Na aplicação de instrumentação e controle de processos, os dispositivos empregam o padrão de sinal de corrente dentro da faixa de 4-20 mA. Essa abordagem permite que os valores fora desse intervalo atuem como indicadores de possíveis anomalias no instrumento, que podem ser atribuídas a desvios de calibração ou até mesmo à falha completa do dispositivo.
Neste artigo, utilizaremos transmissores de temperatura como exemplo. Semelhante a outros instrumentos, esses dispositivos podem manifestar uma variedade de falhas, sendo as mais comuns as seguintes:
- Desvio no sensor, resultando em medições incorretas.
- Interrupção ou curto-circuito no cabo do sensor.
- Redução da capacidade de isolamento do cabo, o que pode levar a aterramentos indesejados.
- Defeitos eletrônicos no sinal de saída do transmissor.
- Falhas na eletrônica do próprio transmissor.
Na área da instrumentação e controle de processos industriais, a obtenção de diagnósticos preditivos de falhas é fundamental para garantir a operação eficaz e segura dos sistemas. Uma estratégia altamente eficiente para realizar essa tarefa envolve a análise dos níveis de corrente utilizados nos transmissores, combinada com a lógica de programação presente em Controladores Lógicos Programáveis (PLCs). Essa abordagem permite a criação de um sistema de supervisão altamente sofisticado, capaz de detectar e sinalizar diversos tipos de falhas que um transmissor possa apresentar.
O grande diferencial dessa técnica é a capacidade de identificar problemas mesmo quando os valores de corrente se encontram dentro da faixa de medição padrão de 4-20 mA. Um exemplo prático disso é quando um valor permanece constante por um período prolongado. Essa estabilidade excessiva pode ser indicativa de um erro no sensor correspondente, como um sensor de pressão, por exemplo.
Ao implementar essa estratégia de monitoramento e diagnóstico, as organizações podem antecipar e responder proativamente a falhas potenciais, evitando paralisações inesperadas e garantindo a integridade dos processos industriais. Além disso, a capacidade de realizar uma parametrização precisa dos transmissores com base nos dados de corrente e lógica de programação amplia a eficiência operacional e a segurança do sistema como um todo.
Em resumo, a combinação de análise de corrente, lógica de PLC e detecção de falhas mesmo dentro da faixa de 4-20 mA representa uma abordagem avançada e indispensável para a gestão e manutenção de sistemas de instrumentação e controle em ambientes industriais complexos. Essa estratégia não apenas promove a confiabilidade operacional, mas também otimiza a eficiência e a produtividade de todo o processo industrial.
É crucial observar que existe um padrão internacional denominado NAMUR 43, que estabelece os valores de sinal de saída com base na corrente empregada. No entanto, lamentavelmente, nem todos os fabricantes aderem estritamente a esse padrão, resultando em uma variedade de valores utilizados, o que, por sua vez, gera desafios significativos na integração e interpretação dos sinais analógicos em sistemas de controle de loop único, sistemas de controle geral e sistemas de segurança industrial.
Um exemplo ilustrativo disso é a discrepância nos valores de corrente adotados por diferentes transmissores. Alguns transmissores podem operar com 3,75 mA, enquanto outros optam por valores como 3,6 mA ou até mesmo valores inferiores. Além disso, observa-se que alguns transmissores adotam correntes mais elevadas, como 21,75 mA ou além, enquanto outros se mantêm próximos de 23 mA.
Essa diversidade nos valores de corrente de saída dos transmissores pode resultar em desafios substanciais durante a configuração e o funcionamento dos sistemas de controle, uma vez que a interpretação desses sinais se torna menos padronizada e mais complexa. A falta de conformidade com o padrão NAMUR 43 dificulta a uniformidade e a interoperabilidade entre os dispositivos de diferentes fabricantes, exigindo frequentemente adaptações e ajustes adicionais para assegurar um desempenho adequado e uma comunicação eficaz entre os componentes do sistema.
Portanto, a consideração dessas variações nos valores de corrente de saída é essencial ao projetar e implementar sistemas de controle e segurança industrial, a fim de garantir a integração eficiente e a interpretação precisa dos sinais analógicos, promovendo assim a operação confiável e segura em ambientes industriais complexos.
A recomendação NAMUR NE43, que se refere à “Padronização do Nível de Sinal para Informações de Falhas em Transmissores Digitais,” desempenha um papel fundamental na uniformização da representação das falhas em transmissores e na interpretação dessas informações nos sistemas de controle, contribuindo assim para uma integração analógica mais eficaz.
O NE43 estabelece claramente os parâmetros para identificação de estados operacionais em transmissores digitais. De acordo com essa norma, a faixa de 3,8 a 20,5 mA é considerada um valor de medição válido, indicando que o transmissor está operando dentro dos parâmetros esperados, ou seja, em um estado ‘Bom’. Qualquer corrente dentro da faixa de 3,8 a 4 mA ou de 20 a 20,5 mA sugere que o sinal está saturado, o que é uma informação útil para a interpretação correta.
Por outro lado, valores de corrente abaixo de 3,6 mA ou acima de 21 mA são considerados indicativos de uma falha no transmissor, classificando-o como ‘Ruim’. Essa clara definição de estados permite uma rápida identificação de problemas e uma resposta proativa por parte dos operadores ou sistemas de controle, melhorando a eficiência operacional e a confiabilidade dos processos industriais.
A implementação da recomendação NE43 é fundamental para assegurar que os sistemas de controle possam interpretar de forma consistente os sinais dos transmissores digitais, facilitando a manutenção preventiva e a detecção precoce de falhas, e contribuindo, assim, para o funcionamento seguro e eficiente dos sistemas de automação industrial.
A utilização de transmissores e sistemas em conformidade com a recomendação NE43 oferece a vantagem de sinalizar falhas de maneira eficiente tanto para os operadores quanto para as estratégias de controle em uso.
No entanto, é importante observar que, sob essa padronização, todos os tipos de erros, sejam eles críticos ou triviais, são apresentados da mesma forma, o que pode tornar a interpretação das falhas um desafio para os operadores. Em caso de qualquer erro detectado, o sistema emite um sinal de falha e interrompe a entrega dos dados de medição. Nesse cenário, é incumbência do operador notificar a equipe de manutenção para realizar intervenções preventivas no dispositivo afetado.
Por outro lado, em sistemas que adotam comunicações digitais como o FOUNDATION fieldbus e o PROFIBUS-PA, cada medição é acompanhada por uma indicação de status individualizada. Esta indicação em tempo real permite a categorização das medições como ‘Bom’, ‘Ruim’ ou ‘Incerto’.
Essa funcionalidade mais avançada possibilita que os operadores e as estratégias de controle adotem abordagens diferenciadas para problemas de gravidade variável. Em situações de falhas críticas, a estratégia de controle pode, por exemplo, direcionar o loop para o modo manual, com a opção de desligamento, para garantir a segurança do processo. Em contrapartida, para problemas menos sérios, o valor da medição ainda é apresentado, mas com o status “Incerto”, permitindo uma análise mais detalhada e uma intervenção mais adequada, se necessário.
Dessa forma, a utilização de protocolos de comunicação digital avançados não apenas simplifica a detecção de falhas, mas também proporciona uma resposta mais precisa e eficaz às diferentes situações que podem ocorrer em processos industriais complexos, promovendo, assim, a operação segura e eficiente desses sistemas.
Posicionadores de válvulas inteligentes
Os posicionadores de válvula inteligentes representam um componente crucial nos sistemas de automação industrial, sendo responsáveis por controlar precisamente a abertura e o fechamento de válvulas de controle em processos industriais. No entanto, é importante notar que esses dispositivos não se enquadram no escopo da recomendação NAMUR NE43, que estabelece padrões para sinalização de falhas em transmissores digitais.
Nos sistemas de controle e controladores de loop único que utilizam o padrão de saída de 4-20 mA, a lógica operacional é semelhante quando se trata de fechamento total das válvulas de controle. Em outras palavras, eles podem definir como intervalo de corrente valores inferiores a 4 mA ou superiores a 20 mA para representar o fechamento completo das válvulas.
No entanto, a complexidade surge quando lidamos com posicionadores de válvula inteligentes. Esses dispositivos requerem uma corrente mínima de 3,6 mA para operar de forma estável, pois geralmente empregam componentes que demandam correntes mais elevadas. Reduzir a corrente para zero, como em alguns sistemas que buscam fechamento total, é impraticável no caso desses posicionadores, pois isso resultaria em um funcionamento instável e, em alguns casos, no desligamento completo do equipamento.
Portanto, é fundamental configurar adequadamente o sistema de controle ou o controlador de loop único para fornecer uma corrente mínima de 3,6 ou 3,8 mA para garantir o fechamento total controlado pelo posicionador de válvula inteligente. Essa configuração é essencial para assegurar que o posicionador continue a operar de forma confiável e seja capaz de responder às comunicações via protocolo HART, garantindo, assim, a operação contínua e eficiente dos processos industriais. Em resumo, essa adequação é crucial para a integração bem-sucedida de posicionadores de válvula inteligentes em sistemas de automação industrial.
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