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Carlos Alvarez
TELEMETRIA
INSTRUMENTAÇÃO & AUTOMAÇÃO
2
Automação de Processos
Telemetria
3
A interpretação literal do termo significa medição à distância.
Descrevendo melhor este termo no contexto atual, podemos dizer que a telemetria é a técnica de transmissão de informações, referentes às medições de variáveis de processo, para instrumentos ou sistemas localizados distantes da fonte de informação.
4
1. Pneumática (analógica)
2. Eletrônica
2.1. Analógica
2.2. Digital (com fio)
2.3. Wireless (sem fio)
2.4. Via Modem
Tipos de Transmissão Utilizadas
Telemetria
5
Sistema de Controle – Instrumentos Ligados Ponto a Ponto
Sala de Controle
Sistema da Controle
Ligação Ponto a Ponto de Cada Instrumento
Transmissão Eletrônica Analógica
6
A interpretação literal do termo significa medição à distância.
Elemento Sensor
Condicionar Sinal Mostrador
Saída do Transmissor
3 – 15 psi4 – 20 mA
Módulos que compõem um transmissor analógico.
Vari
ável
de
Proc
esso
Transmissão Analógica
7
Sinais Analógicos mais Utilizados:
a) Transmissão Pneumática (limitado a 100 m máximo)
• 3 a 15 psi
• 0,2 a 1,0 kgf/cm2
• 20 a 100 kPa
b) Transmissão Elétrica
• 4 a 20 mA
• 10 a 50 mA
• 1 a 5 Vcc (limitado a 15 metros máximo)
Telemetria
8
Transmissor Pneumático
Sinalde
Entrada
SensorPreparação
doSinal
AmpSinal
deSaída
3 a 15 psiVariável
deProcesso
Realimentação
Suprimento: 20 psiRelé Piloto
SistemaBico-Palheta
Telemetria
9
Sistema Bico-Palheta
Telemetria
10
Sistema Bico-Palheta
Telemetria
11
Sistema Bico-Palheta
Telemetria
12
Sistema Bico-Palheta
Telemetria
13
Sistema Relé Piloto
Telemetria
14
Sistema Bico-Palheta e Relé Piloto
Telemetria
Output pressure
Suprimento: 20 PSI
15
Sistema Relé Piloto
Suprimento: 20 PSI
Telemetria
16
Sistema Bico-Palheta e Relé Piloto
Telemetria
Output pressure
Suprimento: 20 PSI
17
Sistema Relé Piloto
Telemetria
18
Transmissor Pneumático
Telemetria
19
Transmissor
Telemetria
20
Transmissor de Pressão Diferencial
4 a 20 mA
Telemetria
21
Telemetria
4 a 20 mA
Atm
Transmissor de Pressão Relativa
Atm
22
Telemetria
Curva de calibração do transmissor.
50 2501504
20
12Si
nal d
e C
orre
nte
[mA
]
PV [°C]
23
BICO
RELE SAIDA3 A 15 PSI
DIAFRAGMASENSOR
PIVO
PALHETA
BARRADE
FORÇA
FOLE DEREALIMENTAÇÃO
SUPRIMENTO: 20 PSI
L H
Câmara de Baixa Pressão
Câmara de Alta Pressão
Telemetria
24
Transmissão Pneumática - Fole
Telemetria
25
Transmissão Pneumática
Suprimento: 20 psi
Sinal de Saída: 3 a 15 psi Sensor
Telemetria
26
Transmissão Pneumática
Telemetria
27
Transmissores Pneumáticos
28
Transmissão Pneumática
Suprimento: 20 psi
Sinal de Saída: 3 a 15 psi
Variável de
Processo
Instrumentos de PainelReceptores
Transmissor
Controlador & RegistradorPT
PIC PR
Telemetria
29
Transmissão Pneumática
Suprimento: 20 psi
Sinal de Saída: 3 a 15 psi
Processo
Instrumentos de PainelReceptoresTransmissor
Controlador & Registrador
Telemetria
30
Transmissão Pneumática - Painel
Telemetria
31
Transmissão Pneumática
A grande e única vantagem em se utilizar os instrumentos pneumáticos está no fato de se poder operá-los com segurança em áreas onde existe risco de explosão (centrais de gás, por exemplo).
Desvantagens
a) Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seu suprimento e funcionamento.
b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro, desumidificador etc, para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partículas sólidas.
Telemetria
32
Desvantagens
c) Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não pode ser enviado à longa distância, sem uso de reforçadores.
Normalmente a transmissão é limitada a aproximadamente 100 m. A partir desta distância é necessário uso de booster.
d) Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos instrumentos são difíceis de serem detectados.
e) Não permite conexão direta aos computadores.
Telemetria
33
Transmissão Eletrônica Analógica
Esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão.
Mesmo em face da tecnologia disponível no mercado para fabricação de instrumentos eletrônicos microprocessados (digitais), esse é o tipo de transmissão largamente usado em todas as indústrias.
Assim como na transmissão pneumática, o sinal é linearmente modulado em uma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mínimo e máximo de uma variável de um processo qualquer.
Telemetria
34
Transmissor Eletrônico
Telemetria
Sinalde
Entrada
Sensor AmpSinalde
Saída
4 a 20 mAVariável
deProcesso
Realimentação
Preparação do
Sinal
Fonte de Energia
35
Transmissão Analógica: 2 Fios (Two Wire)
Telemetria
36
Transmissores EletrônicosTransmissão Analógica: 2 Fios (Two Wire)
37
Transmissão Analógica: 2 Fios
+
-
+
+ -
-
Fonte CC 24 V
Transmissor2 Fios
Receptor
4 a 20 mA
Telemetria
38
Transmissor Analógico – 2 Fios
39
Transmissão Analógica: 4 Fios
127 Vac
Telemetria
40
Transmissão Analógica: 4 Fios
+
-
+- Transmissor4 Fios
Receptor
4 a 20 mA127 Vac
Telemetria
41
Transmissor Eletrônico – 4 FiosMedidores Eletromagnéticos de Vazão.
42
Transmissão Eletrônica Analógica
Como padrão para transmissão a longas distâncias são utilizados sinais em corrente contínua variando de (4 a 20 mA) e para distâncias até 15 metros aproximadamente, também se utiliza sinais em tensão contínua de 1 a 5 V.
Vantagensa) Permite transmissão para longas distâncias sem perdas (em
corrente).
b) A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que conduzem o sinal de transmissão.
c) Permite fácil conexão aos computadores.
Telemetria
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Telemetria
Curva de calibração do transmissor.
50 2501504
20
12Si
nal d
e C
orre
nte
[mA
]
PV [°C]
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Telemetria
4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA
0 bar 10 bar 20 bar 30 bar 40 bar
22 bar
Qual o valor do sinal de transmissão?
Sinal de Transmissão = 12,8 mA
45
Telemetria
4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA
- 20 °C 20 °C 60°C 100 °C 140 °C
127 °C
Qual o valor do sinal de transmissão?
Sinal de Transmissão = 18,7 mA
46
Telemetria
I = 22,67 mA
I = 32,67 mA
+ 10 mA
Qual o valor do sinal de transmissão?
47
Telemetria
Qual o valor do sinal de transmissão?
48
0
25
50
75
100
40
90
140
190
240% °C
Porcentagem Variável de Processo
Vx T
Telemetria
49
0
25
50
75
100
40
90
140
190
240% °C
Porcentagem Variável de Processo
Vx T
Telemetria
50
0
25
50
75
100
3
6
9
12
15
40
90
140
190
240% °C psi
Porcentagem Variável de Processo
Sinal de Transmissão
Vx PT
Telemetria
51
0
25
50
75
100
4
8
12
16
20
3
6
9
12
15
40
90
140
190
240% °C mApsi
Porcentagem Variável de Processo
Sinal de Transmissão
Vx
Telemetria
52
Exercício 1Considerando uma transmissão eletrônica de padrão 4 a 20 mA, para uma faixa de trabalho da variável de processo de -20 a 100 oC, calcular o valor do sinal de transmissão, quando a variável estiver em 50 oC.
Telemetria
53
Sinal de Transmissão:
Valor da Variável:
0 a 100 oC
Transmissor de Temperatura
4 a 20 mA
Span: 100 oC4 a 20 mA
50 oC
Telemetria
Resposta: ST = 13,33 mA
Faixa Nominal: 0 a 100 oC
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Exercício 2Considerando uma transmissão pneumática de padrão 3 a 15 psi, para uma faixa de trabalho da variável de processo de 40 a 100 kgf/cm2, calcular o valor do sinal de transmissão, quando a variável estiver em 60 kgf/cm2.
Telemetria
Telemetria
55
Faixa Nominal: 40 a 100 kgf/cm2
Sinal de Transmissão: 3 a 15 psi
Valor da Variável: 60 kgf/cm2
40 a 100 kgf/cm2
Transmissor de Pressão3 a 15 psi
Resposta: ST = 7,0 psi
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Exercício 3Um transmissor eletrônico analógico trabalha com range padrão de saída de 4 a 20 mA, para uma faixa de trabalho da variável de processo de 80 a 240 °C. Calcular o valor do sinal de transmissão, quando a variável de processo estiver em 40% do range. Também informar o valor da PV.
Telemetria
Respostas: ST = 10,4 mA PV = 144 °C
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Os sinais de transmissão analógica, seja este pneumático ou elétrico, normalmente, iniciam a transmissão em um valor acima do zero, para termos uma segurança em caso de rompimento do meio de comunicação ou verificação de uma possível descalibração do instrumento.
Este tipo de artifício é chamado de zero vivo.
Se a saída do transmissor fosse um sinal de 0 a 20 mA (no lugar de 4 a 20 mA), por exemplo, não haveria meios de identificar o sinal correspondente ao valor mínimo da faixa com o sinal relativo às falhas no sistema, como falta de alimentação ou fio partido no transmissor eletrônico.
Telemetria
58
Se a saída do transmissor fosse um sinal de 0 a 15 psi (no lugar de 3 a 15 psi), por exemplo, não haveria meios de identificar falhas no sistema, como entupimento do tubo, quebra do tubo ou falta de ar de suprimento no transmissor pneumático.
Telemetria
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Transmissão Digital
Nesse tipo de transmissão os “pacotes de informações” sobre a variável medida são enviados para uma estação receptora, através de sinais digitais modulados e padronizados.
Para que a comunicação entre o elemento transmissor e receptor seja realizada com êxito é utilizada uma “linguagem” padrão chamado protocolo de comunicação.
Principais Protocolos (FieldBus)• Hart
• Fundation Fieldbus - FF
• Profibus PA
Telemetria
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Sistema de Controle – Instrumentos em Rede com Fio
REDE FIELDBUS
LC-700
BT-302
PSI-302
PS-302
PCI4 CANAIS
SISTEMASUPERVISÓRIO
Entradas eSaídas Digitais
Transmissão Eletrônica Digital
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Vantagens
a) Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento.
b) Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão dos dados.
c) Imune a ruídos externos.
d) Permite configuração, diagnósticos de falha e ajuste em qualquer ponto da malha.
e) Menor custo final.
Telemetria
62
Desvantagens
a) Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta a comunicação entre equipamentos de marcas diferentes.
b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se perder a informação e/ou controle de várias malhas.
Telemetria
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HART
Telemetria
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Transmissores Digitais
Fonte de Alimentação
Equipamento Mestre
Interface
Telemetria
65
Sala de Controle
Sistema da Controle
Ligação em Rede de Todos os Instrumentos –Ligação Paralela (Multidrop)
TelemetriaTransmissão Digital Hart - Rede com Fio
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Transmissão Digital em Rede com Fio
Telemetria
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Transmissão Digital - Hart
Programação / Parametrização e Manutenção.Configurador = Hand-Held = Palm Top
Telemetria
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Transmissão Digital – Programador Hart
Telemetria
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Transmissão Via Rádio – Wireless
Neste tipo, o sinal ou o pacote de sinais medidos são enviados à sua estação receptora via ondas de rádio em uma faixa de freqüência específica.
Telemetria
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Sistema de Controle – Instrumentos em Rede Wireless
Transmissão Eletrônica Digital
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Vantagens
a) Não necessita de cabos de sinal.
b) Podem-se enviar sinais de medição e controle de máquinas em movimento.
Desvantagens
a) Alto custo inicial.
b) Necessidade de técnicos altamente especializados.
Telemetria
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Transmissão Via Modem
A transmissão dos sinais é feita através de utilização de linhas telefônicas pela modulação do sinal em freqüência, fase ou amplitude.
Modem: Modulador / Demodulador
Telemetria
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Transmissão Via Modem
Modem: Modulador / Demodulador
Telemetria
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Vantagens
a) Baixo custo de instalação.
b) Pode-se transmitir dados a longas distâncias.
Desvantagens
a) Necessita de profissionais especializados.
b) baixa velocidade na transmissão de dados.
c) sujeito a interferências externas, inclusive violação de informações.
Telemetria
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Todas as ilustrações, marcas e produtos mencionados nesta apresentação pertencem aos seus respectivos proprietários, assim como qualquer outra forma de propriedade intelectual, sendo usadas estritamente em caráter educacional.
Carlos Alvarez
Declaração de copyright
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