Posicionador Electrónico, Série “IPOS”
BIFFI
Posicionador electrónico, comandado por
microprocessador, para actuadores hidráulicos
modulantes, controlados por uma válvula electrohidráulica proporcional ou por uma válvula com servomecanismo
Características e Vantagens
O IPOS é um posicionador electrónico, comandado
por um microprocessador, que permite controlar
a posição de um actuador hidráulico de serviço
modulante, através de uma válvula electrohidráulica proporcional ou de uma válvula com um
servo-mecanismo, como uma função de um sinal
de controlo eléctrico analógico enviado por um
controlador de processo. Os actuadores podem ser
do tipo de duplo efeito ou de retorno por mola.
A longa e vasta experiência adquirida pela BIFFI no
domínio das unidades electrónicas para controlo de
posição de actuadores é a base do design e fabrico
do posicionador electrónico IPOS.
Este posicionador foi especialmente concebido para
serviço “em campo”, sob as condições ambientais
mais severas (ampla gama de temperatura de
serviço, de -40°C a +65°C, vibrações, ambiente
agressivo).
Por esta razão, a BIFFI utiliza componentes
electrónicos de gama de temperatura alargada,
que foram submetidos a tratamentos de protecção
especiais, para os tornar apropriados para ambientes
agressivos (por exemplo, centrais geotérmicas). Foi
prestada particular atenção ao aumento do nível de
imunidade contra as perturbações, que estão sempre
presentes em instalações industriais. A unidade
IPOS destina-se a permitir e facilitar as operações
de emergência do actuador, controladas por sinais
eléctricos do sistema de controlo remoto, pela
movimentação da bobina da válvula proporcional
para a posição adequada para funcionamento de
emergência (abertura por falha, fecho por falha ou
posição por falha). Deste modo, pode ser instalada
apenas uma única válvula, que possui ambas
as características modulantes e de segurança,
em vez de duas válvulas separadas (uma válvula
de controlo e uma válvula de fecho), com uma
economia significativa para o Cliente.
Todas estas características fazem a diferença
entre o posicionador IPOS e os restantes
posicionadores disponíveis no mercado, que são
projectados e fabricados para serem montados
no interior de um armário, num ambiente
protegido (gamas de temperatura de serviço
limitadas e ambientes não agressivos).
A unidade electrónica permite a interface do
PC com o actuador para os controlos locais,
retransmissão de sinal de posição, alarmes,
sinais LEDs e função de autodiagnóstico.
O posicionador IPOS consiste em cartas
electrónicas adaptadas para serem montadas
num suporte de 10”, para instalação num painel
de controlo ou para montagem num invólucro à
prova de intempérie / anti-deflagrante aplicado
no actuador ou por baixo deste, no local de
instalação.
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O posicionador IPOS foi projectado para
interagir com válvulas proporcionais e
válvulas com servo-mecanismo dos principais
fabricantes.
Informação técnica
Tensão de alimentação 24 VDC, -15%, +10%.
É possível qualquer outra alimentação de
corrente eléctrica em DC ou AC, com diferentes
valores de tensão ou frequência.
Temperatura de funcionamento
-20°C a +65°C (versão standard)
-40°C a +65°C (versão especial, com
aquecimento por resistência eléctrica)
Temperatura de armazenagem -55°C a +80°C
Cartas de Construção para suporte de 10“
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BIFRM-0006-PT-1308
Posicionador Electrónico, Série “IPOS”
Aplicações gerais
Com base no “erro de posição” da bobina,
a passagem de corrente para a bobina da
válvula proporcional é controlada, de modo
a causar o movimento da bobina.
A válvula proporcional electro-hidráulica
controla o caudal de óleo proveniente da
linha de alimentação para o cilindro do
actuador ou do cilindro do actuador para a
linha de retorno de óleo.
Características standard
- posicionamento de actuadores utilizados
no controlo da velocidade da turbina em
centrais termoeléctricas, geotérmicas ou de
ciclo combinado
- posicionamento de actuadores utilizados no
controlo do nível de água no condensador
de centrais geotérmicas
- todas as aplicações onde um actuador
hidráulico, controlado por uma válvula
proporciona, é utilizado em serviço
modulante (por exemplo, água, petróleo,
gás, linhas de tubagens ou linhas de
vapor em centrais de produção de
energia, plataformas, docas, instalações
petroquímicas, etc.)
Princípio de funcionamento
O posicionador IPOS está equipado com um
regulador do tipo P.I.D., que compara a posição
real do actuador com o sinal de pedido de
posição proveniente do sistema de controlo do
processo. O posicionador IPOS foi projectado
para controlar o funcionamento de válvulas
proporcionais, com um ou dois solenóides e
um transmissor de posição da bobina, ou de
válvulas com servo-mecanismo. O posicionador
inclui dois reguladores de posição, de modo
a atingir uma elevada precisão no controlo de
posição do actuador:
- o primeiro regulador funciona no circuito
“interno” e controla a posição da bobina da
válvula proporcional;
- o segundo regulador funciona no circuito
“externo” e controla a posição do actuador.
Se os dois sinais são diferentes, o posicionador
IPOS emite um sinal proporcional à sua
diferença (erro de posição). Em função do sinal
acima referido, a passagem de corrente para
a bobina da válvula proporcional aumenta ou
diminui, causando o movimento da bobina,
para controlar o caudal de óleo para o cilindro
do actuador: o caudal de óleo e, então, a
velocidade de funcionamento do actuador, são
tanto mais elevados quando maior for o erro de
posição.
Os parâmetros de configuração são
armazenados numa memória EEPROM
regravável e reconfigurável, que permite
manter a configuração, mesmo no caso de
falha de corrente.
Técnica digital do microprocessador
Todas as funções do posicionador IPOS são
controladas por um microprocessador de
16 bits.
Controlo da posição do actuador
A unidade electrónica IPOS inclui dois
reguladores:
- o “regulador do circuito externo” controla
a posição do actuador e calcula o erro de
posição, através da comparação da posição
real do actuador com o sinal de controlo
designado por “pedido de posição”. Se os
dois sinais são diferentes, um algoritmo do
tipo P.I.D. calcula a nova posição da bobina
da válvula proporcional, de modo a mover
o actuador até atingir a posição pretendida
e então anular o erro; o “regulador do
circuito interno” compara a posição da
bobina da válvula proporcional com o sinal
de pedido de posição da bobina enviado
pelo “regulador do circuito externo”.
Sinal de controlo de “pedido de posição”
O sinal analógico de pedido de posição pode
ser do tipo 4 a 20 mA ou do tipo 1 a 5 V. A
entrada está protegida por um separador
galvânico.
Precisão de posicionamento
Corresponde a 0,5% da amplitude do erro
de posição, excluindo a linearidade do
transmissor de posição do actuador e a sua
deriva térmica.
Diagrama de Blocos
Alarme
Relé de
alarme
“Circuito externo”
Unidade IPOS
“Circuito interno”
LEDs e
pontos de
teste
Automático/
Desligado
(“Off”)
Sinal de
controlo de
“pedido de
posição”
Unidade do actuator
Controlo
Local
Controlo
Remoto
Amplificador de
potência
Regulador
P.I.
Regulador
P.I.D.
Válvula
proporcional
Circuito de controlo de posição
da bobina da válvula
proporcional
Circuito de controlo de posição do actuador
Retransmissão da
posição do
actuador
Transmissor
de posição da
bobina
Transmissor
de posição do
actuador
Actuador
hidráulico
Gerador de corrente
de 4 a 20 mA
Válvula de controlo
Esquema da Instalação
Sala de Comando
Interface com o operador
Alimentação de corrente
eléctrica
Local de instalação
Automático/Desligado (“Off”)
Pedido de posição
Retransmissão de posição
Alarme
Ligações:
Alimentação
Retorno de posição
da bobina
Linha de alimentação de óleo
Transmissor
da válvula
proporcional
Alimentação do
solenóide
Válvula
proporcional
Alimentação
Transmissor
de posição do
actuador
Linha de retorno de
óleo
Hidráulica
Mecânica
Sistema
de controlo
do
processo
Ponto
de ajuste
Eléctrica
Retorno de posição
do actuador
Variável de
controlo do
processo
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Transmissor (pressão/temperatura/
nível/caudal/velocidade)
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Posicionador Electrónico, Série “IPOS”
Resolução
A resolução do actuador corresponde a
0,3-0,4% da amplitude do erro de posição.
Sintonização do circuito de controlo de
posição do actuador
Estão disponíveis os seguintes parâmetros
de configuração ajustáveis, para optimizar as
características de posicionamento do sistema:
- ganho proporcional na abertura (função P)
- ganho proporcional no fecho (função P)
- tempo integral (função I)
- velocidade máx. de abertura
- velocidade máx. de fecho
Memória de configuração
Todos os parâmetros de configuração acima
referidos são armazenados numa memória
EEPROM.
Estão disponíveis até 10.000 operações de
configuração.
Retorno de posição do actuador
O sinal de saída do transmissor de posição
do actuador é utilizado para fechar o “circuito
externo”: pode ser de 4 a 20 mA ou de 1 a 5 V.
A alimentação do transmissor de posição é
fornecida pelo próprio posicionador IPOS.
Sinal de retransmissão da posição do
actuador
A posição real do actuador também pode
ser enviada para a sala de comando, através
de um sinal de 4 a 20 mA, protegido por um
separador galvânico.
Retorno de posição da bobina da válvula
proporcional
O sinal de saída do transmissor de posição da
bobina da válvula proporcional do actuador
é utilizado para fechar o “circuito interno”:
este sinal depende do modelo de válvula
proporcional que está a ser utilizado.
A alimentação do transmissor de posição é
fornecida pelo próprio posicionador IPOS.
Colocação em operativo do controlo
remoto
O selector possui duas posições: “automático”
e “desligado” (“off”). Em “automático”
(operativo), o posicionamento do actuador é
controlado por um sinal analógico de pedido
de posição, enquanto em “desligado” (“off”)
(inoperativo), o actuador mantém a última
posicão antes de ter sido comutado para
“desligado” (“off”).
Controlos locais
O selector Local / Remoto e os botões de
pressão de Abertura / Fecho estão montados no
painel frontal do posicionador IPOS. Quando o
selector está na posição Remoto o actuador é
controlado de acordo com o sinal de controlo
do pedido de posição externo. Quando o
selector está na posição Local, o sinal externo é
ignorado e o actuador é controlado, na abertura
ou no fecho, por intermédio dos botões de
pressão de contacto mantido: é então possível
mover e manter a válvula na posição angular
pretendida.
Sinais LED disponíveis na carta
Estão disponíveis LEDs na carta do posicionador
IPOS, para os seguintes estados ou deficiências
de funcionamento:
- presença de alimentação de corrente,
operação de abertura
- operação de fecho
- avaria do sinal de pedido de posição
- avaria do sinal de posição do actuador
- funcionamento deficiente da válvula
proporcional
- erro de posição excedendo o valor pré-fixado
durante um período mais longo do que o
tempo pré-fixado.
Acção em caso de avaria
Pode ser seleccionada, uma das seguintes
acções, que são efectuadas pelo posicionador
IPOS no caso de não existir ponto de ajuste ou
retorno:
- o actuador permanece na mesma posição
- o actuador atinge a posição de abertura
- o actuador atinge a posição de fecho
A regulação da acção de avaria é efectuada
pela BIFFI e armazenada na memória de
configuração.
Saída de alarme
Está disponível um relé de saída com contacto
livre de tensão para a sinalização remota de
qualquer deficiência de funcionamento (isto é,
falta de alimentação de corrente eléctrica, avaria
de posicionamento, avaria do sinal de pedido de
posição, avaria do sinal de posição do actuador,
avaria do sinal de posição da bobina da válvula
proporcional, etc.).
Compatibilidade EMC
O posicionador IPOS foi tecnicamente
projectado para cumprir as normas CENELEC
EN 50081-2 e EN 50082-2, relevantes para a
compatibilidade electromagnética em ambientes
industriais severos.
Isolamento da Entrada / Saída analógica e
digital
Todas as entradas e saídas analógicas
e digitais com a sala de comando são
fornecidas com separadores galvânicos (optoacopladores, relés, etc.).
Isolamento da alimentação de corrente
A alimentação de corrente proveniente da
linha principal está protegida por um filtro de
linha e isolada por um transformador ou por
um conversor.
Ajuste no local de instalação
Possibilidade de fácil ajuste no local de
instalação dos parâmetros P, I e D, relevantes
para o regulador da posição do actuador e
para o controlo da válvula proporcional.
Porta série RS232 para ligação a PC
Está disponível uma porta série RS232 para
ligação a PC. A utilização do PC permite
visualizar as variáveis mais importantes, os
alarmes e configurar a memória EEPROM, de
modo muito fácil e preciso.
Pontos de teste
No painel frontal da unidade IPOS existem
dois pontos de teste. Estes fornecem um sinal
na gama de 1 a 5 V, correspondente ao sinal
de controlo de pedido de posição e aos sinais
de posição do actuador.
Painel local
Por encomenda, está disponível um painel
local completo, com botões de pressão e
interruptor-selector, ambos de construção à
prova de intempérie e anti-deflagrante.
Um mostrador de dois dígitos indica qual a
variável que foi seleccionada (isto é, sinal
de entrada, pedido de posição, tempo
integral, ganho proporcional), enquanto outro
mostrador de três dígitos, indica o valor da
variável seleccionada. Isto permite uma fácil
sintonização e detecção de avarias.
Montagem em armário
O posicionador IPOS consiste numa série
de cartas electrónicas montadas num
suporte de 10“ (altura 3U). O suporte é
habitualmente montado no interior de um
pequeno armário, que pode ser integral ou
separado do actuador. O armário pode ser de
construção à prova de intempérie, fabricado
em aço carbono, GRP ou aço inoxidável, e/
ou de construção anti-deflagrante, fabricado
em ferro fundido ou alumínio. No interior
do armário localizam-se os fusíveis, um
interruptor magnetotérmico, um filtro de linha,
os sinais e controlos locais.
Acessório
Carta de extensão que permite o posicionador
IPOS funcionar com a carta lógica fora do
suporte.
Esta é bastante útil durante a manutenção
específica.
Peças de reserva recomendadas
As cartas electrónicas são constituídas por
componentes de estado sólido e, como tal,
não necessitam de qualquer procedimento
de manutenção especial. As seguintes peças
de reserva são, no entanto, recomendadas
para comissionamento e para dois anos de
funcionamento:
- um conjunto de cartas de reserva para cada
5 unidades IPOS
- um conjunto de fusíveis para cada 5
unidades IPOS
Função de autodiagnóstico
Esta característica verifica o correcto
funcionamento do posicionador IPOS e emite
sinais de alarme, no caso de detecção de
deficiências de funcionamento.
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