
controle de alimentação de água de
caldeira a três elementos padrão. O
exemplo é dado para enfatizar a
importância de ter conceitos claros. A
porção de feedforward é destacada.
Mesmo que esta porção esteja no lado da
descarga da caldeira, é ainda feedforward,
desde que este conceito trata dos
distúrbios do processo onde eles ocorrem.
O objetivo desta malha feedforward é
calcular a vazão de alimentação de água
necessária para satisfazer a demanda, a
carga (também um distúrbio). O objetivo da
malha de controle de nível é ajustar o
cálculo, de modo que o nível permaneça
próximo do ótimo para a eficiência e da
segurança da caldeira. A malha de controle
de nível é uma falha de feedback
cascateando a malha de controle de vazão
da água de alimentação. O objetivo da
malha de controle de vazão de água de
alimentação é melhorar a eficiência da
resposta para o ponto de ajuste calculado
e estabelecido. Ela é também feedback.
O estado operacional normal é
automático. Porém, para entradas anormal,
pode se entrar com uma entrada fixa
manualmente, sob certas circunstancias.
Os parâmetros operacionais são o ponto
de ajuste e, algumas vezes, entradas
manuais (sistema em falha).
Fig. 6.5 Controle preditivo antecipatório
58
Simbolismo do Controle Multivariável
Os valores monitorados são as entradas
medidas e a saída calculada.
Controle com desacoplamento
O objetivo do desacoplamento é reduzir
a interação em situações com várias
malhas ou variáveis.
A Fig. 6.6 mostra as interações e suas
compensações. Os sinais desacoplados
são as entradas negativas dos somadores.
Se o analisador de nafta demanda mais
vazão através da entrada de topo, a
relação vapor-líquido será aumentada,
aumentando os componentes mais
pesados no lado de cima para atingir o
ponto de ajuste. Componentes mais
pesados também acharão seu caminho no
lado do querosene, a não ser que esta
vazão seja reduzida para permitir mais
tiragem.
Controle Cascata
O controle cascata permite um
controlador primário regular um
secundário, melhorando a velocidade de
resposta e reduzindo os distúrbios
causados pela malha secundaria.
A Fig. 6.7 é um diagrama de blocos do
conceito de controle de cascata,
mostrando as medições (primaria e
secundaria), o ponto de ajuste do primário
estabelecido manualmente e o ponto de
ajuste do secundário estabelecido pela
saída do controlador primário.
A característica principal do controle
cascata é a saída do controlador primário
ser o ponto de ajuste do secundário. Diz-se
que o controlador primário cascateia o
secundário.
A Fig. 6.8 é um exemplo de um controle
convencional de temperatura, envolvendo
uma única malha. Na Fig. 6.9 tem-se
controle de cascata. (É interessante notar
como um esquema simples pode esconder
fenômenos complexos. Por exemplo,
eventualmente a reação da figura pode ser
exotérmica e nada é percebido).
Elemento final
de controle
Controlador
secundário
ponto de
ajuste
Controlador
primário
Fig. 6.6. Esquema de desacoplamento
PROCESSO
Medição da variável
secundária
Medição da variável
primária
ponto de
ajuste
Fig. 6.7. Diagrama de blocos do controle cascata
59
Simbolismo do Controle Multivariável
SP
TT
TC
Controle de Relação de Vazões
Saída
Vapor
O objetivo do controle de relação
(geralmente de vazões) é regular misturas
ou quantidades estequiométricas em
proporções fixas e definidas.
TE
Produto
r = ky
K
Condensado
Σ
e
Controlador
m
c=x
y
Fig. 6.8. Controle convencional de temperatura
SP
Processo
Fig. 6.10. Diagrama de blocos do controle de relação
TT1
TC1
Jaqueta
SP
vazão não controlada
TC2
TT2
B
x
FT2
SP
Saída
Vapor
FFC
Produto
TE2
TE1
FT1
A
vazão controlada
Fig. 6.11. Controle de relação com divisor
Condensado
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.
vazão não controlada
B
FT2
SP
:
FFC
FT1
A
vazão controlada
Fig. 6.12. Controle de relação com divisor
60
Simbolismo do Controle Multivariável
Assim, é possível se ter A = r B ou
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
1
r
então B = A
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.
A
=r
B
Σ
FC
FC
FT1
FC
FT1
FC
FT1
Fig. 6.13. Balanço de carga
61
Simbolismo do Controle Multivariável
TC
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.)
20 - 60 kPa
60-100 kPa
Tanque
de
reação
TV-B
Vapor aquecedor
Água refrigerante
TV-A
Fig. 6.14. Esquema do controle de faixa dividida
Temperatura
% span
100
Saída do
controlador
% span
100
Posição da
válvula de
água
aberta
Posição da
válvula de
vapor
fechada
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. Temse 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).
0
0
fechada
fechada
fechada
aberta
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.
62
Simbolismo do Controle Multivariável
Set @ 104 kPa
Set @ 102 kPa
Set @ 100 kPa
Fig. 6.16. Backup simples, malhas redundantes
rA
XIC
A
rB
XIC
B
Fig. 6.17. Malhas redundantes, com ajustes de
ganhos diferentes (controlador com maior ganho
atua primeiro)
rA
Σ K ∫
rB
Σ K
Controles chaveados
Os conceitos de controle chaveados são
divididos em
1. eletivo
2. seletor (alta ou baixa)
3. estrutura variável
O controle eletivo (Fig. 6.20) envolve um
chaveamento na entrada do controlador,
que recebe o sinal de dois transmissores
de análise. Quando um deles falha, o outro
assume a função de enviar o sinal de
medição.
O controle seletor (Fig. 6.21) envolve
dois (ou mais) controladores com o
chaveamento na saída, pois há um único
elemento final de controle. Em operação
normal o controlador de vazão (FIC) opera;
quando o nível se aproxima de um valor
crítico (muito baixo), automaticamente o
controlador LIC assume o controle. Nesta
configuração, é necessária a proteção
contra saturação do modo integral dos
controladores, pois o controlador que está
fora de controle, mas ligado, pode saturar
se tiver a ação integral.
O controle de estrutura variável (Fig.
6.22) permite o controlador TIC controlar o
processo com uma válvula TVA, até que a
pressão atinja valor perigoso. Agora o
controlador de pressão assume o controle
da válvula principal e o controlador de
temperatura atua na válvula secundaria,
TVB. Também é necessária a
realimentação externa ao modo integral ao
PIC, para evitar a saturação da saída (não
é necessária a realimentação ao TIC pois
ele sempre está operando).
Todos os esquemas de controle seletor
chaveado inclui obrigatoriamente um
seletor de sinais.
AIC
Fig. 6.17. Malhas redundantes, com ações de
controle diferentes (controlador P atua antes do
controlador PI)
AT
A
>
AT
B
Reator
Fig. 6.18. Controle chaveado
63
Simbolismo do Controle Multivariável
realimentação externa
ao modo integral
PIC
LC
Tanqu
>
<
∆
TIC
FC
TV
A
TV
B
Fig. 6.19. Controle auto seletor, com nível e
vazão.
Fig. 6.20. Controle chaveado, com estrutura variável.
64
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, acesoapagado, alto-baixo, verdadeiro-falso,
presente-ausente, maior-menor, igualdiferente 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 préestabelecido, 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
65
Simbolismo do Controle Lógico
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
66
Simbolismo do Controle Lógico
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:
OR
MIL
ANSI
NEMA
Fig. 7.1.Símbolos da porta OR
Tabela verdade
Tabela verdade 0R para duas entradas
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
L
0
1
1
1
67
Simbolismo do Controle Lógico
A
Circuitos equivalentes
Exemplo do uso OR em controle de
processo é ligar uma lâmpada através de
qualquer uma de duas chaves ou ambas.
A
B
A
B
A
B
A
B
B
Fig. 7.4. Circuitos para OR exclusivo
A
V
Porta NOT
B
Fig. 7.2. Circuitos para OR
Porta OR Exclusivo
O OR exclusivo é uma porta com duas
entradas, cuja saída é 1 se e somente se
os sinais de entrada forem diferentes.
Quando as entradas forem iguais, a saída
é zero.
A Equação do OR exclusivo é A ⊕ B = L
A porta NOT ou inversora produz uma
saída oposta da entrada. Esta porta é
usada para inverter ou complementar uma
função lógica. O inversor, diferente das
outras portas lógicas que possuem duas
ou mais entradas e uma saída, só possui
uma entrada e uma saída. A saída é o
inverso ou oposto da entrada.
A equação do NOT ou inversor é A = L
Símbolos
ou AB + AB = L
NEMA
Símbolos
MIL
Fig. 7.5. Símbolos da porta NOT
+
MIL
OE
ANSI
NEMA
Fig. 7.3. Símbolos da porta OR exclusivo
Tabela Verdade OR EXCLUSIVO
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
L
0
1
1
0
Circuito equivalente
Um circuito equivalente com duas
chaves para uma porta OR EXCLUSIVO é
mostrado abaixo. Quando qualquer uma
das duas chaves estiver ligada e a outra
desligada, a lâmpada está ligada. Quando
as duas chaves estiverem
simultaneamente ligadas, a lâmpada fica
apagada.
ANSI
Tabela Verdade do NOT
A
0
1
L
1
0
Circuito equivalente
O circuito equivalente para um
INVERSOR com reles é mostrado abaixo.
L
A
R
R
Fig. 7.6. Circuito NOT ou inversor
68
Simbolismo do Controle Lógico
Porta AND
Porta NAND
A porta AND tem duas ou mais
entradas e uma única saída e opera de
acordo com a seguinte definição: a saída
de uma porta AND assume o status 1 se e
somente se todas as entradas assumem 1.
A equação do AND é
A.B=L
ou
AxB=L
ou
AB = L
NAND é a porta oposta à AND.
Quando todas as entradas NAND são 1, a
saída é zero. Em todas as outras
configurações, a saída do NAND é zero
A equação do NAND é
AB = L
ou
A +B =L
Símbolo:
Símbolos
A
MIL
ANSI
NEMA
Fig. 7.9. Símbolos da porta NAND
A
MIL
ANSI
NEMA
Tabela Verdade
Fig. 7.7. Símbolos da porta AND
A
0
0
1
1
Tabela Verdade
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
C
0
0
0
1
B
0
1
0
1
AND NAND
0
1
0
1
0
1
1
0
Circuito equivalente
O circuito equivalente da porta NAND
com chaves é mostrado abaixo.
Circuito equivalente
O circuito equivalente da porta AND
com chaves é mostrado abaixo.
A
B
A
B
A
A
B
V
L
L
A
B
Fig. 7.8. Circuito equivalente a AND
L
B
Fig. 7.10. Circuito equivalente a NAND
69
Simbolismo do Controle Lógico
Porta NOR
NOR é a porta oposta a OR. Quando
todas as entradas são 0, a saída é 1.
A equação do NOR é
Circuito retentivo
A +B = L
ou
A ×B = L
Símbolo:
OR
MIL
NEMA
Fig. 7.11. Símbolos da porta NOR
ANSI
Tabela Verdade
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
OR
0
1
1
1
NOR
1
0
0
0
Circuito equivalente
O circuito equivalente da porta NOR
com relé é mostrado abaixo.
A
B
A
B
Exemplos lógicos
L
Fig. 7.12. Circuito equivalente a NOR
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.
70
LÓGICA
PAINEL
Simbolismo do Controle Lógico
HM
S
NOT
A
CAMP
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.
501
OR
Fig. 7.13. Circuito retentivo
Funções de campo
HMS
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.
71
PLL
HMS
HMS
ZLL
HMS
HMS
YL
108
503
504
220
505
506
402
NOT
OR
A
A
LÓGICA
NOT
OR
PAINEL
Simbolismo do Controle Lógico
<1 psig
S
CAMPO
T
ZSL
220
PSL
108
PSV
109
YV
322
Fig. 7.14. Funções de campo
72
Simbolismo do Controle Lógico
Reator Químico de Batelada
Processo
1.
Um reator tanque agitado e
jaquetado deve ter X m3 de ingrediente
A adicionado. Depois ele deve ser
cheio até um volume definido por LSH
2 com o ingrediente B.
2.
Assim que o volume medido é
estabelecido, o agitador é inicializado e
começa a seqüência de aquecimento.
3.
A seqüência de aquecimento deve
seguir o perfil de temperatura da Fig.
7.9.
4.
A seqüência envolve duas rampas
ascendentes de temperatura com
diferentes inclinações, dois períodos
constantes e uma rampa descendente.
5.
No fim da rampa descendente, o
agitador é desligado e o tanque é
drenado.
Interface do operador
A interface do operador é
principalmente constituída de botoeiras,
chaves seletoras, lâmpadas piloto e
buzinas. O operador pode controlar
manualmente cada etapa com algumas
restrições e pode também inicializar uma
seqüência completamente automática.
Lógica
Descrição
1 Verificar se tanque está vazio
Verificar se saída do reator-tanque está
fechada
Verificar que a válvula de B está fechada
Encher reator-tanque com X m3 de A
2 Verificar se a saída do reator-tanque está
fechada
Verificar se a válvula de A está fechada
Adicionar B até o nível de LSH 2
3 Ligar agitador
Ir para o procedimento de rampa de
temperatura
4 Seguir o perfil de temperatura estabelecido
5 Depois de terminar o ciclo de temperatura,
desligar o agitador
Esvaziar o reator-tanque, garantindo que
válvulas de enchimento estejam fechadas
Circular água fria através da jaqueta durante
a fase de esvaziamento
Descrição lógica
Assim que a descrição narrativa tenha
sido escrita, a próxima etapa é fazer
diretamente o esquema lógico. O que se
segue não é necessário para o projeto. É
uma descrição dirigida para quem não está
acostumado com diagramas lógicos.
A descrição está na Fig. 7.16.
Enchimento
Um circuito de contato retentivo padrão
é usado quando uma chave
PARADA/RESET dá permissão a todas as
portas AND (HMS 2A, HMS 2B).
Para permitir o sistema funcionar como
um todo, a chave RESET deve ser
apertada.
Apertando a botoeira PARADA,
desligam-se todas as portas AND e faz o
sistema ir para sua condição de falha
segura.
Uma restrição deve ser adicionada à
seqüência de enchimento: nível muito alto
deve parar o enchimento. Isto é
conseguido através de um sinal do LSHH
3, que aciona outro circuito retentivo que
deve ser resetado por HMS 6, depois que
a condição de nível alto tenha sido
corrigida. Uma saída deste circuito
retentivo fecha ou evita a abertura das
válvulas de enchimento, quando elas
estiverem no modo automático ou manual.
A saída pode também acionar uma buzina
e acender uma lâmpada piloto. A buzina
pode ser silenciada pelo botão
CONHECIMENTO
(ACKNOWLEDGEMENT), HMS 7, através
de seu circuito retentivo mas a lâmpada
permanece acesa, até que a botoeira
RESET, HMS 6, tenha sido apertada.
As válvulas de enchimento YV 1A e YV
1B podem ser abertas manualmente,
colocando-se a chave seletora HS 3,
MANUAL-DESLIGADA-AUTOMÁTICA na
posição MANUAL. A única restrição é que
LSHH 3 não pode estar atuada. Estas
chaves seletoras estão normalmente na
posição AUTO, bem como a chave
seletora do agitador, HS8.
No modo automático, o operador
precisa apenas apertar a botoeira
PARTIDA, HMS 5. As condições a serem
seguidas para este comando estão
estabelecidas pelas entradas da porta AND
abaixo de HMS 5:
73
Simbolismo do Controle Lógico
1. YV 1C deve estar fechada (ZSL 3
atuada)
2. YV 1B deve estar fechada (ZSL 2
atuada)
3. a botoeira de reset manual da chave
do contador de vazão, QS1, deve
ser pressionada
4. o reator deve estar vazio (LSL 1
atuada)
Se todas estas condições estiverem
satisfeitas, há um sinal de saída e duas
das condições são imediatamente
bypassadas:
1. a atuação da botoeira PARTIDA
2. a exigência que o reator esteja vazio
A saída da porta AND vai para outra
porta AND debaixo da posição AUTO da
chave HS 3. Como o seletor está em
AUTO, a válvula YV 1A irá abrir (sem nível
muito alto).
FQ1 começa a medir a quantidade
requerida do material de alimentação para
o reator. Quando FQS 1 tripa, uma
permissão é removida da porta AND do
circuito de partida. A porta é desabilitada,
que desabilita a primeira porta no circuito
YV 1A e faz a válvula fechar.
O próximo passo na seqüência
automática é a abertura da válvula YV 1B.
As exigências para sua abertura podem
ser vistas das entradas para a porta AND
alimentando a porta debaixo da posição
AUTO de HS 4. Esta porta requer
1. LSH 2 atuada
2. ZSL 1 confirme fechamento de
YV 1A
3. ZSL 3 prove o fechamento de
YV 1C
4. FQS 1 esteja em zero (sinal em
zero e invertido)
Se todas estas condições são satisfeitas
no tempo zero, é necessário adicionar uma
condição que confirme a execução da
etapa anterior. Esta ultima permissão vem
de uma porta que é atuada quando
1. YV 1A é comandada para abrir,
2. o medidor de vazão FQ1 está
operando,
3. o nível não está alto
Um circuito retentivo retém as duas
primeiras condições e fornece a lógica
correta para a porta anterior. A lógica
causa o fechamento de YV 1A ser o gatilho
que abre YV 1B.
LHS 2 fornece o sinal que fecha YV 1B
e reseta a lógica mencionada acima,
terminando o ciclo de enchimento.
Agitador
O próximo passo na seqüência é ligar o
agitador. No modo automático, isto ocorre
quando o sinal de LSH 2 habilita a porta
AND abaixo da posição AUTO da seletora
HS 8. Como nenhum sinal OFF está sendo
recebido do gerador de rampa, todas as
permissões estão presentes e a porta está
habilitada. A saída passa através da porta
OR e faz duas coisas:
1.
inicializa um temporizador de 10
s
2.
parte o motor, desde que ele
não esteja no estado de
sobrecarregado
Se o motor não partir dentro do período
de 10 segundos, a saída do temporizador
habilita outra porta AND e anuncia a
condição de falha através da buzina e da
lâmpada piloto.
O agitador será desligado quando o
sinal OFF do gerador de rampa ficar ativo.
A seqüência deste procedimento pode
ser seguida na Fig. 7.9.
HS 9 inicializa esta fase quando na
posição MANUAL e fornece uma
permissão para a primeira porta AND
quando em AUTO. Uma segunda entrada
vem do sinal RUN do agitador. A outra
entrada da porta AND vem de LSH 2 e é
bypassada por um circuito retentivo para
evitar paradas falsas quando o agitador
parte e a superfície do líquido se torna
agitada.
Como não é permitido o aquecimento
sem agitação do reator, o sinal RUN do
agitador também fornece uma permissão
para a porta AND da posição MANUAL.
As saídas das duas portas AND passam
para a porta OR e vão para os solenóides,
que mantém as válvulas de aquecimento e
resfriamento em suas posições de falha,
sendo energizadas. As válvulas do sistema
de faixa dividida (split range) de
aquecimento e resfriamento seguem agora
a saída de TIC 2 (que possui proteção
contra saturação do modo integral). Ao
mesmo tempo, o gerador de rampa X1C 1
recebe um sinal que o obriga a seguir sua
rampa de temperatura.
74
Simbolismo do Controle Lógico
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.
HOLD
RAMP 2
Temperatura
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.
RAMP 3
RAMP 1
HOLD
Tempo
Fig. 7.15. Perfil do ciclo de temperatura
Esvaziamento
75
Simbolismo do Controle Lógico
Fig. 7.16. Seqüência de enchimento do vaso
76
Simbolismo do Controle Lógico
Fig. 7.17. Seqüência do procedimento
77
Simbolismo do Controle Lógico
Desenhos e Palavras
O provérbio chinês diz que uma figura
vale mais que mil palavras. Isto se aplica
literalmente na simbologia lógica de
sistemas de controle e intertravamento.
Usam-se alguns milhares de palavras para
descrever um processo relativamente
simples. Depois que certas convenções
simbólicas tenham sido acordadas, a
mesma quantidade de informação pode ser
representada de um modo não ambíguo
pelo uso de algumas poucas figuras
geométricas simples. Esta simplicidade e
concisão constituem a beleza e a força do
simbolismo lógico binário.
Embora nos próximos exemplos o valor
do simbolismo lógico como uma
ferramenta do processo de
conceitualização seja reforçado, sua
utilidade não termina aí. Uma vez as
convenções tenham sido estabelecidas e
aceitas, a lógica é muito objetiva e exata.
Diferente das descrições com palavras, os
esquemas lógicos não são abertos à
interpretação; o que se vê é o que se tem.
Os esquemas podem ser feitos por mais
de uma pessoa, podem ser checados,
discutidos, revisados, aprovados,
melhorados e usados para fins de
checkout e pesquisa de defeitos
(troubleshooting). Eles também são uma
excelente ferramenta de instrução.
Cartas de função para controle
Introdução
O Comitê Técnico IEC #3, Subcomitê
3B: Documentação, publicou um método
de descrever a função e o comportamento
dos sistemas de controle que contenham o
projeto conceitual e a descrição da
seqüência lógica (IEC Pub. 848-1988). O
método pode também ser combinado
diretamente com a lógica combinatória
usual para formar uma poderosa
ferramenta de projeto.
Cartas funcionais são constituídas de
passos, elos dirigidos e transições (Fig.
7.18). O passo descreve um estado
permanente (às vezes, momentânea) de
um processo seqüencial. O elo dirigido
mostra a direção do fluxo da lógica. A
transição é usada para mostrar a mudança
condicional entre estados permanentes.
Ações, estados e comandos da lógica
são associados com passos. Condições ou
comandos para a lógica são associados
com transições (Fig. 7.19). Comandos ou
ações são qualificados pelas letras símbolo
S (stored – armazenado), D (delayed –
atrasado), L (limited – limitado em tempo) e
P (pulsed – pulsado, menor que limitado).
As letras podem ser combinadas (Fig.
7.20). Comandos ou ações podem ser
condicionais (letra C, Fig. 7.21).
Condições transitórias podem ser
representadas por afirmações textuais,
expressões booleanas ou símbolos
gráficos (Fig. 7.22).
Uma poderosa capacidade destas
cartas de função é que elas podem
representar caminhos lógicos paralelos,
seleção de seqüência exclusiva (Fig. 7.23)
ou seleção de seqüência inclusive
(Fig.7.24). Na Fig. 7.23 a exclusividade é
mostrada pela lógica booleana nas
transições. Na Fig. 7.24 a simultaneidade é
mostrada pelas linhas duplas,
especialmente as mais baixas. Neste caso,
a transição c não é habilitada até que os
passos 09 e 10 sejam ativados ao mesmo
tempo. Assim, e somente assim, a
transição pode ser terminada.
78
Simbolismo do Controle Lógico
Passo inicial
01
Elo dirigido
Transição
a
02
b
Passos subsequente
03
Fig. 7.7. Passos, elos dirigidos e transições
01
Esperar
02
Partir bomba
03
Parar bomba
HMS
101
HMS
102
Fig. 7.19. Comandos para e da lógica
79
Simbolismo do Controle Lógico
Comando A
18
Status continua somente para a
duração do passo 18
Condição c
c
19
d
Partida da
ação B
S
Começa e contínua B
Condição d
20
D
Comando C
D=5s
Comando C, dados 5 s no passo
20, removido ao final do passo 20
21
L
Comando D
L=8s
Comando D, dado somente para
primeiros 8 s do passo 21
22
DS
Comando E
D=5s
Comando E é atrasado 5 s e
armazenado. Se ocorrer transição
antes 5 s, comando não será
ativado
23
SD
Comando F
D=5s
Comando F é primeiro armazenado
e depois atrasado. Se a transição h
ocorrer, o comando ainda será
executado
e
f
g
h
Fig. 7.20. Combinações de comandos ou ações
80
Simbolismo do Controle Lógico
24
SC
Ação B
se d
Ação equivalente
ocorre somente
quando d estiver
presente
d
24
SC
Ação B
se d
24
SC
Ação
d
Ação começa com
d mas depois
permanece
Fig. 7.21. Comandos condicionais
81
Simbolismo do Controle Lógico
01
HMS
101
Partida
02
S
Ligar motor
Condições transitórias podem ser
representadas por declarações
textuais, expressões booleanas ou
símbolos gráficos
HMS
102
Parada
01
Partida
• Condições
• Outras
02
SC Ligar bomba óleo
lubrificante
P > 250 kPa
03
SC Partir motor
Fig. 7.22. Condições transitórias
82
Simbolismo do Controle Lógico
01
02
abc
abc
abc
03
04
Fig. 7.23. Caminhos paralelos: seleção de seqüência exclusiva
83
Simbolismo do Controle Lógico
07
08
10
09
11
A linha dupla indica simultaneidade.
Os dois sinais devem estar
presentes antes de acontecer a
transição c. Somente então pode ser
terminada.
Fig. 7.24. Caminhos paralelos: seleção de seqüência inclusiva
84
Simbolismo do Controle Lógico
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
85
Simbolismo do Controle Lógico
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.
86
Simbolismo do Controle Lógico
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.
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
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
87
Simbolismo do Controle Lógico
conceito de falha segura requer que a
máquina pare. A saída é invertida usando
uma porta NOT e as palavras Permissão
Operação Compressor em vez de Parar
Compressor.
Função OR Qualificado
O OR qualificado não é muito
necessário, mas é requerido quando se
necessita de lógica complicada. A mesmas
sugestões feitas acima com relação à
identificação de equipamentos de entrada
e saída são aplicadas. Também deve ser
sentido o mesmo modo de falha segura.
Se uma reação exotérmica ocorre,
perdendo-se o controle (sistema run away),
é melhor mostrar uma lógica positiva para
manter a reação ocorrendo. A falha da
lógica deve parar a reação.
Elementos temporizados
A norma ANSI ISA S5.2 apresenta os
elementos de tempo, que são basicamente
três:
1. Inicialização atrasada da saída (DI)
2. Terminação atrasada da saída (DT)
3. Saída pulsada (PO)
Função Memória
A combinação do simbolismo e
identificação da norma ANSI ISA S5.1 com
os identificadores específicos de
equipamento permite um resultado
conciso. A aplicação de uma situação real
de processo exemplifica o princípio que
não se deve se tornar muito abstrato para
se perder o senso da realidade.
Considerações acerca de modos de falha
do vent do tanque e da permissão de
partida da bomba requerem que o vent
falhe e a permissão também falhe.
Originalmente, a norma fala das opções
relacionadas com perda, manutenção e
independência da perda da alimentação
principal. Atualmente estes conceitos são
facilmente implementados com as novas
tecnologias eletrônicas que permitem
memória permanente na ausência da
alimentação.
Quando se analisa a segura de um
sistema e os modos de falha, deve se
tomar todo o panorama e não se restringir
apenas à lógica. A potência pode falhar em
qualquer ponto – entrada, saída, motor,
pneumática, elétrica – e cada uma delas
deve ser considerada.
88
Simbolismo do Controle Lógico
Função
Símbolo
Exemplo
(1) Entrada
Estado da
entrada
A posição partida de uma chave
manual HS-1 é atuada para fornecer
uma entrada para ligar uma esteira.
HS
1
Número do instrumento ou do equipamento de
inicialização, se conhecido
Partir esteira
Uma saída de seqüência lógica
comanda a válvula HV-2 para abrir
(2) Saída
Estado da
saída
(3) AND
A saída lógica D existe se e
somente todas as entradas lógicas
A, B e C existirem
A
B
A
D
C
(4) OR
Saída lógica D existe se e
somente se uma ou mais das
entradas lógicas A, B e C existir
A
B
OR
C
D
Abrir
Válvula
HV
2
Número do Instrumento ou do equipamento
operado, se conhecido
Operar bomba se
1. nível do tanque estiver alto e
2. válvula de descarga aberta
LSH
5
Nível
alto T-3
ZSH HV-3
aberta
4
Partir
bomb
a P-5
A
Não permitir operação do
compressor se
1. pressão água resfriamento for baixa
2. temperatura do mancal for alta
PSL
14
TSH
17
Pressão
baixa
água
Temper.
alta
OR
Permissão do
Compressor
C-7 operar
Fig. 7.27. Símbolos lógicos ISA
89
Simbolismo do Controle Lógico
Função
Símbolo
(5)
OR
Qualificado
Exemplo
A
B
C
*
D
* Detalhes internos representam quantidades
numéricas (ver abaixo)
Exemplo 1
Operar misturador se dois e somente
duas caixas estiverem em serviço
Caixa 1 em serviço
Caixa 2 em serviço
=2
Caixa 3 em serviço
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.
b.
c.
d.
e
f
g
h
=
≠
<
>
<
>
≤
≥
igual a
não igual a
menor que
maior que
não menor que
não maior que
menor ou igual a (como f)
maior ou igual a (como e)
Operar
Misturador
Caixa 4 em serviço
Exemplo 2
Parar reator se pelo menos dois
dispositivos de segurança solicitarem a
parada
Dispositivo 1 atuado
Dispositivo 2 atuado
Dispositivo 3 atuado
<2
Dispositivo 4 atuado
Parar
Reação
Dispositivo 5 atuado
Exemplo 3
Fazer alimentação se, no mínimo um
e não mais que 2 moedores estiver em
serviço.
Moinho 1 em serviço
Moinho 2 em serviço
Moinho 3 em serviço
≥1
>2
Operar
Alimentador
Fig. 7.28. Símbolos lógicos ISA (continuação)
90
Simbolismo do Controle Lógico
Função
(6)
NOT
Símbolo
BA
Exemplo
Fechar válvula HV-7 quando nível do
tanque T-3 não estiver alto e a bomba
P-4 não estiver operando
B
Saída lógica B existe se e
somente se a entrada A não existir.
LSH Nível T-3
12 alto
YSH P-3
1 operando
A
HV
7
Fechar
válvula
HV
7
Fechar
válvula
Alternativa de lógica
LSH Nível T-3
12 alto
YSH P-3
1 operando
OR
Fig. 7.29. Símbolos lógicos ISA (continuação)
Nota Tabela verdade para mostrar equivalência
Entradas
HV
7
1
1
0
1
HV
7
1
0
1
0
Saída
HV
7
Caso 1 Caso 2
0
0
0
0
0
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.
91
Simbolismo do Controle Lógico
Função
(7)
Memória
(Flip flop)
Símbolo
Exemplo
A
C
D*
C
S
R
B
*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
A
S
R
B
C
D
C
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.
Note que a entrada B se sobrepõe
à entrada A
HS
3
Reset
sistema
PSH
38
Pressão
alta T-16
S
R
Partir P-7
PV
38
Abrir
válvula
Fig. 7.30. Símbolos lógicos ISA de memória
Tabela verdade mostrando a necessidade de override:
A
1
1
0
0
1
1
0
0
*
**
Entradas
B
1
0
1
0
1
0
1
0
Saídas
C
*
1
0
**
0
1
0
**
D
*
0
1
**
1
0
1
**
Indefinido
Determinado pelo último sinal de entrada
92
Simbolismo do Controle Lógico
Símbolo
BA
BA
Definição
*
A saída lógica B existe
com uma relação de
tempo para a entrada
lógica A. Esta relação de
tempo pode assumir
várias lógicas.
B
DI
t
Exemplo
A existência contínua
da entrada lógica A
durante o tempo t faz a
saída B existir quando t
expira. B termina quando
A termina
B
Inicialização atrasada da saída
(Delay Iniciation)
Temperatura
alta reator
BA
D
T
B
Terminação atrasada da saída
(Delay Termination )
A existência contínua
da entrada lógica A faz a
saída B existir
imediatamente. B termina
quando A terminar e não
tem ainda existido durante
um tempo t.
Se a temperatura do
reator exceder um
determinado valor,
continuamente durante 10
segundos, bloquear a vazão
do catalisador. Recomeçar
a vazão, quando a
temperatura não exceder
este valor.
DI
Se a pressão do sistema
cai abaixo de um limite de
baixa, operar o compressor
ainda. Parar o compressor
quando a pressão ficar
abaixo do limite
continuamente por 1
minuto.
DT
Pressão baixa
BA
PO
t
Saída de pulso
B
A existência da entrada
lógica A, independe de
seu estado subsequente,
faz a saída B existir
imediatamente. B existe
durante um tempo t e
depois termina.
Purga falha
Boquear vazão
do catalisador
10 s
60 s
Operar
compressor
Se a purga do vaso falha
por um período de tempo,
operar a bomba de vácuo
por 3 minutos e depois
parar a bomba.
PO
3 min
Operar bomba
vácuo
Fig. 7.31. Símbolos lógicos ISA temporizados
93
Simbolismo do Controle Lógico
Conclusão
O engenheiro de sistema de controle necessita tratar da lógica
binária. Binário significa possuir apenas um de dois estados
possíveis: ligado ou desligado, 1 ou 0. Um sistema lógico sempre
apresenta o mesmo conjunto de saídas para o mesmo conjunto de
entradas, embora as respostas de saída possam ser modificadas por
algum programa interno.
Geralmente a lógica binária é realizada através de relés
eletromecânicos ou eletrônicos e atualmente através de Controlador
Lógico Programável, sistema que substitui os relés com vantagens.
O mesmo diagrama ladder pode ser usado para programar os dois
tipos de lógica.
O diagrama lógico binário simplifica e generaliza o simbolismo
lógico, além de reduzir o tamanho da dependência do equipamento.
As duas principais fases de realizar um sistema de controle
operável são:
1.
conceituação
2.
execução.
A fase de conceituação é independente do equipamento e a fase
de execução pode depender do equipamento escolhido para realizar
o esquema de controle.
Também, os dois principais tipos de documentação são
associados com as duas fases. O documento conceitual tenta
representar um esquema de controle abstrato. Seu objetivo é o de
ajudar o projetista e a todos que precisam ver o quadro panorâmico,
a conceber o esquema necessário para controlar o processo. O
documento de execução tem o objetivo de instruir os especialistas
como desenvolver especificamente um esquema lógico que já foi
definido abstratamente.
O documento conceitual mostra as partes essenciais do processo
e a interface do operador. O documento de execução mostra
simplesmente as entradas e as saídas. O diagrama ladder é um dos
documentos de execução.
Uma boa prática inclui aspectos lógicos e estéticos.
Na diagramação lógica fica mais evidente o provérbio chinês que
estabelece que uma figura vale mais que mil palavras.
Apostilas\Documentação
Documentação2.doc
08 JUN 98
94
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.
95
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.
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.
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
96
Diagramas de Malha
Símbolo de terminal
genérico
Terminais de Instrumentos
Fontes de alimentação
ES, 115 V, 60 Hz
XXX
Identificação para
conjunto de terminação
ou caixa de junção
TR
105
1
2
1
3
2
4
3
FIC
100
2
5
Identificação da
conexão
N
G
1
4
5
H
• Usar designações ISA
para instrumentos
• Usar designações dos
fabricantes para terminais
Alimentação
ES
Alimentação elétrica
AS
Alimentação pneumática
HS
Alimentação hidráulica
S
Conexão de suprimento
I
Entrada
Onde necessário,
por clareza
O
Saída
AS, 120 kPa
TT
120
S
HS, 300 kPa
WT
103
S
Linhas de sinal
Nestes diagramas de malha, todas
as linhas são sólidas, exceto as
linhas dos blocos de configuração
que seguem a convenção da ANSIISA SP 5.1.
Fig. 8.1. Diagrama de malha de instrumentos, folha de legenda
97
Diagramas de Malha
Fig. 8.2. Diagrama de malha de instrumento, óleo combustível para Fornalha #1
Lay out de um diagrama de malha típico. Formato horizontal, tamanho A4 (ou carta). A
placa de caldeira é limitada a uma tira estreita em baixo. Os descritores de local são
limitados a tira estreita em cima. O diagrama é quebrado em seções: campo, rack, atrás do
painel e painel frontal. As interfaces não são arbitrárias. O diagrama de fluxo está mostrado
no canto direito, em baixo. Os elementos primário e finais não são mostrados no diagrama
de malha, pois está mostrado no diagrama de fluxo.
O diagrama é enxuto e simples. Ele mostra o essencial para pesquisa de defeito e nada
mais. Ele para onde a informação é obvia (equipamentos de campo) ou onde se requer mais
informação.
98
Diagramas de Malha
Típicos para indicadores de temperatura multiponto
Exemplo do uso de típico. A configuração da malha é comum a um grande número de
malhas. Os tag números, números de terminais e de identificadores podem ser dados em
forma de tabela. Típicos funcionam bem com malhas repetitivas do tipo mostrado. Porém,
seu uso é geralmente exagerado. A simplicidade do entendimento é o que conta para o
usuário final.
99
Diagramas de Malha
Fig. 8.4. Diagrama de malha de instrumento, alarme de baixa pressão do sistema de óleo
lubrificante da turbina
Este diagrama se refere a uma malha de alarme. Há uma controvérsia se os diagramas
de malhas devem ser feitos para malhas digitais (não analógicas). O usuário final e o técnico
de manutenção geralmente preferem e usam malhas de controle discreto e alarme.
Note que o Painel Auxiliar foi alterado para Painel de Anunciador de Campo. Também foi
colocada a função da chave de pressão, NA.
100
Diagramas de Malha
Fig. 8.5. Diagrama de malha de instrumento, compressor #2
O diagrama foi escolhido da vida real para ilustrar as dificuldades relacionadas com o
código de cores. É fácil para o usuário arbitrar que preto é negativo e branco é positivo (ou
vice versa). Porém, na vida real, o fornecedor do painel definiu azul para negativo e
vermelho para positivo.
Outra dificuldade está na definição da polaridade. O diagrama identifica o terminal 12
como positivo e o 13 como negativo. Deve-se lembrar sempre que a alimentação é uma
fonte e que todos os instrumentos são cargas. O primeiro instrumento ligado à fonte deve ter
os terminais ligados a terminais de mesma polaridade da fonte. Na malha as polaridades
são alternadas.
101
Diagramas de Malha
Fig. 8.6. Diagrama de malha de instrumento, típico para malha de controle distribuído
O diagrama mostra como tratar o caso em que a fiação real difere do mostrado no
diagrama de fluxo de engenharia, mostrado no bloco de configuração. O controlador
montado no armário deve ter um tag número de identificação. Se ele estiver envolvido
somente com duas malhas, ele pode ter os dois tag números.
É tentador parar o diagrama de malha nas entradas para o controlador montado no
armário , desde que isto é o bastante para a pesquisa de defeitos. Porém, o resto do
desenho da malha é necessário por questão de completude.
O controlador montado no armário é mostrado como um bloco. De fato a tira terminal
deveria ter dois balões de instrumentos adjacentes, FC 99 e TC 201, por exemplo e o
barramento de dados deveria juntá-los.
102
9
Diagramas de Fiação
Diagramas Elétricos
Há uma grande interface entre a elétrica
e o sistema de controle. Como atualmente
a maioria da instrumentação é de natureza
elétrica, a realização do projeto dos
sistemas de controle é principalmente
elétrica.
O assunto de simbolismo e identificação
elétrica pode preencher um livro inteiro. É
admirável a simplicidade do simbolismo
elétrico e o modo em que este simbolismo
é usado para expressar uma grande
quantidade de informação detalhada.
Tab. Lista de Desenhos de Projeto
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Índice de Desenhos
Notas de Símbolos e Normas
Classificação de áreas
Diagramas unifilares
Conjuntos de instalação
Desenhos de aterramento
Desenhos de cabos e conduites
subterrâneos
8. Esquemas de conduites
9. Esquemas de cabos e circuitos
10. Desenhos de potência aérea
11. Desenhos da subestação
12. Desenhos de Iluminação
13. Desenhos de instrumentação
elétrica
14. Desenhos dos prédios de controle
15. Desenhos lógicos elétricos
16. Diagrama elementar (ladder)
17. Diagramas de ligação
18. Desenhos e pólos e linhas
19. Desenhos de miscelânea
20. Desenhos de aquecimento (heat
tracing)
21. Esquemas de plaquetas
Das duas grandes divisões do trabalho
elétrico, potência e controle, somente o
controle interessa à instrumentação.
Símbolos de desenho e notas
Como sempre, a folha de legenda vem
antes do índice dos desenhos. Cada
companhia tem seu formato próprio, mas
os símbolos usados geralmente se
baseiam nas normas ANSI e ISA.
A Fig. 9.1 mostra símbolos, definições e
notas típicas que aparecem na maioria das
folhas de desenhos elétricos.
A beleza e importância de uma folha de
legenda é que elas dão ao projetista blocos
constituintes com os quais ele cria
diagramas complexos. Ela também define
símbolos e aplicações em um projeto
específico. Por exemplo, uma nota
relacionada com cor de lâmpada piloto
poderia ser:
G para ser usado para Potência
Disponível, Motor Parado ou Disjuntor
Aberto.
R para ser usado para Motor Operando,
Disjuntor Fechado ou Condição de Alarme.
Em aplicações de controle de motores, a
convenção é geralmente inversa. Por isso
a folha de legenda é o lugar para eliminar
ambigüidades.
103
Diagramas de Malha
Unifilar
Detalhado
Definição
Notas
Fusível
Mostrar o valor da
corrente de atuação
Fusível de encaixe
Mostrar o valor da
corrente de atuação
Desligador de circuito
Mostrar o valor de
ajuste e tamanho
Conector separável
400/5
Transformador de
corrente
Combinação de
starters e disjuntores
em painéis de controle
de motores
• Polaridade
400/5 é relação de
espiras
Transformador de
potencial
Delta
Transformador de
potência
WYE
Terra
100
100
Chave de desligar não 100 = Ampère
fusível
3 P = trifásica
3P
Fig. 9.1. Símbolos da folha de legenda para desenho elétrico típico
104
Diagramas de Malha
PARTIDA
Botoeira de partida
Contato momentâneo (não
retentivo)
Botoeira de parada
Contato momentâneo (não
retentivo)
PARADA
PARTIDA
PARADA
PARTIDA
Combinação de Botoeiras Funções independentes,
(não mecanicamente
de partida e parada
ligadas)
Combinação de Botoeiras Lâmpada indica
de partida e parada com normalmente ligada
lâmpada piloto
A lâmpada esta ligada ao
relé no circuito de controle
PARADA
PARADA
MANTIDA
Estação de botoeira
(Partida Momentânea e
Parada Mantida)
mecanicamente ligada
Especificar funções com
palavras
PARTIDA
MOMENTANEA
Lâmpada piloto ou de
indicação
A – ambar
G – verde (green)
W – branca (white)
B – azul (blue)
R – vermelha (red)
Y – amarela (yellow)
Fig. 9.1. (continuação): Definições e notas típicas
105
Diagramas de Malha
Símbolo
Definição
Contato normalmente aberto
(NA)
Contato normalmente fechado
(NF)
Notas
Normalmente aberto se refere
à posição na prateleira
Normalmente fechado se
refere à posição na prateleira
Contato de sobrecarga termal
Contato de sobrecarga
magnético
Contatos mostrados como
contatos NF
Conexão de terra
Conforme National Electric
Code (NEC)
Chave com atraso de tempo
Contato NF com abertura
temporizada
Chave com atraso de tempo
Contato NO com fechamento
temporizado
Bobina operando, de relé ou
starter de motor
Designação é de acordo com
o esquema de identificação
Bateria
Mostra tensão e polaridade
TDO
TDC
R1
+
R1
12 V cc
Fig. 9.1. (continuação): Definições e notas típicas
106
Diagramas de Malha
Chave de vazão, FS
NA ou NF se referem à
posição da chave na
prateleira
Chave de nível, LS
NA ou NF se referem à
posição da chave na
prateleira
Chave de pressão, PS
NA ou NF se referem à
posição da chave na
prateleira
Chave de temperatura , TS
NA ou NF se referem à
posição da chave na
prateleira
Chave de posição ou chave
limite, ZS
NA ou NF se referem à
posição da chave na
prateleira
Buzina ou sirene
Fig. 9.1. (continuação): Definições e notas típicas
107
Diagramas de Malha
Equipamento
Ver desenho de
planta para conduite
Item
1
2
3
4
5
6
Descrição
Bucha, ¾ “x ½ “
Conexão (Nipple), ½ “
Corpo do conduite
União, macho, ½ “
Cabo flexível, ½ “, X-Proof
Plug, ½ “
Quantidade
6
1
2
1
1
1
Detalhe No:
Válvula solenóide ou equipamento selado de fábrica, Classe 1, Grupos B, C e D, Divisão
1.
Fig. 9.3. Desenho de montagem de instrumentação padrão
108
Diagramas de Malha
Fig. 9.4. Aterramento de instrumento
Desenhos de aterramento são muito complexos. Há geralmente dois tipos:
1. um similar a um detalhe de instalação, consiste de uma série de detalhes de
equipamentos individuais (Fig. 9.4) e interessa ao instrumentista.
2. desenho tipo layout que mostra locais, pontos de ligação e roteamento dos cabos.
Geralmente não interessa ao projetista ou técnico de instrumentação.
109
Diagramas de Malha
Fig. 9.9. Desenho elementar de motor
Exemplo de combinação de diagrama elementar e de ligação, normalmente usado para
mostrar o controle de motor. Este diagrama permite o entendimento da lógica de controle e
fixa os locais e números de terminal de todos os equipamentos importantes.
Na porção esquemática do desenho, as linhas solidas representam a fiação interna ao
cubículo. As linhas pontilhadas representam a fiação externa, ou seja, a fiação que o
eletricista deve instalar no campo.
110
Diagramas de Malha
Fig. 9.10. Desenho chave de ligação
O diagrama é um esquema de interligação elétrico típico, usado como uma chave para
entender os equipamentos complexos. Ele mostra que as válvulas de controle e os
transmissores montados no campo são ligados a caixas de junção separadas. O roteamento
dos cabos é mostrado. Deve haver uma identificação suficiente para permitir ao usuário ter
uma visão geral e ver também os detalhes.
111
Diagramas de Malha
Fig. 9.11. Detalhe de instalação de caixa terminal
O diagrama mostra detalhes de instalação de uma caixa de terminais de campo. Ela dá
muita informação com poucas palavras. As conexões dos conduites estão na parte de baixo
para preservar a integridade do topo da caixa (para não entrar água). A fiação entra no
centro, através de conduite e vai para duas barras de terminais. A fiação de campo está do
lado de fora. A Fig. 9.12 mostra a montagem interna da caixa terminal.
112
Diagramas de Malha
Fig. 9.12. Desenho de montagem de caixa terminal
113
10
Diagrama Ladder
Introdução
Diagrama ladder é uma representação
ordenada em forma de escada de
componentes e conexões de um circuito
elétrico. O diagrama ladder é também
chamado de diagrama elementar ou
diagrama de linha. O termo ladder
(escada) se aplica porque ele parece com
uma escada, contendo degraus. É o
diagrama básico associado com o controle
lógico programado.
Componentes
Os elementos constituintes de um
diagrama ladder podem ser divididos em
componentes de entrada e de saída. São
de entrada:
1. Contato normalmente aberto
2. Contato normalmente fechado
Os contatos podem ser retentivos (de
chaves liga-desliga), não retentivos (de
botoeiras). Os contatos podem ser
manuais (chaves manuais) ou automáticos
(pressostato, termostato, chaves
automáticas de nível e de vazão, chave
térmica de motor). Os contatos podem ser
instantâneos ou temporizados para abrir ou
fechar.
São componentes de saída:
3. Bobina de um starter de motor
4. bobina de um relé
5. bobina de uma solenóide
6. Lâmpada piloto
Existem outros símbolos, porém estes
são os mais importantes e usados e são
suficientes para o entendimento dos
diagramas encontrados nas aplicações
práticas.
Todos os diagramas ladder possuem
algumas práticas comuns, como:
1. Entradas, chaves e contatos são
colocados no início da linha, no lado
esquerdo.
2. Saídas, bobinas e lâmpadas piloto são
colocadas no fim da linha, no lado
direito.
3. Uma linha de entrada pode alimentar
mais de uma saída. Quando isso
ocorre, as saídas estão ligadas em
paralelo.
4. Chaves, contatos e entradas podem ter
contatos múltiplos em série, paralelo
ou série-paralelo.
5. As linhas são numeradas
consecutivamente, à esquerda e de
cima para baixo.
6. Dá-se um único número de
identificação para cada nó de ligação.
7. As saídas podem ser identificadas por
função, no lado direito, em notas.
8. Pode-se incluir um sistema de
identificação de referência cruzada, no
lado direito. Os contatos associados
com a bobina ou saída da linha são
identificados pelo número da linha.
9. Os contatos de relé são identificados
pelo número da bobina do relé mais
um número seqüencial consecutivo.
Por exemplo, os três contatos do relé
CR7 são CR7-1, CR7-2 e CR7-3.
L1
L2
SW1
CR5
saída
Fig. 5.1. Diagrama ladder básico, para uma
chave manual que liga a saída de um relé:
114
Diagrama Ladder
L1
L2
Seqüência direta
SW1
CR5
saída
LS1
R
PL1
Fig. 5.2. Duas chaves em paralelo (manual SW1
e automática de nível LS1) controlam a saída do relé
CR5e uma lâmpada piloto PL1 vermelha (R).
L1
L2
SW1
1
CR7
saída 1
SW2
2
SW3
3
CR8
saída 2
CR7-1
4
G
1. No início, todas as chaves estão
abertas, as bobinas estão
desligadas
2. Fechando SW1 ou SW2 ou ambas,
CR7 é energizada.
3. Na linha 3, o contato NA CR7-1
fecha, habilitando a linha 3 e CR8
ainda está desligada
4. Fechando a chave manual SW3, CR8
é energizada e a lâmpada piloto
verde (G) é acesa
5. Abrindo as duas chaves SW1 e SW2,
tudo é desligado
6. Em operação, desligando SW3, CR8
é desligado, PL1 é desligada mas
CR7 contínua ligada.
Seqüência alternativa possível
1. Inicialmente, ligando SW3, nada é
energizado (contato CR7-1 está
aberto pois CR7 não está
energizada).
2. Abrindo SW3, quando tudo estiver
ligado, desliga somente CR8 e
PL1.
Exemplo 2
Fig. 5.3. Diagrama ladder com duas funções
Exemplo 1
O diagrama ladder da Fig.5.1, está
associado a um sistema com uma chave
que liga-desliga um relé de saída, CR5. A
Fig. 5.2 mostra um sistema de controle
com linhas paralelas na entrada e na
saída. Qualquer uma das duas chaves ligadesliga a saída e a lâmpada piloto. O
diagrama da figura possui duas linhas
funcionais ativas.
O diagrama ladder da Fig. 5.3 tem a
seguinte seqüência de operação:
As seguintes modificações podem ser
feitas ao diagrama da Fig.5. 3:
1. SW4 deve estar ligada para CR7 ficar
ligada
2. CR7 deve estar desligada para CR8
estar ligada
3. CR9 é ligada por CR7, CR8 e SW3.
O diagrama estendido é mostrado na
Fig 5. Há uma linha pontilhada entre os
dois contatos SW3, indicando uma única
chave comum com dois contatos (Se SW3
estivesse na esquerda, somente um
contato seria necessário para energizar as
linhas 3, 4 e 5).
Uma linha adicional de operação
poderia ser acrescentada ao diagrama
ladder, como a linha 6 mostrada na figura
5. A seqüência adicionada seria a
seguinte:
CR7 ou CR8 ou ambas, mais LS12 e CR9
ligam a saída do relé CR10.
115
Diagrama Ladder
Exemplo de um diagrama errado
O diagrama da Fig. 5.4 é um diagrama
ladder incorreto, que contem os mesmos
componentes da figura, porém, nunca irá
funcionar. Os erros são os seguintes:
1. Mesmo que houvesse potência entre
as linhas, a voltagem aplicada em cada
elemento de saída seria dividida por 3
e nenhuma bobina teria a tensão
correta de funcionamento e a lâmpada
piloto ficaria só um pouco acesa. Mas,
logicamente, as saídas nunca seriam
ligadas.
2. Mesmo fechando todas as chaves, o
contato CR7-1 ficaria sempre aberto.
Para fechar o contato CR7-1 a bobina
CR7 deve ser energizada e a bobina só
seria energizada fechando-se CR7-1,
que é impossível.
L1
SW1
L2
CR7-1 SW3
CR7
1
CR8
G
SW2
2
Fig.5. 4. Diagrama ladder incorreto
116
Diagrama Ladder
Exemplos de Diagramas Ladder
Solução
Circuito de Alarme de Alta Pressão
Descrição
O circuito faz soar uma buzina e
acender uma lâmpada piloto quando a
pressão atingir um valor alto perigoso.
Depois que o alarme soa, o botão
Reconhecimento desliga a buzina e deixa
a lâmpada acesa. Quando a pressão
baixar para um valor seguro, a lâmpada se
apaga
Quando o nível estiver abaixo do
máximo, a chave PS está aberta e
1. lâmpada R está acesa
2. motor está ligado, operando
3. lâmpada A está apagada
Quando o nível atingir o máximo, LSH
tripa
1. 1. apagando R 2. desligando motor
M
2. acendendo A
Quando motor ficar sobrecarregado, OL
abre
1. desligando motor
2. mantendo A acesa
Solução
Quando a pressão atinge valor alto
perigoso, a chave PS atua, fechando o
circuito e
1. soando a buzina
2. acendendo lâmpada R
Quando operador toma conhecimento
do alarme e aperta a chave ACKN, a
bobina S se energiza, trocando seus
contatos S1 e S2
1. S1 abre, desligando a buzina
2. S2 fecha, mantendo S energizada
A bobina S só é desligada quando a
chave PS abrir, ou seja, quando a pressão
alta cair e ficar em valor seguro.
S1
PS
1
2
R
ACK
3
1 ,4
S
4
S2
Controle de Bomba e duas lâmpadas
piloto com chave de nível
LS
Descrição
A chave de nível opera a bomba do
motor. A bomba enche um tanque com
água. Quando o nível do tanque estiver
baixo, a chave liga o motor da bomba e
acende a lâmpada A. Quando o nível
atingir o nível máximo (tanque cheio), a
chave desliga o motor e acende a lâmpada
R e A permanece acesa. Se o motor ficar
sobrecarregado, é desligado, mas a
lâmpada A contínua acesa.
1
2,3,4
S
S-1
2
R
S-2
OL
M
3
S-3
4
A
117
Diagrama Ladder
Controle seqüencial de 3 motores
Descrição
Ligar três motores, isoladamente e um
após o outro. A parada desliga todos os
motores. Qualquer sobrecarga desliga
todos os motores
Solução
Apertando a botoeira PARTIDA
1. M1 parte e fecha M1-1 e M1-2
2. M1-1 sela a partida de M1, mantendo
M1 ligado depois que a botoeira
PARTIDA for solta
3. M1-2 liga M2, fechando M2-1
4. M2-1 liga M3
Qualquer sobrecarga em M1, M2 ou M3
desliga todos os três motores, pois OL1,
OL2 e OL3 são contatos NF e estão em
série
PARADA PARTIDA
OL1 OL2 OL3
2, 3
M
M11
1
2
M1-1
4
M2
3
M1-2
4
M3
M2-1
Controle temporizado de motores
Descrição
Ligar três motores, isoladamente e um
após o outro, com intervalos de 1 minuto. A
parada desliga todos os motores. Qualquer
sobrecarga desliga todos os motores
Solução
Apertando a botoeira PARTIDA
1. M1 parte e energiza T1
2. M1-1 sela a partida de M1, mantendo
M1 ligado depois que botoeira
PARTIDA é solta
3. T1 energizado fecha T1-1 depois de
1 min
4. T1-1 parte M2 e energiza T2, que
fecha T2-1 depois de 1 min
5. T2-1 parte M3
Qualquer sobrecarga em M1, M2 ou M3
desliga todos os três motores, pois OL1,
OL2 e OL3 são contatos NF e estão em
série
PARADA
PARTIDA
1
2
M1-1
5
M1
2
T1
3
M2
3
4
OL1 OL2 OL3
T1-1
T2-1
T2
5
M3
118
Diagrama Ladder
Controle seqüencial temporizado de
motores
PARADA PARTIDA
Descrição
Três motores
M1 – motor bomba de lubrificação
M1 – motor principal
M1 – motor de alimentação
devem ser ligados em seqüência e em
intervalos de tempo determinados.
OL1
2
3
4
M1-1
PSH
OL2
M2
T1
Solução
Apertando a botoeira PARTIDA
1. M1 parte e M1-1 sela a partida de M1.
2. Quando a pressão subir, a chave
PSH tripa, fechando-se e partindo
M2 e energizando T
3. T1 energizado fecha T1-1 depois de
10 s, partindo M3
Se M1 aquecer, OL1, abre, desligando
M1 e a pressão cai.
A queda de pressão faz PSH abrir,
desligando M2 e desenergizando T.
T-1 abre, desligando M3
2, 3
M1
1
5
OL3
M3
5
T1-1
119
Diagrama Ladder
Controle de Velocidade de motores
Descrição
1. O motor tem três faixas de velocidades.
2. O motor acelera automaticamente para
a velocidade selecionada.
3. Uma botoeira pode parar o motor em
qualquer velocidade
4. O motor possui proteção de sobrecarga
5. Três botoeiras separadas selecionam
1a, 2a e 3a velocidade.
6. Há um atraso de 3 segundos para
passar de uma velocidade para outra
Solução
PARAD
1a VELOCIDADE
1
M1
2
M1-1
T1-1
C1-1
3
4
Apertando a botoeira 1 VELOCIDADE
1. M1 parte e M1-1 sela a partida de
M1,.mantendo-o na primeira
velocidade depois que a chave
PARTIDA é solta.
2. Quando a chave 2a VELOCIDADE
for apertada,
• T1 fica energizado (Atraso
para Ligar)
• T1 –1 faz motor girar na 1a
velocidade
• T1 –2 mantém T1 selado
3. Depois de 3 segundos, T1 –3 fecha,
ligando S1. S1 faz motor operar na 2a
velocidade
4. Quando a botoeira 3a VELOCIDADE
for apertada,
• C1 fica energizado
• C1 –1 faz motor girar na 1a
velocidade
• C1 –2 faz motor girar na 2a
velocidade
• C1 –3 faz motor girar na 3a
velocidade
• C1 –4 faz operar T2 (falta S1 –1
fechar)
Depois de 3 segundos, T3 fecha e
energiza S1 (motor fica na 2a velocidade).
S1 –1 fecha operando T2. Depois de 3
segundos T2 fecha e opera S2 , que coloca
o motor na 3a velocidade.
Quando houver sobrecarga, OL1, abre,
desligando M1.
5
T1
T1-2
C1-2
6
8
2
2a VELOCIDADE
7
a
OL1
T1-3
S1
3, 6,
8
11
3a VELOCIDADE
9
10
4, 7
10,
11
12
C1
C1-3
11
T2
S1-1
12
C1-4
S2
T2-1
120
Diagrama Ladder
Unidade de Aquecimento de Óleo
Descrição
Um motor M1 opera um bomba de alta
pressão, usada para injetar óleo
combustível em um queimador.
Um motor M2 opera um soprador de
indução que força o ar para o queimador,
quando o óleo estiver sendo queimado.
Uma chave liga-desliga comanda o
circuito
Um termostato TS1 sente a temperatura
do interior do ambiente
Um termostato TS2 sente a temperatura
do trocador de calor.
Quando a chave estiver ligada (ON) e a
temperatura interna do ambiente for baixa,
TS1 fecha e parte os motores M1 e M2.
Quando a temperatura do trocador de calor
subir demais, TS2 fecha e parte M3. O
soprador circula o ar dentro do ambiente
através do trocador e aumenta a
temperatura dentro do ambiente. Quando a
temperatura do ambiente subir muito, TS1
abre e desliga o motor da bomba e o motor
do soprador de indução. O soprador do
trocador contínua operando até que o
trocador de calor seja resfriado a uma
temperatura baixa, quando TS3 abre seu
contato.
circulação de ar dentro do ambiente
quando o sistema de aquecimento
estiver fora de serviço. Quando a chave
estiver em AUTO, o motor do soprador
é controlado pelo termostato TS2 .
Quando a chave estiver em MANUAL,
ela liga o motor M3 diretamente e
permite ao motor do soprador operar
independente do sistema de
aquecimento.
Solução
1. Ligando a chave para ON e se a
temperatura do ambiente estiver baixa,
TS1 tripa, fechado TS1 e energizando T
e M1 .
2. O temporizador é TOFF (atraso para
desligar), então T1 fecha
imediatamente, partindo M2. T fica
energizada por 1 min e depois abre,
desligando M2
3. FSL1 é uma chave de vazão que sente
a vazão de ar produzida pelo soprador
de indução e impede que o motor da
bomba de alta pressão continue
injetando óleo na câmara de
combustão.
4. M2 ligado faz FSL1 fechar, partindo M1
e permitindo a partido do motor da
bomba de alta pressão. Se o motor do
soprador de injeção de ar pára por
qualquer razão, FSL1 abre M1 .
5. A chave seletora AUTO-MANUAL
permite ao operador decidir a
121
Diagrama Ladder
Enchimento, Mistura e Esvaziamento
de Tanque
Descrição
O funcionamento do sistema é o
seguinte:
1. Apertando PARTIDA, os solenóides
A e B abrem, permitindo o tanque se
encher
2. Quando o tanque encher, uma
chave de nível tipo bóia desliga A e
B e liga um motor M de agitação da
mistura do tanque
3. O motor trabalha em determinado
intervalo de tempo ajustável, T.
Depois de transcorrido T, o motor
desliga e um solenóide C, na saída
do tanque, é ligado esvaziando o
tanque.
4. Quando o tanque ficar vazio, a
chave de nível desliga a solenóide C
e o ciclo recomeça.
5. Um relé térmico desliga o motor em
caso de sobrecarga.
Solução
Apertando a botoeira PARTIDA
1. CR energiza
2. CR-1 sela a partida, mantendo
motor funcionando depois de
soltada a botoeira
3. CR-2 permite os solenóides A e
B serem ligadas
4. CR-3 permite o motor M ligar e o
temporizador TR energizar
(satisfeitas outras condições)
5. CR-4 permite a solenóide C ser
ligada
Com CR-1 fechado (PARTIDA
acionada),
1. LSH-1 fechado (nível do tanque
abaixo do máximo)
2. LSL-1 fechado (nível do tanque
acima do mínimo)
3. TR-1 fechado (agitação ainda
não ligada)
4. os solenóides A e B se
energizam e as válvulas A e B
enchem o tanque
Tanque atinge nível máximo, LSH tripa
1. LSH-1 abre, desligando
solenóides A e B
2. LSH-2 fecha, ligando o motor de
agitação e energizando o
temporizador TR
O motor do agitador mistura os líquidos
A e B durante 1 minuto
Depois de 1 minuto
• TR-2 abre, desligando o motor M
• TR-1 abre, impedindo que os
solenóides A e B sejam ligadas
neste momento (interlock)
• TR-3 fecha, ligando a solenóide
C que esvazia o tanque
Quando o tanque fica vazio, LSL tripa
• LSL-1 fecha, permitindo ligação
dos solenóides A e B
• LSL-2 abre, desligando a
solenóide C
O ciclo se repete e os solenóides A e B
são energizados, pois
• CR-2 está fechado
• LSH-1 fechado (nível abaixo do
máximo)
• LSL-2 fechado (nível mínimo já
atingido)
• TR-1 fechado (temporizador
desligado)
Esquema do Processo
L
S
122
Diagrama Ladder
Diagrama Ladder
PARTIDA
PARADA
OL1
2, 3
5, 7
CR
1
CR1-1
2
CR-2
LSL-1
TR-1
A
3
LSH-1
4
B
CR-3
LSH-2
TR-2
5
M
6
TR
CR-4
7
8
9
TR-3
3,5 , 7
LSL-3
C
LSL
LSH
LSLL
LSH
3
3, , 5
123
Diagrama Ladder
Enchimento de Tanque com Duas
Bombas Alternadas
Descrição
A água de alimentação é fornecida de
um tanque central. O tanque é
pressurizado pela água quando o tanque
se enche. Dois poços separados fornecem
água para o tanque, cada poço com uma
bomba independente. É desejável que a
água seja bombeada de cada poço
igualmente, mas as duas bombas não
devem operar ao mesmo tempo. As
bombas devem operar alternadamente,
mas uma chave seletora pode forçar a
operação de uma bomba quando a outra
estiver com falha. Cada motor da bomba
contém um relé térmico de sobrecarga.
Solução
Assumindo a chave em AUTO e o
pressostato fechado (há pressão de coluna
d'água no tanque)
1. energizar a bobina do starter do
motor M1
• M1-1 fecha, energizando CR
• M1-2 sela a partida do motor M1
• M1-3 abre, fazendo o
intertravamento com o motor M2 (M2
não funciona enquanto M1 estiver
funcionando)
2. CR energizado, todos seus contatos
mudam:
• CR-1 abre, quebrando o circuito
para bobina M1
• CR-2 fecha, selando o contato
M1-1
• CR-3 fecha para permitir ligação
de M2 , que ainda não pode ser
ligado pois M1-3 está aberto
3. Quando o pressostato PS abre, a
bobina M1 desenergiza, permitindo
todos os contatos M1 retornarem às
posições normais. Neste momento,
o relé CR está energizado.
4. Quando o pressostato PS fecha
novamente, o contato CR-1 evita
que a bobina M1 seja energizada e
CR-3 permite que a bobina M2 seja
energizada. Quando a bobina M2 é
energizada, a bomba 2 parte e
todos os contatos M2 mudam de
estado
• M2-1 abre e desenergiza CR
• M2-2 fecha e mantém M1
energizada quando CR-3 abrir
• M2-3 abre para evitar que a
bobina M1 seja energizada
quando o contato CR-1 voltar à
sua posição normalmente
fechada.
O circuito continua operando assim, até
que o pressostato PS abra e desligue M2.
Quando isso acontecer, todos os contatos
de M2 mudam de estado.
Uma chave seletora de três posições na
saída do pressostato permite ao operador
alternar a operação das duas bombas ou
operar a desejada (1 ou 2).
Embora a lógica já esteja completa, há
um problema potencial: depois que a
bomba 1 completou um ciclo, há a
possibilidade do contato CR-3 reabrir antes
que o contato M2-2 feche para selar o
circuito. Se isto acontecer, a bobina M2
será desenergizada e a bobina M1 será
energizada (isto depende da operação dos
relés). Para evitar este problema, adicionase um temporizador TOFF (off delay –
atrasado para desligar). Quando a bobina
TR for energizada, o contato TR-1 fecha
imediatamente, energizando CR. Quando
TR desenergiza, o contato TR-1
permanece fechado por um determinado
tempo ajustável antes de reabrir,
garantindo que a bobina CR está
desenergizada.
OF
1
2
ON
3, 5, 5
1, 2,
M2
OL2
M1-1
M2-2
M1-2
TR
7
temporizador
6
CR-2
7
M
Interlock
M2-1
CR-3 M1-3
#2
3
4
5
#1 CR-1 M2-3 OL1
AUTO
P
TR
1, 3, 6
CR
memória
124
11
Detalhes de Instalação
Introdução
Os detalhes de instalação dão as
instruções especificas, de um modo
conciso, para um técnico, de como
instalar um determinado instrumento e
seu equipamento correspondente. Cada
detalhe individual é geralmente
acompanhado de uma lista de materiais
associados, que identifica
especificamente cada item no detalhe de
instalação. O desenho é usualmente
limitado para uma determinada tarefa.
Por exemplo, desenhos separados
devem ser feitos para a montagem do
instrumento, ligações com o processo,
conexões elétricas, conexões com a
tubulação.
Estilo e formato
O formato para um detalhe de
instalação de instrumento é usualmente
A4 ou carta, por questão de conveniência
de uso para o instalador, que só pode
montar um equipamento por vez. Por
isso, não é recomendável usar desenho
com formato grande ou combinar mais de
um detalhe no mesmo documento. Deve
se sempre ter em mente o usuário final.
O estilo pode ser ortogonal ou
isométrico. Um estilo isométrico mostra a
localização relativa dos equipamentos e
permite ao instalador alterar livremente
as dimensões.
A numeração dos desenhos deve
estar de conformidade com o índice dos
instrumentos. Geralmente o instalador
deve:
1. verificar no Diagrama de Fluxo de
Engenharia os detalhes do
equipamento que vai ser instalado
2. procurar o instrumento pelo tag
número no Índice de Instrumentos
3. achar os detalhes aplicáveis
4. instalar os instrumentos de acordo
com as instruções dadas no
Detalhe de Instalação de
Instrumento.
O detalhe pode ser de um instrumento
determinado ou pode ser dado como
típico. Há também detalhes de instalação
para categorias e funções de
instrumentos. Por exemplo, um projetista
geralmente possui centenas de
desenhos, coletados durante anos, todos
catalogados por função ou tipo. Quando
há uma nova instalação, algumas poucas
alterações nos desenhos existentes
facilitam e abreviam o trabalho.
Pode haver categorias de desenhos
quanto à variável envolvida (pressão,
vazão, nível, temperatura e análise), tipo
de medidor (placa de orifício, turbina),
aplicação (medição de vazão de gases
ou líquidos).
Os detalhes de instalação são
geralmente usados para transferir
informação entre disciplinas. Por
exemplo, a simples representação da
folha de fluxo deve ser transformada em
algo mais específico para a instalação
completa. Antes de o instrumentista
instalar o instrumento, o projetista de
tubulação deve providenciado os
acessórios para receber o instrumento.
A Fig. 10.1 é um exemplo típico de
folha de legenda.
125
Detalhes de Instalação
Fig. 10.1. Folha de legenda típica
126
Detalhes de Instalação
Fig. 10.2. Desenho isométrico da alimentação pneumática de um instrumento
Este desenho é suficientemente específico para cobrir detalhes que não podem faltar,
como as distancias acima do tubo para evitar sujeira e qualquer entrada possível de
condensado. Ele também permite a escolha do caminho e distâncias entre instrumentos
colocados lado a lado.
127
Detalhes de Instalação
Fig. 10.3. Desenho isométrico para proteção e suporte de tubo de tomada de impulso.
128
Detalhes de Instalação
Fig. 10.7. Divisão de trabalho e responsabilidade
Fig. 10.11. Exemplo de um detalhe de instalação para medição de vazão de líquido
129
Detalhes de Instalação
Fig. 10.12
130
Detalhes de Instalação
Fig. 10.13. Desenho instrucional, com quatro detalhes separados de instalação.
131
Detalhes de Instalação
Fig. 10.14 Desenho ortográfico, mostrando porque o desenho isométrico é melhor.
132
Detalhes de Instalação
Fig. 10.15. Detalhes de instalação de conexões de instrumentos de pressão
133
Detalhes de Instalação
Fig. 10.16. Detalhes de manômetros
Embora haja vários desenhos em um único diagrama, o engenheiro escolhe o tipo a ser
usado em determinada aplicação Não é o instalador que decide qual detalhe usar.
Geralmente, o Índice de Instrumento define o detalhe a ser usado em cada aplicação
específica.
134
Detalhes de Instalação
Fig. 10.21. Desenho ortográfico mostrando instrumentos de nível (visor e controlador) em um separador
135
Detalhes de Instalação
Fig. 10.22. Alimentação e tomada de processo (capilar) de transmissor pneumático.
Fig. 10.23. Três exemplos de conjuntos filtro-reguladores pneumáticos
136
Detalhes de Instalação
Fig. 10.24. Detalhe de instalação de transmissor de pressão diferencial usado em tanque fechado
137
12
Painéis de Controle
Painéis de controle
Os painéis de controle podem ser
divididos em duas grandes categorias:
1. local
2. remoto
Local se refere a proximidade com o
processo. Remoto se refere distante do
processo. Remoto é sinônimo de central,
quando central significa centralizado, ou
seja, quando todos os sinais de toda a
planta são levados para um local
centralizado.
Painéis locais devem suportar as
condições hostis do ambiente industrial.
Eles são submetidos às intempéries
naturais (chuva, vento, maresia, neve,
geada) e industriais (respingos, gases
corrosivos). Este fato não influência os
estilos e práticas dos desenhos, mas deve
ser coberto por uma especificação escrita
que acompanha os desenhos.
Painéis centrais estão localizados em
salas de controle, em ambiente de ar
condicionado. Eles são construídos
conforme normas de uso geral.
Teclados e monitores estão substituindo
os painéis convencionais. Consoles de
sistemas de controle distribuído permitem
menos licença artística para o projetista
que os painéis convencionais. A
engenharia humana é importante para
todos os painéis.
Objetivo do painel de controle
Um painel de controle aloja
instrumentos. É também um ponto de
interface entre um operador e o processo.
O painel de controle deve ser projetado
com duas idéias em mente.
1. O operador só pode ter um controle
efetivo sobre um processo se puder
receber e compreender a informação
que chega e puder tomar a ação
corretiva rapidamente. Assim, o painel
de controle deve ser projetado com
uma faixa de controle do operador
médio em mente.
2. O equipamento deve ser submetido à
calibração e manutenção,
periodicamente. O técnico de
manutenção deve ter fácil acesso aos
instrumentos e os componentes chave
devem ser adaptáveis à rápida troca ou
ao reparo.
Evolução
É interessante seguir a evolução do
projeto do painel de controle. Os primeiros
painéis simplesmente alojavam os
instrumentos: eles guardavam os
instrumentos juntos em um local
conveniente e protegido. Como o espaço
era crítico, os painéis não satisfaziam nem
o operador nem o instrumentista de
manutenção. Os instrumentos eram
misturados confusamente e de difícil
acesso.
Quando foi verificado que o tempo de
produção era perdido por causa de projeto
mal feito, tentou-se de tratar a parte frontal
do painel como uma interface de operador
e a parte traseira do painel era um ponto
de interface com a manutenção. Quando
foi verificado que nem toda instrumentação
requeria a mesma freqüência de
intervenção do operador, registradores e
contadores foram colocados em painéis
verticais em pontos não acessíveis ao
operador. Os controladores e as chaves
liga-desliga e botoeiras foram colocadas
em consoles, tão próximos ao operador
138
Painéis de Controle
que podiam ser acessadas com um giro de
cadeira.
Os painéis gráficos foram desenvolvidos
para colocar os instrumentos dentro de
uma configuração gráfica do processo; por
exemplo, uma botoeira seria colocada
dentro de um símbolo para o equipamento
atuado. Os painéis gráficos foram logo
substituídos pelos painéis semi-gráficos,
que agrupavam os instrumentos em um
arranjo espacial lógico abaixo da
representação gráfica do processo. Aqui é
outro caso em que as palavras podem ser
mal entendidas pelo não especialista, pois
muito mais informação pode ser
apresentada em um painel semigráfico do
que em um totalmente gráfico.
Antes do aparecimento dos sistemas de
display compartilhado, grandes plantas
tinham grandes painéis semigráficos, com
algumas centenas de metros. Estes
consoles requeriam muitos operadores,
pois era fisicamente impossível uma única
pessoa ver e alcançar tudo em painel tão
grande, de modo rápido.
Com a tecnologia de display
compartilhado, tornou-se possível chavear
os displays gráficos e fazer as funções
fixas do teclado corresponder ao display
mostrado. Uma pessoa podia então
compreender e controlar várias funções.
Telas sensíveis ao toque (touch screen) se
tornaram comuns, substituindo teclados.
O display compartilhado acabou com a
discussão acerca da prevalência do painel
gráfico ou semigráfico. Porém criou o
problema da sobrecarga do operador.
Comprimir o tamanho de um painel para a
largura de uma tela de monitor é bom,
quando a planta está funcionando
normalmente, mas o que acontece quando
várias unidades de processo entram em
alarme simultaneamente? Obviamente,
deve haver um compromisso econômico
entre redundância (em termos de acesso a
mais de um console), perigo potencial com
o equipamento, concentração de dados e
fadiga do operador.
Apareceram técnicas especiais, como o
anuncio de first out de alarme, que permite
ao operador ver qual foi o primeiro alarme
que foi acionado, em uma cadeia de
vários. A supressão do alarme secundário
foi outra técnica usada, quando múltiplos
eventos requerem que o operador
concentre a atenção apenas em variáveis
críticas.
Acesso para manutenção é outro lado
da mesma moeda. Painéis locais são ainda
sujeitos à mesma restrição de espaço
como sempre, embora os painéis locais
estejam se tornando mais compactos, por
causa da pouca exigência de espaço dos
circuitos de multiplexação. Ainda, deve-se
fazer esforços para garantir que o
equipamento escolhido e instalado seja
acessível ao pessoal de manutenção.
As normas geralmente especificam os
parâmetros gerais de segurança, tais como
o mínimo espaço para acesso. Elas dizem
pouco acerca do projeto para permitir a
rápida localização do equipamento correto
e seus terminais.
Salas de controle centralizadas
permitem maior separação entre estes
controles necessários para o operador e
aqueles que não são essenciais para o
acesso do operador. Os instrumentos atrás
do painel são freqüentemente removidos
do painel principal e colocados em painéis
cegos, distantes da interface do operador.
Interface Homem-Máquina
Os aspectos da engenharia humana da
interface entre o processo e o operador se
tornam cada vez mais importantes. Em
termos de projeto de painel, engenharia
humana significa estudar as capacidades
físicas e psicológicas dos operadores
médios e projetar e construir equipamento
que permita a estes operadores funcionar
tão eficientemente quanto possível.
O operador médio pode ser homem ou
mulher, alto ou baixo, gordo ou magro ou
até ter alguma deficiência física. Ele ou ela
pode ser surdo ou daltônico ou qualquer
combinação das características acima. Isto
não importa. O problema permanece:
como o projetista cria uma interface
eficiente?
Primeiro, se estuda os assuntos, o
operador e a interface. Lipták recomenda
que a fonte de dados seja mantida na
mente (estudantes, soldados, físicos). A
cadeira deve ter ajuste de altura de
assento, rodinhas para se mover
facilmente.
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Folhas de Especificação
Introdução
Os objetivos da Folha de Especificação
são:
1. Conter informação relacionada com
o processo ou com outros
instrumentos que são necessárias
para completar a engenharia do
sistema
2. Fornecer ao pessoal de compra e
outras pessoas interessadas a
informação necessária para
satisfazer suas tarefas de modo
completo e eficiente –um canal de
comunicação.
3. Servir como registro permanente
para uso da planta – para
instalação, produção , operação e
manutenção.
A Folhe de Especificação é o
documento que fornece as informações
detalhadas e especificas do instrumento,
tais como:
1. Função (sensor, indicação, registro,
transmissão, tipo de
condicionamento, controle, atuação
final, segurança)
2. Variável inicializada (pressão,
vazão, temperatura, nível, análise,
posição, velocidade)
3. Característica (formato, tamanho,
acabamento, cor)
4. Montagem (superfície, painel, tubo,
pedestal)
5. Sinais de entrada e saída
(eletrônico, pneumático, lógico,
digital)
6. Características funcionais (número
de penas para registrador, ações de
controle do controlador, indicação
opcional do transmissor,
posicionador na válvula)
7. Materiais envolvidos para partes
molhadas, invólucro (ferro fundido,
aço carbono, aço inoxidável, monel)
8. Acessórios (filtro regulador,
indicador local, tinta, gráfico,
amortecedor, válvula de bloqueio,
sifão, chave de alarme)
9. Condições de operação
(temperatura e pressão mínima,
normal e máxima)
10. Local de montagem (painel de
leitura, painel cego, campo)
11. Classificação do local de montagem
(área segura ou classificada –
Classe, Grupo e Zona)
12. Classificação elétrica do instrumento
(prova de explosão ou de chama,
purga ou pressurização, segurança
intrínseca, segurança aumentada,
não incenditivo)
13. Classificação mecânica do invólucro
(NEMA ou IEC IP)
14. Faixa calibrada e unidades SI
15. Tipo e tamanho de conexões com
processo (½ “ NPT)
Como a combinação de todas estas
informações resulta em uma quantidade
quase infinita de documentos diferentes, é
prática comum desenvolver formulários
padrão, separando principalmente as
folhas por função e variável. Através
destes formulários padrão se propõe
1. Ajudar na preparação da
especificação completa listando e
deixando espaço em branco para
preenchimento das principais
opções descritivas.
140
Folhas de Especificação
2. Promover uniformidade de
terminologia
3. Facilitar cotação, compra e balanço,
recebimento e pedido através da
informação uniforme
4. Ter um registro útil e permanente
para verificar a instalação.
A ISA S20 (1981): Specification Forms
for Process Measurement and Control
Instruments, Primary Elements and Control
Valves apresenta Folhas de Especificação
padronizadas para as seguintes categorias
de instrumentos:
1. Instrumentos receptor (indicador,
registrador)
2. Anunciadores de Alarme
3. Formulários em branco
4. Instrumentos potenciométricos
5. Instrumentos de temperatura
a) Enchimento termal
b) Termopares e termopoços
c) Detector de Temperatura a
Resistência e termopoços
d) Bimetal
e) Termômetro de vidro
6. Instrumentos de pressão diferencial
7. Instrumentos de vazão:
a) Placas de orifício e Flange
b) Rotâmetro de área variável
c) Tubo magnético
d) Deslocamento positivo
8. Instrumentos de nível
a) Deslocador e bóia
b) Tipo capacitivo
c) Visor
9. Instrumentos de pressão
a) Manômetros
b) Chaves
10. Válvulas de controle
11. Válvulas Piloto de controle de
pressão e Reguladores
12. Regulador de temperatura autoatuada
13. Válvulas de alívio de pressão
14. Discos de ruptura
15. Válvulas solenóides
Estes formulários são simples,
resumidos e podem incluir ou não todos os
dados de engenharia ou definições de
aplicação necessárias.
Algumas folhas consistem de uma
principal e outra secundaria (em forma de
tabela). A folha principal é usada
especificar um único ou vários
instrumentos e a folha auxiliar serve para
listar os tags dos vários instrumentos
especificados na anterior.
O cabeçalho da folha é projetado para
incluir o logotipo e nome da empresa,
nome do projeto, local da planta, data.
Os formulários da Folha de
Especificação cobrem apenas os
instrumentos mais comuns. A lista não é
completa nem é catálogo de instrumentos
e por isso ela pode ser continuamente
expandida.
Uma folha de instrução é dedicada a
cada Folha de Especificação, explicando
as aplicações, termos usados e o
procedimento de preenchimento. As
instruções são associadas aos números da
linha da Folha.
Apostilas DOC\Documentação
Documentação.doc 13 JAN 03
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