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Automação Industrial. Capítulo 2 – Telemetria. Prof.ª Patricia Pedroso Estevam Ribeiro Email: patriciapedrosoestevam@hotmail.com. 02 e 03 / 05/ 2014. Introdução. Telemetria:
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Automação Industrial Capítulo 2 – Telemetria Prof.ª Patricia Pedroso Estevam Ribeiro Email: patriciapedrosoestevam@hotmail.com 02 e 03 / 05/ 2014
Introdução • Telemetria: • é uma tecnologia que permite a medição e comunicação de informações de interesse do operador ou desenvolvedor de sistemas. • Antigamente esses dados eram sinais pneumáticos que circulavam em uma malha de controle. Depois, com o desenvolvimento tecnológico, vieram os sinais analógicos e hoje tem-se os sinais digitais.
Introdução • A nível industrial os sinais digitais começaram a aparecer a partir da década de 70. Hoje já são bastante comuns, estando presente nos protocolos HART, Modbus, Fieldbus, etc. • A palavra é de origem Grega onde tele = remoto e metron = medida. • Sistemas que necessitam de instruções e dados enviados à eles para que sejam operados, requerem o correspondente a telemetria, o telecomando.
Vantagens da Telemetria • Os instrumentos agrupados podem ser consultados mais fácil e rapidamente, possibilitando uma visão conjunta do desempenho da unidade. • Podemos reduzir o número de operadores com simultâneo aumento da eficiência do trabalho. • Cresce, consideravelmente, a utilidade e a eficiência dos instrumentos em face das possibilidades de pronta consulta, manutenção e inspeção, em situação mais acessível, mais protegida e mais confortável
Transmissores • Definição: • Os transmissores são instrumentos que medem uma variável do processo e a transmitem, a distância, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou a uma combinação destes. Existem vários tipos de sinais de transmissão: pneumáticos, elétricos, hidráulicos e eletrônicos e digitais.
SINAIS PNEUMÁTICOS • Sinais Típicos: 3 a 15 PSI / 3 a 27 PSI / 0 a 30 PSI. • Países com Sistema Métrico: 0,2 a 1,0 kgf/cm2. • Nas válvulas: 0,6 a 1,4 kgf/cm2 ou 0,8 a 2,4 kgf/cm2. • Linhas de Transmissão: • As linhas de transmissão pneumáticas são constituídas de tubos de cobre ou vinil de 1/4" (diâmetro externo). • Em casos especiais (atmosferas oxidantes), usam-se tubos de aço inox. • A distância prática para transmissão do campo para o painel é de aproximadamente 150m. • Para distâncias superiores, é recomendável intercalar relés pneumáticos (amplificadores) a cada 100m a fim de atenuar os retardas de transmissão. • Considera-se viável, a transmissão pneumática até a distância de 500m.
Transmissores Pneumáticos • Podemos, entretanto, encontrar transmissores com outras faixas de sinais de transmissão. Por exemplo: de 20 a 100kPa. • Nos países que utilizam o sistema métrico decimal, adotam-se as faixas de 0,2 a 1kgf/cm2 que equivalem, aproximadamente, de 3 a 15psi. • O alcance do sinal no sistema métrico é cerca de 5% menor que o sinal de 3 a 15psi.
SINAIS ANALÓGICOS • Sinais Típicos: 4 a 20mA / 10 a 50 mA / O a 20 mA / 1 a 5 V / 0 a 5 V / 0 a 10V. • Linhas de Transmissão: As linhas de transmissão para instrumentação eletrônica, são constituídas geralmente de fios de cobre flexível com isolamento de até 600 Volts. Os sinais DC contínuos eliminam a possibilidade de capturar perturbações eletromagnéticas podendo utilizar 2 fios blindados. • Zero Vivo: Utilizado quando adotamos o nível mínimo de 4 mA, oferece a vantagem de podermos detectar uma avaria (rompimento de um dos fios), que provocaria a queda do sinal abaixo de 0%. Note também, que o nível mínimo do sinal pneumático não é zero e sim 3PSI, deste modo, consegue-se calibrar corretamente o instrumento, comprovando essa calibração como por exemplo no caso de um transmissor pneumático de temperatura de range O a 150°C onde o sensor estivesse com O°C e o sinal de saída em 1 PSI, o mesmo visivelmente seria possível detectar sua descalibração. Se o nível mínimo fosse O PSI, não seria possível fazer esta comprovação rapidamente.
Transmissores Eletrônicos • Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de sinais em painéis, sendo os mais utilizados: 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. • A relação de 4 a 20 mA, 1 a 5 V está na mesma relação de um sinal de 3 a 15psi de um sinal pneumático.
SINAIS DIGITAIS • Comunicação Paralela • A comunicação paralela é normalmente utilizada para a troca de informações entre computadores e demais sistemas digitais de alta velocidade quando separados fisicamente em locais próximos, isto é, com poucos metros de separação. Composto por 8 bits, utiliza 8 vias para transmissão, permitindo a transferência simultânea de informação e além de sinais elétricos.
SINAIS DIGITAIS • Comunicação Serial • A transmissão serial é o processo pelo qual, bit a bit, é transmitido de forma seqüencial por uma única linha física. O conjunto de um determinado número de bits, forma um caracter. • Transmissão Serial Assíncrona: o modo assíncrono trata cada caracter separadamente, transmitindo-o como se fosse um pacote isolado de informação. A sincronização é realizada por bits sinalizadores de partida (Start bit) e de parada (Stop bit).
SINAIS DIGITAIS • Comunicação Serial • Transmissão Serial Síncrona: na transmissão serial síncrona, os bits de um caracter são seguidos por outros bits do próximo caracter, não havendo os start bits e os stop bits. O sincronismo da transmissão é conseguido através do envio de um caracter ou caracteres de sincronismo, os quais mantém os osciladores do transmissor e do receptor em fase.
SINAIS DIGITAIS • Padrões de Interfaces de Comunicação: • EIA-RS 232C: Saída no estado impedância (Tri-state), ligação em pequenas distâncias. • EIA-RS 422: Comunicação (master-slave) com saída no estado impedância (Tri-state), ligação em longa distâncias. • EIA-RS 485: Comunicação (master-slave) com saída no estado impedância (Tri-state), ligação em longa distâncias.
SINAIS DIGITAIS • Tipos de modulação • MODEM (Modulador - Demodulador) estão geralmente associados com transmissão por linha telefônica, onde o sinal na linha tem valores variando constantemente. Em sistemas de controle distribuído, os bits são transmitidos em estados ON e OFF. Entretanto a ação de interfaceamento entre a informação binária no arquivo controlador e no highway, tem alguma similaridade com o modem, de forma que o termo é aceito. Modems utilizam três esquemas básicos de modulação: • Modulação em Frequência: (FSK): é uma forma de onda, onde a frequência portadora é modificada de um valor representado por 1, para outro representando por O. Ex: "1" = 1.200 Hz e "O" = 2.400 Hz. • Modulação em Amplitude (ASK): opera com a portadora em frequência constante, masvaria a amplitude para corresponder a mudanças de estado. Ex: "1" = 4 Vpp e "O" = 2 Vpp. • Modulação em Fase (PSK): modifica a fase do sinal transmitido por um número espécifico de graus para corresponder a uma formatação de entrada em bits. Ex: "1" = 0° e "O" = 180°.
SINAIS DIGITAIS • Velocidade de Transmissão (Baud-rate) • É definida como o número de bits que são transmitidos por segundo. • As relações de transmissão de dados mais comuns são: 300, 600, 1.200, 4.800, 9.600 e 19.200.
Protocolo HART • Protocolo HighwayAdressRemoteTransducer (HART) • Consiste num sistema que combina o padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. • É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1.200 bits/s (BPS) e modulação FSK (FrequencyShiftKeying). • Baseado no sistema mestre/escravo, permitindo a existência de dois mestres na rede simultaneamente. • As desvantagens são que existe uma limitação quanto à velocidade de transmissão das informações e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de um par de fios para cada instrumento).
Protocolo HART • Vantagem • Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital • Usa o mesmo tipo de cabo empregado na instrumentação analógica • Dispõe de equipamentos de vários fabricantes • Desvantagem • As desvantagens são que existe uma limitação quanto à velocidade de transmissão das informações e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de um par de fios para cada instrumento).
Fieldbus • É um sistema de comunicação digital bidirecional, que interliga equipamentos inteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipamentos localizados na sala de controle. • Permite comunicação entre uma variedade de equipamentos, tais como: transmissores, válvulas, controladores, CLP etc. • Permite o uso de equipamentos de fabricantes diferentes (interoperabilidade) • Utiliza um controle distribuído (cada instrumento tem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar informações a outros instrumentos para correção de uma variável – pressão, vazão, temperatura etc.).
