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automação de compressores centrífugos - Escola de Minas

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1. Modulo Tela GER AR COMPRIMIDO Ir Usu rio LEONARDOM 5 00 24 PM an 4 Si e heeais ar E Rio Esta o Gooewsot reve amp lt gt os AREA 17 AR COMPRIMIDO M emerson me 6 96 warend cm 2 T 08FC001 0 00 bar X a o8FC002 PCV 00S 003 oe 17RA001 k 08FC003 e poco cece esac cee eee e ce ee eee n cc eeeeeec cacy E 0 00 bar H Y i i ES 08FC004 ma ar INSTRUMENTOS X 7 ALIVIO H 0 00 bar _ 004 SECADOR DE AR 17RA002 oc 17F1001 17F1003 r 0 00 ber bes na ars 17F1002 17F1004 i Leo FLUIDIZA O E 0 00 bar X i AR DE SERVI O 005 ma 47RA003 gal elo ESCAPE 0 ESCAPE 100 5089 29 OTFLOO1 a 012 OBFLOO1 002 65 09 c ie 31 00 C 347 2 105 44 c 32 50 C one Bra c ves a 3340 C 33 00 A DN 78 39 c qo E 3430 C 76 07 C Ens 2 63 mmis 67 85 C 51 34 C 241 mms TES CSTE 35 20 c 0 24 mas Gy 213 PI 206 1 i amp 212452061 i Ay 219 pPr212_2 i amp 213 DPr208 1 i amp o7asoor a G L O ig Sat 16 50 02 Wireless Pressao de agua de selage 213 PF 206_1 LO_ALM Low WARNING Yo ee ia q FIGURA 5 1 Tela sin tica de opera o e supervis o dos sopradores Fonte SAMARCO MINERA O 2011 51 Observe o conjunto de ind
2. FIGURA 4 3 Configura o do m dulo DIO 56601 no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERA O 2011 De acordo com a rela o de entrada e sa da tabela 4 1 os canais do m dulo DIO 56601 foram configurados conforme a figura 4 3 onde os canais 6 e 7 de cada terminal foram definidos como sa das e os demais como entrada Na pr tica as duas ltimas portas do m dulo DIO ser o sa das e o restante entrada isso se deve ao fato do sistema necessitar mais de entradas do que de sa das Essa uma grande vantagem desse tipo de m dulo sua flexibilidade tornando poss vel usar os canais da melhor forma evitando desperd cio de infraestrutura de campo Para leitura e escrita dos sinais profibus s o criados no DeltaV control modules utilizando os blocos BF isso de acordo com a configura o de cada pino feita anteriormente Na figura 4 4 o bloco BFO recebe o sinal de entrada e o decodifica em bits o inverso ocorre no bloco BFI onde os bits de sa da s o codificados para serem enviados ao m dulo em campo 35 BFO MODULO 207PCU001 CART O 23 207PNI011 SLOT O EQUIPAMENTOS FUNCAO 207 FCV 347 2 POSICAO FECHADO 207 PS 02 00000000X 207 BE 347 BOTAO EMERGENCIA 100000000 3000000000 207 BDL 347 BOTAO DESLIGA LOCAL 200000000 20000000X 207 VM 347 VENTILADOR MOTOR 300000000 200000000 207 PDSH 347 FILTRO SUJO 207 PS 01 200000000 207 FCV 347 2 POSICAO ABERTO 700000000 200000000 207 BLL 347 BOTAO LI
3. 40 M dulos de vari veis ANal DICAS quo msm des ais TEEN PR q TE onneag tea meshe 41 M dulo de equipamentos asas pias sd Castes de EUA 43 Estrat gia de COMO CAMIESUMO e GA SN DA RG 46 RESULTADOS aussi asisiaiau ia dia huis UAU ee aa 50 5 1 Interface de SUperviS O csecsen i E nin 50 5 2 COMISSIONAMENTO E SAD sta ane cd CT Cd Tt R aa 52 JAI SACRO AMC SURG n niu picasa pa micos iss o o ea Tosa Da eiere Dano dona 55 5 3 Libera o do equipamento para opera o e rreeereeeeeaeeeerees 56 6 CONCLUS O irie raios as a cabana Rca AA ha 59 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS ssc sassy ud dususaubee ad dassetasedentihedats dideln pr 60 ANEXO A Blocos de fun o do sistema DeltaV erra 62 ANEXO B Aplica es que comp em o sistema DeltaV 67 ANEXO C Par metros de blocos de controle anal gico no sistema DeltaV 70 1 INTRODU O Ao longo dos ltimos anos as jazidas minerais de alto teor tem se tornado cada vez mais escassas principalmente pelo grande aumento da demanda por esses recursos Essa tend ncia tem provocado a necessidade de tratamento de minerais cada vez mais pobres o que obriga a ind stria mineral a investir em novas tecnologias para aprimorar seus m todos de tratamento a fim de aumentar a qualidade do min rio sem perder competitividade no mercado GUIMAR ES PERES 1997 A flota o um dos principais m todos de concentra o d
4. E E T A A E B P3_207_PNI_11_1 B P3_207 PNI 112 P3_207_PNI_11_3 P3_207_PNI_11_4 FIGURA 4 7 Configura o do m dulo AI 56740 no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERACAO 2011 Dessa forma toda a configura o foi realizada conforme o diagrama da figura 4 2 sendo a partir dessa poss vel realizar a leitura dos dados dos sensores instalados em campo e transmitidos via rede profibus DP assim como enviar sinais para os atuadores Os sinais foram testados atrav s do teste ponto a ponto onde cada canal de leitura e escrita foi testado para garantir a integridade das informa es 4 4 Acionamento do motor O rel de prote o inteligente GE Multilin 369 um rel de m dia tens o operando com tens o nominal de 4160 Volts o respons vel pelo acionamento e por toda a prote o el trica do motor do soprador Atrav s desse rel o sistema de automa o tem acesso a diversas informa es a respeito do motor tais como corrente tens o pot ncia temperatura estado c digos de falha entre outras dispon veis e recebidas via rede profibus DP Tamb m por meio da rede os comandos s o enviados ao rel como por exemplo para ligar e desligar o equipamento Para que o controlador da planta comunique com o rel necess rio que o mesmo seja um escravo em uma das redes profibus DP configuradas no controlador atrav s dos cart es 39 profibus DP Serie
5. 0002 Channel 0 diagnostic PES 0003 Channel 0 data format PE 0004 Channel 1 output range PER 9005 Channel 1 diagnostic PER 0006 Channel 1 data format EE 0007 Channel 2 output range 9 0008 Channel 2 diagnostic PER 0009 Channel 2 data format 0010 Channel 3 output range 0011 Channel 3 diagnostic Profibus Signal Reserva Profibus Signal Reserva Profibus Signal Reserva Parameter Parameter Parameter Parameter Parameter Parameter Parameter Parameter Parameter Parameter Parameter PE 0012 Channel 3 data format Parameter Report Byte seq High Low Motorola 4 20mA Report Byte seq High Low Motorola 4 20mA Report Byte seq High Low Motorola 4 20mA Report Byte seq High Low Motorola FIGURA 4 5 Configura o do m dulo AO 56720 no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERACAO 2011 Note que para cada um dos canais de entrada foi configurado um sinal profibus de saida 4 a 20 mA output como em destaque na imagem Nesse m dulo apenas uma sa da utilizada trata se da v lvula proporcional de escape de ar 207 FCV 347 1 que o atuador respons vel por evitar o fen meno de surto no soprador liberando o ar para a atmosfera Os m dulos de entrada anal gica RTD para sensores de temperatura resistivos PT 100 de tr s fios AI 56740 foram configurados nos SLOT004 e SLOTO12 Nesses m dulos foram ligados todos os sensores de temperatura listados na re
6. Alarme muito baixo de corrente do motor 22 A 2 207 11 347 L0 ACT Alarme baixo de corrente do motor 25 A 3 207 11 347 HI ACT Alarme alto de corrente do motor 51A 4 207 11 347 HIHI ACT Alarme muito alto de corrente do motor 53A 5 MARGEM SURTO Delta acima do alarme baixo de corrente 0 03 6 TEMPO DISPARO Tempo para ativar rampa 4s 7 ZERO Inicio da rampa Os 8 OPPENING VALUE T rmino da rampa 75s 9 OPEN_FAST_RATE Taxa da rampa de abertura 37 2 s 10 CLOSE_SLOW_RATE Taxa da rampa de fechamento 1 875 s 11 GAIN Ganho proporcional do PID 1 25 12 RESET Ganho integral do PID 10 Fonte SAMARCO MINERACAO 2011 5 RESULTADOS Implementadas as modifica es em campo e no sistema de controle DeltaV fez se necess rio a realiza o de testes dos equipamentos desde a instrumenta o e acionamento at a opera o assistida da m quina Apenas ap s a conclus o dessas etapas poss vel concluir o projeto baseado nos resultados obtidos 5 1 Interface de supervis o Como um dos objetivos do projeto integrar os sopradores ao sistema de supervis o da planta foram desenvolvidas na tela de AR COMPRIMIDO do sistema as anima es referentes aos sopradores 07VE001 e 07VE002 juntamente com o fluxograma do processo a que se aplicam A figura 5 1 apresenta os sopradores na parte inferior da tela sendo que o 07 VE 001 o que aparece na cor vermelha que simboliza que o equipamento est funcionando
7. Um detalhe importante que as falhas de vibra o tamb m s o geradas caso o valor recebido do campo seja nulo o que pode significar que o sensor est em defeito ou que o cabo se rompeu isso comprometeria a integridade da m quina caso uma dessas falhas ocorressem e n o fossem identificadas Os intertravamentos na aba INTER s o condi es que impedem o equipamento de rodar mas que n o configuram uma falha do mesmo neste caso est o relacionados ao posicionamento da v lvula de admiss o de ar Para partir o soprador tal v lvula deve estar fechada e durante o funcionamento a mesma deve ser mantida aberta Caso qualquer uma dessas condi es n o seja satisfeita o soprador desliga indicando que existe um intertravamento impedindo o de funcionar 5 2 Comissionamento e startup Durante o comissionamento do equipamento foram realizados testes em todos os dispositivos instalados e configurados em campo cube67 m dulos de IO e rel Multilin Al m de garantir que esses dispositivos estavam comunicando com o controlador todas as entradas e sa das foram testadas no teste ponto a ponto esse tem a fun o de identificar poss veis falhas nas liga es ou nos instrumentos A import ncia dos testes assegurar que ao realizar o startup do equipamento todas as prote es e funcionalidades estejam em opera o diminuindo as possibilidades de erro Terminado o comissionamento e constatado que o equipamento est em condi es d
8. o remota via sala de controle permitindo acesso ao hist rico de eventos e falhas sistema de alarmes eficiente melhorando a a o da manuten o e ainda possibilidade de invers o da opera o do equipamento sem riscos de parada da planta foram todas implantadas com sucesso e trouxeram grandes benef cios ao processo Como objetivo final conseguiu se aumentar a confiabilidade do equipamento desde a migra o do sistema n o ocorreram mais paradas n o programadas e a manuten o realiza um acompanhamento dos equipamentos monitorando suas vari veis e executando o plano de manuten o preventiva Assim as perdas financeiras ocasionadas por paradas de usina devido a falhas nos sopradores deixaram de ocorrer o que contribui significativamente para a melhoria cont nua nas opera es da empresa REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS BATISTA T DeltaV SIS Process Safety Sistem Emerson Process Management 2011 CHAVES A P Flota o Estado da arte no Brasil Brasil Signus 1 edi o volume 4 2006 CONTINENTAL INDUSTRIE Instalation use amp maintence of Blowers Fran a 2006 EMERSON PROCESS MANAGEMENT DeltaV Books Online Estados Unidos 2006 GASTON J R TurbocompressorAntisurge Control New Solution for an Old Problem The American Society of Mechanical Engineers 92 GT 428 Presented at the International Gas Turbine And Aero engine Congress and Exposition Cologne Alemanha Junho 1992 GENERAL ELECTRIC 369 Motor Managem
9. sinaliza es de alarme e falha No sentido de aumento da corrente tem se as prote es de sobrecarga e no de diminui o de corrente tem se as prote es de anti surto A regi o de opera o a que fica entre os dois alarmes o de sobrecarga e o de surto Os n veis de alarme e falha s o assegurados por constantes ajustadas no ambiente de programa o do controlador conforme a figura 4 13 M dulo de Entrada Anal gica Especial com Alarmes Condicionais O bloco AI desta analogica esta no Monitoracao do modulo de entrada analogica com alarmes modulo indicado por este parametro Esta entrada analogica vem de um PNI ORIGEM 1 207 II 347 Al USER Pv Al1 PV N T HI_HI_LIM T HILM 0 0 to 100 0 A PV_SCALE LO UM AI OUT SCALE LO LO UM ae ee Definem os niveis de corrente Os alarmes da analogica de corrente do motor do soprador para protecao de sobrecarga fazem o papel dos parametros de corrente que eram ajustados pela IHM local O operador nao tem permissao para modificar tais alarmes Definem os niveis de corrente para atuacao do controle anti surto por meio da valvula de escape FIGURA 4 13 M dulo de configura o da anal gica de corrente do motor Fonte SAMARCO MINERA O 2011 Para que o sistema de controle anti surto funcione s o necess rios o valor da corrente em tempo real o valor ajustado para alarme de surto e a sinaliza o de que o alarme de surto est a
10. 15 207 PDSH 347 Sensor de filtro de ar sujo DI 16 207 ZSH 347_2 Posi o v lvula de admiss o aberta DI 17 207 BLL 347 Bot o liga local DI 18 207 FCV 347_2 Abre e fecha v lvula de admiss o DO 19 207 FCV 347_1 Comando v lvula de escape AO Fonte CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 Por padr o o IO instalado na usina 2 utiliza remotas de campo que comunicam em rede profibus DP com os controladores DeltaV presentes na planta Essas remotas cujos pain is s o denominados PNI utilizam hardware de fabrica o da alem Murr Elektronik entre eles est o diversos m dulos de IO e as pr prias remotas que funcionam como escravos na rede profibus DP 4 2 Lista de vari veis de prote o As vari veis de prote o do sistema foram listadas para identifica o da influ ncia de cada uma delas sobre os equipamentos De acordo com as informa es colhidas nos manuais e na pr pria interface de opera o da m quina definiram se duas tabelas nas quais essas vari veis s o apresentadas de acordo sua a o de controle Os alarmes gerados por essas vari veis 30 tabela 4 2 s o exibidos no sistema de supervis o com intuito de chamar a aten o do operador da planta para que o mesmo tome uma a o para solucionar o problema TABELA 4 2 Alarmes gerados pelas vari veis de campo ITEM DESCRI O CONDI O SET POINT 1 Temperatura do ar na entrada do sopra
11. 4 12 Script do bloco CALC no m dulo de controle do soprador 46 FIGURA 4 13 M dulo de configura o da anal gica de corrente do motor 47 FIGURA 4 14 Estrat gia de controle anti surto e rrerrreea 48 FIGURA 5 1 Tela sin tica de opera o e supervis o dos sopradores 50 FIGURA 5 2 Janela de comando com defeitos intertravamentos e detalhes 51 LISTA DE TABELAS TABELA 2 1 Principais componentes do soprador csssececceceeeeeeeennneeeeeeeeeeeeeeenaeees 17 TABELA 4 1 Rela o de entrada e sa da do soprador 07 VEOO2 29 TABELA 4 2 Alarmes gerados pelas vari veis de campo ccceceeeeeeeeenteeeeeeeeeeeeeeeeaeees 30 TABELA 4 3 Falhas geradas pelas vari veis de campo e 31 TABELA 4 4 Rela o de convers o de valor bruto para UE das anal gicas 42 TABELA 4 5 Principais par metros da estrat gia anti surto i 49 A 1 Blocos de Entradas e Sa das s case iessagamnssigge ta scasedes culate Mecpsecieasiocadaacsceiessadenadabrageceaaadee 62 A 2 Blocos de Controlo AnAlO S160 sen O peste a a O an 63 Pa o Blocos MatemalieOS 2223 55 4 RR RR SRD RD RR RR RR SSSRa E SRR 64 A 4 Blocos Temporizadores e Contadores eee eeeeeerreeraneaaaanea 64 Ped PBIQCOS WO SICOS rasta g
12. DE ENTRADA 160 A 195 E storoor PALAVRAS DE SAIDA 00 FEM 0001 DPV1 TEE 0002 Alarm Mode Es ES E E E RE E E E FIGURA 4 8 Configura o do dispositivo de rede do Multilin 369 no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERA O 2011 Essa configura o foi realizada baseada em outros dispositivos j existentes na planta ou seja outros equipamentos que tamb m utilizam o rel Multilin 369 como forma de acionamento Essa op o de configura o foi escolhida por j existir um padr o dessa forma todos os equipamentos que utilizam o mesmo tipo de rel possuem a mesma configura o de rede o que facilita a cria o de novos dispositivos e mantem os equipamentos da planta dentro de um mesmo padr o de configura o 4 5 Configura o dos m dulos de controle no sistema DeltaV Tanto para as anal gicas como para os equipamentos foi necess ria a cria o de m dulos de controle esses m dulos s o como sub rotinas onde s o processadas as informa es nos controladores do DeltaV Nos m dulos s o lidas as informa es dispon veis nos par metros 41 configurados nos dispositivos de rede e tamb m escritas informa es nos par metros de sa da Em resumo os m dulos s o as estruturas respons veis por receber as entradas de dados vindos dos dispositivos de
13. DeltaV Aplica o Descri o Batch History View Esta aplica o permite interagir com a base de dados de hist rico do Batch possibilitando ver os dados em v rios formatos e adicionar coment rios ao hist rico Batch Operator O Batch Operator Interface a interface gr fica utilizada pelo operador para interagir com as opera es de Batch proporcionando diversas PaE vistas do processo Esta aplica o permite aos operadores entrar e sair no sistema atrav s de DeltaV Login registo do nome de usu rio e senha al m disso permite visualizar qual o operador que est registrado e alterar a senha f Esta ferramenta fornece informa o sobre o estado e integridade dos Diagnostics f i equipamentos que comp em o sistema DeltaV Operate O DeltaV Operate em modo run a interface gr fica entre o operador e o Run controle do processo permitindo a sua supervis o sine Oe o Controlo avan ado Implementam modelos preditivos Process History View Esta aplica o apresenta dados de tempo real assim como de hist rico sobre a forma de gr ficos bem como eventos sobre forma de tabelas O Process History View geralmente utilizado para avaliar o comportamento de um processo ou equipamento ao longo do tempo Fonte PALMEIRAO 2009 69 B 3 Ferramentas de controle avan ado do DeltaV Aplica o Descri o Esta aplica o proporciona um conju
14. Revers o de fase 55 Fator de pot ncia 37 Sub pot ncia Embora o mesmo seja capaz de se comunicar em rede profibus DP essa funcionalidade n o utilizada pelo sistema de controle embarcado do soprador Para opera o do soprador via sala de controle utilizada uma interface via rede de campo profibus DP que possui m dulos de entrada e sa da discretos em campo assim o comando para ligar efetuado pelo operador da sala de controle da usina chega at o painel local do equipamento por essa interface e o retorno de funcionando chega at a sala de controle da mesma forma Devido s restri es impostas pelo sistema de controle embarcado do equipamento apenas essa interface poss vel o que torna muito dif cil constatar falhas e ter diagn sticos precisos da m quina por ser a IHM uma interface limitada 2 3 Controle Anti surto Surto definido como uma auto oscila o da press o de descarga e da vaz o incluindo uma revers o da vaz o O controle anti surto de compressores centr fugos consiste em modular a v lvula de recircula o e ou de escape para prevenir a ocorr ncia de revers o do fluxo quando tais compressores estiverem operando abaixo de uma determinada vaz o e acima de um determinado n vel de compress o Cada compressor tem uma combina o caracter stica de m ximo trabalho e m nima vaz o GASTON 1992 O fen meno do surto est relacionado com o fluxo de ar que passa no interior
15. awa AAH BevIST WIAA ANON LINS 202 Od FIGURA 4 14 Estrat gia de controle anti surto Fonte SAMARCO MINERACAO 2011 49 O bloco CALC2 altera o modo de opera o do PID para manual permitindo a atua o diretamente na sa da e ajusta a vari vel manipulada a abertura da v lvula de escape para 100 durante o tempo de estabiliza o de partida do motor Isso faz com que a v lvula de escape fique aberta durante a partida do soprador Passado o tempo de estabiliza o o PID retorna ao modo autom tico de opera o Nesse instante a vari vel manipulada n o volta imediatamente zero ou seja a v lvula de escape n o fecha instantaneamente Isso ocorre devido parcela integral do PID que corrige o erro do sistema levando o para zero Portanto para ajustar o tempo de fechamento da v lvula de escape na partida do soprador deve se alterar o par metro referente ao ganho integral do PID o par metro RESET do bloco PID Lembre se entretanto que o valor do ganho proporcional par metro GAIN deve ser observado para que o PID n o fique muito lento ou muito r pido quando o mesmo tiver que controlar a corrente na situa o de surto Na tabela C 2 do anexo C est o todos os par metros usados na configura o de um bloco PID TABELA 4 5 Principais par metros da estrat gia anti surto ITEM PARAMETRO DESCRI O VALOR 1 207 II 347 LOLO ACT
16. de Gas leo da Refinaria da Galp Portugal Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 2009 PONTICELLI C SUSKI C A O avan o do desenvolvimento de produtos atrav s da engenharia reversa Brusque Revista da Unifebe Centro Universit rio de Brusque 2009 61 Dispon vel em lt http www unifebe edu br revistadaunifebe 2010 artigo007 pdf gt Acessado em 10 DEZ 2012 SAMARCO MINERACAO Documentos internos Mariana 2011 VENTZAS D PETROPOULOS G Industrial Compressor Anti Surge Computer Control Gr cia World Academy of Science Engineering and Technology 2007 ANEXO A Blocos de fun o do sistema DeltaV Nas Tabelas A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 e A 7 apresenta se os blocos de fun o do sistema de controle distribu do DeltaV da Emerson Process Management A 1 Blocos de Entradas e Sa das Nome Descri o Permite especificar alarmes em par metros obtidos de entradas ou provenientes de resultados de outros blocos Os par metros gerados por este bloco podem posteriormente ser utilizados pelo DeltaV Operate para gerar alarmes Alarm Detection Analog input Acede ao valor medido num canal de entrada sa da Analog Output Atribui o seu valor de sa da a um canal de entrada sa da Acede a um valor discreto podendo ser configurado para gerar Discrete Input p alarmes e invers o do sinal de entrada E
17. escala da sa da do bloco de entrada ALVXD SCALE UNITS Em equipamentos com comunica o HART este par metro predefinido caso contr rio corresponde s unidades definidas para a vari vel de entrada AONVIO OPTS IncrToClose AONIO OUT REF Tipo de a o da v lvula Canal associado ao bloco de sa da PIDI CONTROL OPTS DirectActing Tipo de a o do controlador PID PIDI GAIN CV Ganho proporcional do controlador PIDIHI HI LIM CV Limite de alarme de valor muito alto PIDI HI LIM CV Limite de alarme de valor alto PIDI LO LIM CV Limite de alarme de valor baixo PIDI LO LO LIM CV Limite de alarme de valor muito baixo PIDI PV_SCALE EU100 PIDI PV_SCALE EUO PIDI PV_SCALE UNITS Fim de escala inicio de escala e unidades do valor de entrada do controlador S o iguais aos do bloco de entrada PIDI RATE CV Tempo derivativo em segundos PIDI RESET CV Tempo integral em segundos PIDI SP HI LIM CV Limite m ximo da refer ncia PIDI SP LO LIM CV Limite m nimo da refer ncia HI ALM ENAB Habilita alarme de valor alto HI HI ALM ENAB Habilita alarme de valor muito alto LO ALM ENAB Habilita alarme de valor baixo LO LO ALM ENAB Habilita alarme de valor muito baixo Fonte PALMEIRAO 2009
18. soma de at dezesseis entradas Arithmetic Permite fazer alguns tipos de compensa o de fluxos mediante configura o de par metros e entradas Comparator Gera uma sa da booleana baseada na compara o de duas entradas O crit rio de compara o configur vel Divide Faz a divis o de uma entrada pela outra Integrator Integra uma entrada ou ent o a soma ou subtra o de duas Multiply Multiplica entre duas a dezesseis entradas Subtract Subtrai uma entrada outra Fonte PALMEIR O 2009 A 4 Blocos Temporizadores e Contadores Nome Counter Descri o A sa da fica ativa quando a contagem atinge um valor pr determinado Date Time Event Fornece fun es de data e hora e permite agendar eventos Off Delay Timer Atrasa a transi o de uma entrada discreta para inativa por um per odo de tempo pr definido On Delay Timer Atrasa a transi o de uma entrada discreta para ativa por um per odo de tempo pr definido Retentive Timer Coloca a sa da ativa se a entrada estiver ativa por um determinado per odo de tempo Timed Pulse Gera na sa da um impulso de dura o pr determinada quando ocorre uma transi o de inativa para ativa da entrada Fonte PALMEIRAO 2009 64 A 5 Blocos L gicos Nome Descri o Action Executa uma express o definida em texto estruturado sempre que a entrada est ativa And Gera uma sa da discre
19. the integration into the control system of the plant This control system does not allow access to the control strategy of the machine and has low efficiency especially in the fault diagnosis event and equipment alarm history These problems generate output losses caused by shutdowns of machines and difficulty in solving problems due to information lack motivating the integration of these devices to the control system and plant supervision DeltaV Because the supplier does not provide the control strategy reverse engineer based on literature review assisted operation and reengineering of the system were necessary in order to gather information for the project The necessary data to the automation of these devices was performed bringing new features facilitating and speeding up the actions of operation and maintenance improving the performance of the anti surge control strategy that avoids resonance in the machine due to low air flow in output So the project has brought benefits to the productive process increasing its stability Keywords reverse engineering anti surge tankcell air blowers centrifugal compressors blowers LISTA DE FIGURAS FIGURA 2 1 Compressor centrifugo multi turbinado re 15 FIGURA 2 2 Digrama dimensional 0 cssssssccccceceesessssseececcceeeessesssscescceeeseeeeeessseeseees 16 FIGURA 3 1 Arquitetura de um sistema DeltaV s ccsesseccceecseenceneeseceeenee
20. vel mesmo quando a planta demanda uma baixa vaz o de ar Para simular essa situa o foi realizada a redu o da demanda de ar dos tanques fechando se as v lvulas de controle que injetam ar nos tank cells uma a uma reduzindo assim a vaz o de ar significativamente Como esperado a partir de determinada vaz o a corrente do soprador passou a diminuir atingindo o valor de alarme m nimo mais a margem de surto Abaixo desse ponto o controlador PID come a atuar pois identifica um erro entre a refer ncia e o retorno de corrente assim a v lvula de escape come a a abrir lan ando o ar da sa da do soprador para a atmosfera Como a vaz o do soprador tende a aumentar sua corrente sobe novamente e o equipamento sai da regi o de risco de surto e se estabiliza Ao iniciar a abertura das v lvulas de ar dos tanques h um aumento de vaz o de ar devido a maior demanda da planta 56 a corrente sobe e assim a v lvula de escape inicia o processo de fechamento porque a planta J est demandando ar suficiente para manter a opera o do soprador est vel importante lembrar que a a o do PID sempre conjunta a o das rampas de abertura e fechamento dessa forma caso os fen menos de subida ou descida da corrente se agravem na compara o entre as a es do PID e da rampa a a o da rampa ser maior e ent o a v lvula de escape ir abrir ou fechar rapidamente de acordo com o fen meno ocorrido garantindo uma a
21. 486 4200 FIGURA 2 2 Digrama dimensional Fonte CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 17 TABELA 2 1 Principais componentes do soprador ITEM DESCRI O 1 Compressor centr fugo blower 2 Motor 300KV 2 polos 4160V 3 60Hz IPW55 3 Base de sustenta o 4 Acoplamento lado motor 5 Acoplamento de prote o 6 Suporte anti vibra o 7 V lvula pneum tica de entrada ON OFF 8 Junta de dilata o em a o inoxid vel 9 Filtro de suc o 10 Indicador de contamina o do filtro 11 Redu o DN300 DN125 12 V lvula pneum tica com posicionador 4 a 20 mA 13 Silenciador flangeado 14 V lvula de reten o 15 Flange DN300 PN100 16 Man metro 0 a 1 bar 17 Term metro O a 160 C 18 Sensores de temperatura do ar do soprador PT100 19 Sensores de vibra o do soprador 4 a 20 mA 21 Ventilador do rolamento Fonte CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 V lvula de admiss o localizada na linha de entrada de ar essa v lvula do tipo ON OFF sendo acionada pelo sistema de controle sua fun o aprovisionar ar para o soprador Filtro de ar filtra o ar que aspirado pelo equipamento para evitar que contaminantes atmosf ricos possam interferir no funcionamento ou danific lo No filtro existe um sensor de filtro sujo por diferencial de press o PDSH com fun o de alertar para a necessidade de limp
22. FIGURA 3 4 Estrat gia de controle PID na ferramenta Control Studio Fonte SAMARCO MINERACAO SA 2011 26 3 4 Estrutura do sistema DeltaV O sistema est organizado de forma hier rquica figura 3 5 sendo a instala o dividida em reas compostas por m dulos de controle que por sua vez s o constru dos por algoritmos cuja configura o depende de par metros ainda poss vel agrupar os m dulos em area process cells unit e equipamento module Esta metodologia til para agrupar todos os m dulos associados ao controle de um processo ou equipamento espec fico permitindo assim definir alarmes para esses grupos de m dulos a Equipament Control L gicas de FIGURA 3 5 Estrutura hier rquica do sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERACAO SA 2011 O DeltaV totalmente baseado em orienta o a objetos existem bibliotecas de m dulos pr constru dos para implementar fun es de controle padr o Estes t picos de m dulo podem ser alterados de forma a satisfazer as necessidades do usu rio sendo tamb m poss vel a cria o de novos m dulos a partir do zero e adicion los biblioteca para posterior utiliza o nas estrat gias de controle O sistema permite ainda definir classes de m dulos de controle chamadas de composites A grande diferen a entre a inst ncia de uma classe e de um t pico de m dulo o fato de que se a classe for alterada todas as suas inst ncias s o tamb m alteradas ao passo que
23. FIGURA 4 10 Detalhe do composite de escrita e leitura do rel MULTILIN 369 no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERACAO 2011 A figura 4 11 apresenta a estrutura de comando do m dulo de controle do soprador entre os bloco principais est o o DC respons vel pela l gica de acionamento do motor Al m da estrutura convencional de um m dulo de controle de equipamento no controle do motor do soprador existem tr s temporizadores com fun es importantes que podem ser observados na figura 4 11 O primeiro para ligar o motor somente ap s ter verificado a abertura est vel da v lvula de admiss o de ar representado pelo bloco temporizador OND1 de 10 segundos O segundo para contabilizar o tempo de estabiliza o da partida do motor executado pelo bloco condicional TEMPO SEG de 40 segundos Ap s esse tempo a v lvula de escape fecha e os alarmes e falhas por corrente do motor ficam ativos assim como a prote o anti surto que 45 ser apresentada no t pico 4 6 Por ltimo um temporizador ativado na parada do equipamento que assegura que a v lvula de admiss o s ir se fechar depois de um tempo que o motor foi desligado bloco condicional TEMPO DESL de 20 segundos Esse tempo necess rio para considerar a in rcia do motor e evitar que haja suc o na linha de ar com a v lvula de admiss o fechada DC1 BLOCO DE CONTROLEJDO MOTOR LOGICA EM MODO AUTOMATICO OS MODOS DO SOPRADOR SAO LOCAL pars manutencso REMO
24. GA LOCAL 200000000 X00000000K 207 FCV 347_2 ABRE FECHA VALVULA 10000000X 200000000 POO 207 PNI O11 FIELD VAL M DULO 207PCU001 CARTAO 23 207PNI011 SLOT O BFI FUN O EQUIPAMENTOS ou POSICAO FECHADO 207 FCV 347 2 4 JOO000000X 207 PS 02 sa BOTAO EMERGENCIA 207 BE 347 Em JOO00000KX XXXXXXXXXX po BOTAO DESLIGA LOCAL 207 BDL 347 54 JOOOXXXXXX JOOO0000KX VENTILADOR MOTOR 207 VM 347 20000000X JOOOOOKKXX FILTRO SUJO 207 PDSH 347 20000000X 207 PS 01 POSICAO ABERTO 207 FCV 347_2 32 X00000000X 20000000X 5 BOTAO LIGA LOCAL 207 BLL 347 ao JOO000000X JOOO000XKXX ABRE FECHA VALVULA 207 FCV 347 2 JOO000000XX XXXXXXXXXX FIGURA 4 4 M dulo de leitura escrita do DIO 56601 no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERA O 2011 Continuando a configura o do PNI de acordo o diagrama de interliga o da figura 4 2 no SLOTOO1 foi configurado o cart o de sa da anal gica 4 a 20 mA o m dulo AO 56720 conforme indicado na figura 4 5 ES Exploring DeltaV File Edit View Object Applications Tools Help 36 EEE RB po 207 PNL 112 RB po 207 PNL 113 storo10 sloti sioro1z sioro1s storo1s siorois storo1s E po 207 PNL 112 B po 207 PNL 113 B po 207 PNL 114 PER 000 1 Channel 0 output range
25. GURA 4 6 Configura o do m dulo AI 56740 no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERA O 2011 No SLOTO008 foi configurado o cart o de entrada anal gica de 4 a 20 mA referente aos sensores de vibra o m dulo AI 56730 Conforme a figura 4 7 esse m dulo tamb m possui quatro canais de entrada e para cada um deles foi configurado um sinal profibus para leitura Esses canais foram configurados como 4 a 20 mA conforme destaque 38 Exploring DeltaV File Edit View Object Applications Tools Help E sioroos Jl amp fRAXODIx 2 MEH el pi e Bes BE au Containers Contents of SLOTO04 B 207 PNL OIL Name Type Parameter Value storoco 7 0001 Data format Parameter Byte seg High Low Motorola storoo PE 0002 Temperature scale Parameter Celsius E siorooz PER 0003 Filter Parameter None sioro03 PRE 0004 Module diagnostic Parameter Report 9 0005 Input channelO Parameter PES 0006 Sensor channel O Parameter PES 0007 Input channel 1 Parameter PES 0008 Sensor channel 1 Parameter PES 0009 Input channel 2 Parameter 0010 Sensor channel 2 Parameter PES 0011 Input chamel 3 Parameter 0012 Sensor channel 3 Parameter B P1_207_PNI_11_1 Profibus Signal B P1_207 PNI_11_2 Profibus Signal B P1_207 PNI_11_3 Profibus Signal B P1_207 PNI_11_4 Profibus Signal A A A m P1_207_PNI_11_1 B P1_207_PNI_11_2 B P1_207_PNI_11_3 P1_207_PNI_11_4
26. RR ELEKTRONIK 2010b 4 3 1 Configura o do PNI na rede profibus DP Ap s a defini o dos m dulos a serem utilizados no painel PNI necess rio realizar a configura o do n escravo na rede existente sendo necess rio localizar onde alocar os m dulos do dispositivo A localiza o do m dulo obedece hierarquia de hardware CPU Cart o Profibus mestre Porta M dulo Slots O m dulo escravo da rede Profibus DP neste caso o Cube67 deve ser configurado como um n da rede existente conforme sua localiza o na hierarquia CPU 207 PCU 01 Cart o C23 porta P01 N 15 O n 15 foi escolhido por ser o pr ximo n na sequ ncia de dispositivos j configurados na rede Em uma rede profibus DP cada dispositivo possui um arquivo de configura o extens o GSD que determina quais s o os par metros a serem configurados como os m dulos definidos j s o utilizados no sistema da Samarco o arquivo GSD j se encontrava carregado no sistema DeltaV Assim baseado no arquivo GSD do Cube67 esse cont m 16 slots onde podem ser alocados os m dulos de IO Na configura o do PNI utilizado alguns desses slots ficam vazios por n o terem m dulos correspondentes Dessa forma o cart o de entrada e sa da digital DIO 56601 foi alocado no SLOTOOO conforme o digrama de interliga o da figura 4 2 Para o correto funcionamento do m dulo DIO 56601 deve se atribuir dois sinais profibus ao mesmo slot sendo que um representa
27. Soprador 2 07VE002 VIBR ALTA SAIDA INACTIACK 207PCU001_ 207 PCU 01 Soprador 2 07VE002 VIBR ALTA SAIDA ACTIACK 207PCU001 207 PCU 01 Soprador 2 07VE002 VIBR ALTA SAIDA INACTIACK INSTRUMENT 207PCU001_ 207 PCU 01 Soprador 2 07VE002 VIBRACAO ALTA ACTIACK 207PCU001_ 207 PCU 01 Soprador 2 07VE002 VIBR ALTA SAIDA ACTIACK 07VE002 Soprador 2 07VE002 INACTIACK 07VE002 Soprador 2 07VE002 CONTATOR COLADO INACTIAC 07VE002 Soprador 2 07VE002 207FCV347 2 FECH ACTIACK INSTRUMENT 207PCU001_ 207 PCU 01 07VE002 Soprador 2 07VE002 DEFEITO GERAL INACTIACK Eletrica 207PCU001 207 PCU 01 07VE002 Soprador 2 07VE002 CONTATOR COLADO ACT ACK 5 16 2013 7 16 00 427 AM INSTRUMENT 207PCU001_ 207 PCU 01 07VE002 Soprador 2 07VE002 DEFEITO GERAL ACTIACK 5 16 2013 7 15 57 912 AM USER 207PCU001_ G220WS02 07VE002 Soprador 2 07VE002 DC1 SP_D CV Wa 4 Record 722 LA LES GRAFICO 5 5 Detalhe dos eventos ocorridos na maquina Fonte SAMARCO MINERA O 2011 No exemplo em destaque no momento da partida ocorreu o defeito FALHA INJECAO AR com essa informa o o operador acionou a manuten o que por sua vez tendo a informa o correta atuou e liberou o equipamento rapidamente permitindo que na sequencia entrasse em opera o Um hist rico completo de cada equipamento cuidadosamente armazenado em banco de dados em um servidor espec fico para esse fim garantindo a integridade e estando sempre dispon vel no sistema de supervis o poss vel
28. TO para operscao normal VENTILADOR 207 PNI 011 207 VM 347 DC DC1 E T CASIN D onmo Jj 1 ie _ SHUTDOWN_D Pv o LIGADO 7 PERMISSVE D Foro H1 _ TRK_IN_D _ SIMULATE_IN_D 7 INTERLOCK_D FUNCIONANDO T END PARAMETROS DP FUNC FRENTE O Jogar Tue CALC CALC LIGA_AUXILIARES 15 Comanda a valvula de injecso de ar Tempo relacionado a inercis do motor que o mantem em giro mesmo apos desligado PARAMETROS DP LIGA FRENTE BLOCO DC1 Examina as condicoes de interlock permissive e estado do motor e executa ss acoes de comando de liga e desliga Para que o motor possa ser ligado as entradas PERMISSIVE De INTERLOCK D Aqui eh configurado o tempo devem estar em nivel logico 1 de estabilizacso ds partida do soprador Utiliza se 40 segundos FIGURA 4 11 M dulo do equipamento 07VE002 no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERA O 2011 46 Na partida do motor sempre se aciona o ventilador do mesmo para garantir a sua refrigera o para isso o bloco DC de comando tem seu par metro de sa da FLOUT_D acionando uma sa da do m dulo DIO 56601 no painel PNI para ligar o ventilador A v lvula de admiss o de ar deve estar aberta para que o motor possa ser ligado para isso foi criado um script que for a o modo de comando dessa v lvula para autom tico no instante da partida conforme a figura 4 12 apenas depois do tempo de confirma o da abertura da v lvula que o motor do soprador recebe o coman
29. UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMACAO CECAU LEONARDO VIDIGAL MEIRELES AUTOMA O DE COMPRESSORES CENTR FUGOS MONOGRAFIA DE GRADUA O EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMA O Ouro Preto 2013 Leonardo Vidigal Meireles AUTOMA O DE COMPRESSORES CENTR FUGOS Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Controle e Automa o da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para a obten o do Grau de Engenheiro de Controle e Automa o Orientador Prof Dr Ronilson Rocha Ouro Preto Escola de Minas UFOP MAIO 2013 Monografia cefendica c aprovada em 15 de meio de 2063 pels comiss o avaliadera cunstituida pelos mofesseres f s gt o gt TE EE E Prof Misc Jo o ef NTN elo de Casino Professor Cir ilado j T f sf Ps 4 Pool E fonidandel Proiissas Convilulo AGRADECIMENTOS Agrade o a Deus por me dar todas as condi es para lutar por meus objetivos principalmente a sa de e a for a para recome ar ap s cada trope o Aos meus pais e irm os agrade o por todo o apoio amor e incentivo nas horas mais dif ceis em especial ao pai e a m e por todo sacrif cio que fizeram para que meus irm os e eu tiv ssemos mais oportunidades que eles amo muito voc s Paula agrade o pelo amor e companheirismo e principalmente pela paci ncia nos momentos de longos per odos distante
30. a correspondendo s vari veis anal gicas e discretas utilizadas como 29 sensores ou atuadores Em um projeto de automa o essa rela o extremamente importante para quantificar o trabalho a ser realizado importante na defini o dos m dulos de IO instala o de pain is lan amento de eletrodutos e cabos e consequentemente na m o de obra de montagem a ser utilizada Com base na rela o de IO do sistema tabela 4 1 foi projetado o painel de instrumenta o necess rio para suprir a demanda dos instrumentos instalados TABELA 4 1 Rela o de entrada e sa da do soprador 07 VE002 ITEM TAG DESCRI O TIPO 1 207 TI 347_1 Temperatura do ar na entrada do soprador Al 2 207 TI 347_2 Temperatura do ar na saida do soprador Al 3 207 TI 347 3 Temperatura do mancal do motor lado ventilador AI 4 207 TI 347 4 Temperatura do mancal do motor lado soprador Al 5 207 11 347 Corrente do motor do soprador Al 6 207 VI 347_1 Vibra o na entrada do soprador Al 7 207 V1 347 2 Vibra o na sa da do soprador Al 8 207 TI 347 5 Temperatura no enrolamento 1 do motor Al 9 207 TI 347_6 Temperatura no enrolamento 2 do motor Al 10 207 TI 347 7 Temperatura no enrolamento 3 do motor Al 11 207 ZSL 347_2 Posi o v lvula de admiss o fechada DI 12 207 EMG 347 Bot o de desligamento de emerg ncia DI 13 207 BDL 347 Bot o desliga local DI 14 207 VM 347 Liga ventilador do motor DO
31. aba GR wave SAR AREA q SA ea eaae 65 A 6 Blocos de Controlo Avan ado i ccicde5 sacessaniansdchaseiasdecaandeascdevseaesdanacetscanesansauadeanstands 66 A T MENS ESPECIAIS dis needa ded exes ht cee oe eae 66 B 1 Ferramentas de engenharia do DeltaV iy sass cisscascesyaessvqae antec eceued Gu dias anna ua aguada nada 67 B 2 Ferramentas de opera o do Delta V siiscctsssigesetien haven dies aaa stacttes sages vats tinea Sposa dardo 68 B 3 Ferramentas de controle avan ado do Deltav i eeeeeeessscccceeceeeeeeetnneeeeeeeeeeeeeeenneees 69 C 1 Par metros do bloco analog input AD ccccccccccseceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 70 C 2 Par metros do bloco PID mnsan aese an a aaa iatt teapa Siei 71 LISTA DE GRAFICOS GR FICO 5 1 Hist rico da partida do soprador ccccscssssssessssesesessesesessescsesscssseseeseeaes 53 GR FICO 5 2 Opera o do soprador em regime permanente ap s partida 54 GR FICO 5 3 Correla o da vaz o de ar de processo com a corrente do soprador 55 GR FICO 5 4 Invers o de soprador para realiza o de manuten o sem parada de usina 57 GR FICO 5 5 Detalhe dos eventos ocorridos na m quina 58 1 1 1 2 1 3 1 4 Za 22 2 3 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 4 1 4 2 4 3 4 3 1 4 4 4 4 1 4 5 4 5 1 4 5 2 4 6 PIT RO DC AO esas a saa aaa a aa 10 OBJEV isa eaten Edessa is See
32. are que confere uma identifica o nica ao sistema estando instalada no servidor Professional Plus o respons vel por armazenar a base dados do sistema Todos estes componentes podem ser redundantes rede fontes de alimenta o controladores e cart es de entrada e sa da PALMEIR O 2009 Na figura 3 1 um diagrama de um sistema DeltaV apresentando algumas workstations o servidor Professional Plus e os controladores com seus respectivos cart es de entrada e sa da onde est o interligados os barramentos de redes de campo e consequentemente aos instrumentos da planta FIGURA 3 1 Arquitetura de um sistema DeltaV Fonte BATISTA 2011 22 Um sistema DeltaV permite utilizar dois barramentos de comunica o distintos o chamado barramento de controle e o barramento remoto O barramento de controle respons vel por interligar todos os controladores e esta es de trabalho sendo este composto por uma rede Ethernet isolada com possibilidade de redund ncia e para uso exclusivo do sistema conforme ilustrado na figura 3 2 Workstation Primary Hub Secondary Hub ippa T a De rmidsegquees i System Power Supply Controller and dd VO Subsystem Hm Sy E E TETE TETE SITE ESTE TE TEREI rrr q Ld Legend Primary Control Network cocos Secondary Control Network FIGURA 3 2 Barramento de controle de um sistema DeltaV Fon
33. as entradas digitais e o outro as sa das digitais Cada sinal profibus cont m 16 par metros que podem ser configurados como entrada ou sa da definindo a fun o de cada pino do m dulo conforme apresentado na figura 4 3 34 Exploring DeltaV Fie Edit View Object Applications Tools Help E storooo JigdaxoDdoxomegeEs e pitocrarRings m POO 207 PNI OIL P Poo 207 PNI O11 P00 207 PNI 011 PMN 0001 Function port 0 pin 4 Ch00 Parameter PER 0002 Function port 1 pin 4 Ch01 Parameter PER 0003 Function port 2 pin 4 Ch02 Parameter PRN 0004 Function port 3 pin 4 Ch03 Parameter PRE 0005 Function port 4 pin 4 Ch04 Parameter G sioroos PER 0006 Function port 5 pin 4 Ch05 Parameter E soro EEE 0007 Function port 6 pin 4 Ch06 Parameter E sioroos PES 0008 Function port 7 pin 4 Ch07 Parameter G soros PER 0009 Function port 0 pin 2 Ch10 Parameter E sioroso PES 0010 Function port 1 pin 2 Ch11 Parameter a SLOTO11 T 0011 Function port 2 pin 2 Chi2 Parameter amp SLOTO12 PR oo 12 Function port 3 pin 2 Ch13 Parameter E sioro13 PES 0013 Function port 4 pin 2 Ch14 Parameter E storois PES 0014 Function port 5 pin 2 Ch15 Parameter storois PER 0015 Function port 6 pin 2 Ch16 Parameter siorois PES 0016 Function port 7 pin 2 Ch17 Parameter Et E storooz E storoos E storoos E sioroos HE Se A A A
34. az o de ar durante a invers o de soprador GR FICO 5 4 Invers o de soprador para realiza o de manuten o sem parada de usina Fonte SAMARCO MINERA AO 2011 Na sequencia observa se que a corrente do soprador 07VE001 que estava rodando tende para zero e a corrente do segundo linha azul estabiliza em seu valor nominal indicando opera o em regime est vel Tamb m poss vel notar que durante essa invers o de equipamento a vaz o de sa da de ar para a planta n o sofre altera o ou seja a manobra foi realizada com planta em plena opera o N o menos importante que a funcionalidade mostrada anteriormente o hist rico de eventos e falhas do equipamento tamb m auxilia muito a opera o e a manuten o No sistema de supervis o poss vel verificar todos os eventos sejam eles alarmes ou comandos assim como os defeitos que causaram uma parada e a tend ncia hist rica das vari veis do equipamento No gr fico 5 5 poss vel visualizar o hist rico da corrente do 07VEOO1 sabendo exatamente o hor rio que o equipamento foi ligado por exemplo juntamente com o gr fico uma planilha indica cada ocorr ncia durante esse per odo possibilitando ao operador ou manuten o identificar problemas permitindo uma atua o precisa 58 OREEEEEEEREEEREBREEEREREEEREREEEREEREEREEEREREEEE Z2Z2Z222222222222222222222222Z222Z2Z222222224 SUL a gt gt gt gt gt gt gt gt Obi 207PCU001_ 207 PCU 01
35. campo processar as informa es de acordo com o programa configurado no m dulo e atribuir o resultado do processamento s vari veis de sa da Uma observa o importante que n o necessariamente as informa es de entrada e sa das dos m dulos devem ser os dispositivos de campo podendo os mesmos receber e enviar dados entre si ou com demais componentes do sistema como a interface de supervis o nesse caso o DeltaV Operate Run 4 5 1 Modulos de vari veis anal gicas Para cada anal gica do sistema configurada no PNI no rel Multilin ou virtual foi criado um m dulo de controle no sistema DeltaV na estrutura Control Strategies no caminho 207PCU001_AREA07 207PCU001_ANA_07 Zz A anal gica de corrente considerada aquela recebida do rel Multilin essa vari vel extremamente importante j que a mesma utilizada na estrat gia de controle anti surto abordada no t pico 2 3 do cap tulo 2 Para essa anal gica foi criado o m dulo 07 II 347 que referencia como entrada a palavra de leitura referente corrente do motor vinda do dispositivo de rede do mesmo Tamb m foi criado um m dulo virtual ou seja sem refer ncia direta a uma entrada f sica do PNI ou do rel essa anal gica representa a estimativa de vaz o de ar na sa da do soprador a anal gica 207 FI 347 Como n o existe um medidor de vaz o na linha de sa da realiza se a soma das anal gicas de vaz o de todas as linhas que derivam da linha principa
36. d Vari vel interna de leitura para uso exclusivo do m dulo Parameter Internal Write Igual ao anterior mas em vez de uma vari vel de leitura uma Parameter vari vel de escrita Permite adicionar ao m dulo outros m dulos j criados criando Custom Block con bibliotecas de blocos customizados chamados composites Semelhante ao anterior mas o m dulo adicionado reside num Physical Block equipamento Fieldbus Fonte PALMEIRAO 2009 66 67 ANEXO B Aplica es que comp em o sistema DeltaV Nas Tabelas Bl B2 e B3 apresenta se as aplica es que comp em o sistema de controle distribu do DeltaV da Emerson Process Management B 1 Ferramentas de engenharia do DeltaV Aplica o Descri o Auto Update Service O servi o de atualiza o autom tica serve para determinar quais os arquivos devem ser automaticamente transferidos da esta o ProfessionalPLUS para as demais esta es depois de um n do barramento de controle ser descarregado Configuration Assistant O assistente de configura o ajuda os utilizadores inexperientes a configurar o sistema Continuous Historian Administration Esta aplica o s pode ser executada na esta o onde realizado o hist rico fornecendo um conjunto de ferramentas para a gest o de dados de hist rico Control Studio O Control Studio utilizado para criar e modificar os m dulos de controle respons veis pelo control
37. do compressor De acordo com CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 tal fluxo se expressa no consumo de pot ncia do equipamento de modo que e Se o consumo de pot ncia estiver inst vel a vaz o de ar que passa pelo equipamento deve ser aumentada Essa situa o caracterizada pela redu o da corrente do motor 20 e Se o consumo de pot ncia excessivo a vaz o de ar que passa pelo equipamento deve ser reduzida Essa situa o caracterizada pelo aumento da corrente do motor Tanto o aumento quanto a redu o de vaz o no interior do soprador feito por meio da v lvula de escape cuja abertura control vel Para aumentar a vaz o interna do soprador abre se a v lvula de escape de modo que uma sa da extra habilitada traduzindo se em maior demanda para o soprador Para diminuir a vaz o interna do soprador fecha se a v lvula de escape limitando se a demanda de ar do equipamento Segundo VENTZAS PETROPOULOS 2007 uma das maneiras de se proteger o equipamento de entrar em surto por meio de um controlador PID combinado com uma poss vel a o de abertura r pida da v lvula de escape caso a tend ncia ao surto se agrave ou seja a corrente do motor comece a diminuir muito rapidamente O controlador PID acumula as caracter sticas espec ficas de cada uma das a es de controle sendo elas a proporcional a integral e a derivativa O controle proporcional aumenta a resposta transit ria e diminui o erro em
38. do de partida EM CALC1 Expression x A Cut lt d sfr A Intemal Parameter Named State wie Replace Copy f e lt gt g Extemal Parameter SELSTR A Go To Paste NOT AND OR Recently Alias LOGEVENT Find Inset w v Used w gt Clipboard Operators Function Library Delta Functions Editing 2 O JE Expression i F LIGA_AUXILIARES CV THEN 207 FCV 347 2 DC1 MODE TARGET 207 FCV 347_2 DC1 MODE NORMAL 207 FCV 347_2 CAS_IN CV 0 END_IF IF DESL_AUXILIARES CV THEN i 207 FCV 347 2 CAS IN CV END IF Parser output FIGURA 4 12 Script do bloco CALC1 no m dulo de controle do soprador Fonte SAMARCO MINERA O 2011 Essa estrat gia adotada para garantir que caso o operador esque a a v lvula em modo manual n o ocorra partida com a v lvula fechada por seguran a do equipamento 4 6 Estrat gia de controle anti surto O sistema de controle anti surto conforme apresentado no item 2 3 do cap tulo 2 baseia se na medi o da corrente m dia do motor do soprador j que tal grandeza est relacionada com a vaz o interna do soprador CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 A informa o de corrente adquirida do rel de prote o GE Multilin 369 Portanto basta acessar o sinal profibus referente corrente conforme configurado no dispositivo de rede do rel Sobre a 47 corrente produzem se tamb m
39. dor Maior 110 C 2 Temperatura do ar na sa da do soprador Maior 110 C 3 Temperatura do mancal do motor lado ventilador Maior 110 C 4 Temperatura do mancal do motor lado soprador Maior 110 C 5 Corrente do motor Sobrecarga Maior SIA 6 Corrente do motor Surto Menor 27A 7 Vibra o na entrada do soprador Maior 5 mm s 8 Vibra o na sa da do soprador Maior 5 mm s 9 Temperatura no enrolamento do motor Maior 90 C 10 Temperatura no enrolamento 2 do motor Maior 90 11 Temperatura no enrolamento 3 do motor Maior 90 C Fonte CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 O alarme uma a o preventiva a fim de evitar que uma falha ocorra e o equipamento desarme interrompendo a produ o Ao observar um alarme de Alta Temperatura no enrolamento R por exemplo o operador aciona a manuten o e faz a invers o do soprador para operar com o equipamento reserva enquanto isso a manuten o verifica o motivo do alarme e corrige o problema tudo isso sem a interrup o da produ o As falhas tabela 4 3 s o ocorr ncias cr ticas no funcionamento do equipamento e tem como principal fun o desliga lo para evitar que danos mais s rios sua integridade ocorram Como exemplo podemos citar que em determinado instante a vibra o de um dos mancais aumente a ponto de atingir o set point de desarme assim o equipamento ir desligar para que essa vibra o n o danifique o mancal TABELA 4 3 Falhas geradas
40. dos sopradores de ar foi necess rio estudar reas espec ficas a fim de levantar material para o desenvolvimento do trabalho assim s o apresentadas as refer ncias aos trabalhos de outros autores al m de manuais t cnicos utilizados como base para o desenvolvimento de um referencial te rico a ser seguido Este cap tulo est dividido em t picos para facilitar o entendimento e trazer uma organiza o do material 2 1 Engenharia reversa A Engenharia Reversa um processo de an lise de um artefato equipamento ou software detalhando seu funcionamento geralmente com a inten o de reconstru lo com as mesmas fun es ou aperfei o lo Faz se engenharia reversa quando se precisa trocar ou modificar algo por outro com as mesmas caracter sticas mas n o se tem todas as informa es Geralmente trata se de produtos obsoletos sobre os quais n o se tem informa es suficientes ou seja pouca documenta o e hist rico PONTICELLI SUSKI 2009 Por exemplo numa f brica uma bomba falhou e tem que ser trocada por uma nova A bomba foi instalada h 25 anos e as pessoas que fizeram o trabalho se aposentaram h muito tempo A empresa que vendia essas bombas n o existe mais A f brica tem que encontrar uma nova bomba com exatamente as mesmas caracter sticas A bomba tem que ser montada sobre a tubula o existente dimens es definidas como a bomba est fixada volume ocupado pela bomba etc que s o caracter sticas f cei
41. e alarmes e falhas n o sejam alterados acidentalmente Por isso tais valores s o assegurados via l gica por meio de constantes atribu das diretamente aos par metros de entrada configurados dentro dos m dulos das 43 anal gicas escrevendo no bloco AI conforme figura 4 9 Com isso evitamos por exemplo que os valores de set point de alarme e desarme sejam acidentalmente modificados na janela de interface das anal gicas no sistema de supervis o comprometendo a seguran a do equipamento M dulo de Entrada Anal gica Especial com Alarmes Condicionais O bloco Al desta analogica esta no Monitoracao do modulo de entrada analogica com alarmes modulo indicado por este parametro Esta entrada analogica vem de um multiplexador fieldbus ORIGEM 207 TI 347 1 Al USER PV AM PV 200 to 850 C PV_SCALE a AM OUT SCALE 200 to 850 ai CND ALM AI 2 CND ALM Fi 1 FIGURA 4 9 Detalhe nos m dulos de anal gicas no sistema DeltaV Fonte SAMARCO MINERA O 2011 Em destaque est o os par metros de convers o de valor bruto para EU assim como os par metros de entrada com os set points de alarme e desarme garantindo a integridade dos mesmos 4 5 2 M dulo de equipamentos No m dulo de controle do equipamento soprador mantiveram se os padr es utilizados para o seu t pico de equipamento FL TIPO1G ou seja grupo de equipamentos com caracter sticas semelhantes O bloco de leitura e
42. e desgaste como rolamentos precisam ser substitu dos antes mesmo que esses estejam danificados e causem paradas n o programadas para manuten es corretivas Sensores discretos s o utilizados para sinalizar entupimento dos filtros de ar ou abertura e fechamento da v lvula de admiss o de ar Essas informa es s o estritamente necess rias no sistema de controle para garantir uma opera o normal da m quina THM interface homem m quina com controlador embutido O sistema de controle do soprador est localizado em um painel instalado em campo pr ximo ao equipamento Esse controlador recebe dados dos instrumentos de campo e envia comandos ao rel respons vel pelo acionamento do motor Na IHM poss vel observar as condi es de opera o diagn sticos e par metros do soprador al m de estar programada a l gica de prote o acionamento e opera o da m quina sendo que essa n o dispon vel ao cliente ou seja trata se de sistema embarcado Rel de prote o o acionamento do motor el trico realizado por um rel inteligente Multilin 369 da GE Segundo a GENERAL ELECTRIC 2010 esse um rel de m ltiplas prote es entre as principais utilizadas est o 51 Sobrecarga modelo t rmico 50 Curto circuito 37 Sub corrente 46 Desbalanceamento de carga 19 506 51G 50N 51N Fuga a terra 38 49 Prote o RTD e RRTD 27 Sub tens o 59 Sobre tens o 47
43. e do processo Esta aplica o permite ao usu rio construir os m dulos de controle arrastando itens de uma biblioteca para o diagrama e posteriormente interliga los para definir um algoritmo O Control Studio suporta um conjunto de conceitos industriais como os Function Block Diagrams e os Structured Function Charts sendo poss vel utilizar elementos de ambas as linguagens dentro do mesmo m dulo de controle Estas linguagens gr ficas s o baseadas na norma TEC 61131 3 4 sendo os blocos fun o desenvolvidos mediante o padr o da Foundation Fieldbus Database Administrator Esta aplica o proporciona a um utilizador com privil gios de administrador um conjunto de ferramentas que lhe permitem realizar tarefas de manuten o da base de dados tais como criar apagar e copiar bases de dados bem como realizar c pias de seguran a das bases de dados existentes DeltaV Explorer O DeltaV Explorer tem um aspecto semelhante ao Windows Explorer Esta aplica o permite ao utilizador ver toda a estrutura do sistema e definir os seus componentes tais como reas n s alarmes e m dulos Esta aplica o o centro das aplica es de engenharia possibilitando criar apagar e mover m dulos configurar todo o hardware do sistema definir tipos e prioridades dos alarmes bem como executar outras aplica es do sistema DeltaV Operate Configure Esta aplica o pode ser executada em dois modos o de configura o e o mod
44. e min rio de ferro sendo dividida principalmente em duas partes a flota o mec nica atrav s de c lulas e tanques que utilizam agita o mec nica e a flota o em colunas onde n o h agita o mec nica Em ambas a inje o de ar fundamental no processo de recupera o do mineral a ser flotado CHAVES 2006 O conceito inicial de flota o surgiu ainda no s culo XIX com os irm os Bessel em 1887 na recupera o de grafita com leo por m a primeira patente ocorreu apenas em 1906 Seu sucesso em grande parte devido versatilidade e seletividade o que permite concentrados de alto teor e alta recupera o oferecendo um bom custo benef cio LUZ SAMPAIO ALMEIDA 2004 Diversos m todos de flota o foram testados a fim de aperfei oar os resultados desse processo entre eles a flota o em tank cells que tem ganhado grande representatividade devido aos bons resultados oferecidos por esse tipo de equipamento O tank cell basicamente uma c lula tanque com grande volume e mecanismo de agita o localizado no fundo perto do ponto de alimenta o de polpa Este posicionamento assegura que as part culas ao entrarem na c lula sofram uma forte agita o entrando imediatamente na zona de rea o entre bolhas e part culas Al m dessa vantagem em promover um melhor contato ar e bolha o volume de material tratado superior ao de uma c lula convencional Outra caracter stica importante do equipamento qu
45. e necessita de uma grande vaz o de ar fornecido a uma baixa press o sendo o movimento mec nico de rota o o respons vel pela forma o das correntes de ar ascendentes que promovem a intera o part cula e bolha OUTOKUMPU 2004 Por essa caracter stica do ar alta vaz o a baixa press o faz se necess rio o uso de um equipamento espec fico para gera o de ar trata se dos popularmente conhecidos sopradores 11 de ar Os sopradores s o compressores centr fugos multi turbinados capazes de bombear ar nessas condi es e com alta disponibilidade e baixa manuten o Os sopradores de ar s o equipamentos robustos e geralmente de grande porte por m de alta complexidade no que diz respeito ao sistema de controle Por isso um completo monitoramento e controle sobre suas principais vari veis s o essenciais Para isso necess rio que um eficiente sistema de automa o associado a uma instrumenta o de qualidade seja utilizado em todo o processo e principalmente no soprador Por esses motivos essas plantas possuem um alto ndice de automa o sendo esse o tema principal desse trabalho A automa o de sopradores de ar possui um ponto cr tico a ser estudado trata se do controle anti surto Esse envolve uma estrat gia de controle com intuito de evitar que o equipamento entre em resson ncia o que pode lhe causar danos prejudicando a produ o al m de envolver risco sa de e seguran a de pessoas e ao mei
46. e realizar o teste com carga ou seja executar efetivamente sua fun o de trabalho que bombear ar para os tanques de flota o da usina de beneficiamento Ap s a partida do equipamento foi constatado que suas funcionalidades estavam dentro do programado assim iniciando a verifica o dos resultados obtidos com o projeto O gr fico 5 1 evidencia o registro das principais vari veis de controle do soprador durante a partida a linha verde o valor da corrente do motor a amarela o valor da vaz o de sa da do soprador e a vermelha corresponde abertura da v lvula de escape 53 1 Partida do soprador 07VE001 2 Pico de corrente na partida 3 Abertura da v lvula de admiss o 4 Diminui o da vaz o na linha v lvula de escape aberta 5 Aumento da vaz o na linha v lvula de escape fechada 6 Corrente est vel ap s partida 7 Fechamento v lvula de escape l GR FICO 5 1 Hist rico da partida do soprador Fonte SAMARCO MINERACAO 2011 poss vel observar que o pico de corrente durante a partida n o ocasiona uma parada j que o tempo de estabiliza o ainda n o havia sido atingido Ap s o tempo de estabiliza o a v lvula de escape inicia o fechamento cujo tempo depende do ganho integral do PID liberando a vaz o de ar para o processo Com o fechamento da v lvula de escape a vaz o de ar no processo aumenta deixando de ser lan ado para atmosfera e chegando at os tanques de
47. ent Relay Instruction Manual Canada 2010 Disponivel em lt http www gedigitalenergy com app ViewFiles aspx prod 369 amp type 3 gt Acessado em 17 FEV 2013 GUIMAR ES R C PERES A E C M quinas de flota o Boletim T cnico BT PMI 046 Escola Polit cnica DEM USP S o Paulo 1995 IEC 61131 3 2003 Programmable controllers Part 3 Programming languages 2003 JUNIOR A J S C SOUZA S A MOUTINHO D S LOHNEFINK F P Engenharia Reversa Monografia Gradua o Ci ncia da Computa o Universidade Federal Fluminense UFF Rio de Janeiro 2005 LUZ A B SAMPAIO J A ALMEIDA S L M Tratamento de Min rios CETEM 4 edi o Rio de Janeiro 2004 MURR ELEKTRONIK Instruction manual for Cube67 BN P Version 2 1 Edition 04 11EN Manual Number 56521 Alemanha 2010a MURR ELEKTRONIK System Manual For Modules Of The Cube67 Series Version 2 2 Manual Number 56970 Alemanha 2010b NOGUEIRA T B R LEPIKSON H A Um m todo de engenharia reversa para projeto de produto mecatr nico aplicado pequena e m dia empresa 9f Artigo Engenharia de Produ o XXVI ENEGEP Cear 2006 OGATA K Engenharia de controle moderno 4 edi o Brasil Prentice Hall 2003 OUTOKUMPU Tecnologia do Brasil Ltda Brasil Proposta T cnica SBP 1304 04 T1 Adequa o das instala es industriais para 17 MTPA C lulas de Flota o 2004 PALMEIRAO I A Q Reengenharia da Unidade de Dessulfura o
48. escrita do rel Multilin Composite MULTILIN 369 por exemplo exatamente o mesmo utilizado em outros equipamentos facilitando a configura o de novos dispositivos e garantindo um padr o entre os m dulos do sistema O Composite um recurso do DeltaV onde um conjunto de instru es blocos e par metros pode ser encapsulado e criado um bloco customizado com um conceito muito semelhante ao de orienta o a objetos j que esse composite criado pode ser usado em qualquer 44 equipamento como um objeto A figura 4 10 representa 0 composite de escrita e leitura de dados no rel MULTILIN_ 369 LOGICA PARA REDE PROFIBUS DP MULTILIN 289 CORRENTE VS H23 PARAMETROS DP Fe O7VE002 COR FIELD VAL 32s CORRENTE PV CORRENTE _ 32 ae T ESTADO PV COMANDO se 1024 lt COMANDO O7VE002_EST FIELD VAL FALHA REDE f Sooa LScod 7 FALHA O7VE002 CMD OUT PCU 01 2 101 C01 P01 G02 07VE00 CONT TESTE f 07VE002_SPEED FIELD_VAL CONT INSER f 07VE002 DIFF FIELD VAL CONT_LIG 07VE002 SPARE FIELD VAL FUSIVEL f 07VE002 RESET FIELD VAL ALARME p 07VE002_ALM FIELD_VAL PVRTD r O7VEQ02 RID1 D VAL PV_RTD2 rH 07V 002 RTDXFIELD VAL PV_RTD3 f 07VE002 RTD3 FIELD VAL PV RTDS f 1 abe RERRERRE 0 no av D A PV RTDS pf 07V 002 RTDSIFIELD VAL PV_RTD6 pf 07V 002 RTDS FIELD VAL PV_RTO r 07V 002 RTD7 FIELD VAL PV RTDS r 07V 002 RTDS FIELD VAL Kw Ho 07VE002_KW FIELD_VAL
49. eza do mesmo a fim de evitar danos m quina Motor o respons vel por fornecer energia mec nica ao soprador para que o mesmo possa executar trabalho Trata se de um motor de indu o trif sico de 200cv cuja tens o de alimenta o 4160 Volts Turbina possui v rios est gios de compress o por onde passa o ar sua principal fun o aumentar a pot ncia do soprador e consequentemente a produ o de ar V lvula de escape est localizada em uma bifurca o na linha de sa da de ar uma v lvula do tipo proporcional sendo acionada pelo sistema de controle Sua finalidade liberar ar para atmosfera quando a planta exigir pouca vaz o 18 de ar do soprador o que causaria um diferencial de press o internamente e poderia levar o equipamento a entrar em resson ncia Sensores de temperatura o equipamento possui instrumentos de medi o de temperatura do ar de entrada e sa da al m dos enrolamentos do motor e dos mancais Al m de possibilitar o monitoramento e o hist rico dessas vari veis s o fundamentais na prote o do equipamento sendo utilizados pelo sistema de controle para alertar e desligar a m quina em caso de temperaturas muito altas Sensores de vibra o o soprador possui sensores de vibra o instalados nos mancais com intuito de prote o ou seja desligamento pelo sistema de controle em caso de altas vibra es Al m disso o monitoramento dessas informa es pode apontar que componentes d
50. flota o Ent o ap s o fechamento total da v lvula essa vaz o de ar no processo tem um pico e se estabiliza Conclu da a partida do soprador o mesmo entra em regime est vel de opera o no gr fico 5 2 poss vel identificar que tanto vaz o de ar de sa da linha amarela e corrente do motor linha azul estabilizam se e representam a rela o direta que possuem ao longo do tempo 54 1 Vaz o de ar para planta 2 Corrente do motor do soprador GR FICO 5 2 Opera o do soprador em regime permanente ap s partida Fonte SAMARCO MINERA O 2011 O gr fico 5 3 evidencia bem a rela o entre essas vari veis indicando que com os picos de demanda de ar linha amarela a corrente no soprador tamb m sobe linha azul Essa correla o entre corrente e vaz o muito importante lembrando que a mesma foi tomada como premissa para a estrat gia de controle e devido a isso toda a estrat gia baseada na corrente do motor Essa informa o foi obtida a partir do manual do fabricante do equipamento e confirmada nos testes de opera o da m quina 55 1 Vaz o de ar para a planta 2 Corrente do motor do soprador GR FICO 5 3 Correla o da vaz o de ar de processo com a corrente do soprador Fonte SAMARCO MINERA O 2011 5 2 1 A o Anti surto A a o do controle anti surto tem a fun o de evitar o desligamento da m quina simplesmente tornando a opera o da mesma est
51. ica es anal gicas o percentual de abertura da v lvula de escape a corrente do motor vaz o de sa da estimada e as vari veis de prote o temperatura e vibra o Essas informa es est o diretamente na tela de opera o para facilitar a visualiza o e uma poss vel atua o do operador da planta Ao clicar na anima o do equipamento na tela abre se a janela de comando figura 5 2 que possibilita tamb m verificar os defeitos intertravamentos e detalhes dos defeitos presentes a fim de dar um diagn stico preciso ao operador para que o mesmo acione a manuten o com informa es corretas ES Ultimos Alarmes t j MANUAL J LIGAR FIGURA 5 2 Janela de comando com defeitos intertravamentos e detalhes Fonte SAMARCO MINERACAO 2011 Na aba de DEFEITO est o todas as falhas do soprador incluindo as listadas na tabela 4 3 Al m delas as demais falhas inclu das s o as de acionamento do motor emerg ncia local bot o desliga local atuado e a falha do sistema de inje o de ar que ocorre caso n o se confirme a abertura da v lvula de entrada durante o funcionamento do motor Na aba de detalhes os defeitos s o exibidos estratificados apontando por exemplo qual das vari veis de temperatura teve seu limite atuado Esse artif cio necess rio porque devido ao grande n mero de falhas os defeitos ultrapassariam a capacidade da janela principal de defeitos 52
52. l do soprador ja na chegada de cada tanque existe um medidor de vaz o Essa estimativa muito til operacionalmente pois est diretamente relacionada com a pot ncia do motor e com o fen meno do surto Entretanto n o usada pela l gica de controle anti surto pois a corrente do motor representa com maior fidelidade esse fen meno Para todas as anal gicas foi configurada a op o de hist rico para possibilitar a visualiza o no gr fico de tend ncias do sistema possibilitando o acompanhamento das informa es e ajudando na detec o de falhas O acompanhamento das anal gicas de vibra o dos mancais por exemplo podem indicar que um rolamento est em fim de vida til e que necessita ser trocado facilitando o planejamento da manuten o 42 Importante observar que os valores das anal gicas recebidos pelos m dulos de IO vem via rede profibus em valor bruto ou seja sem unidade de engenharia representando a informa o de 4 a 20 mA em um valor em decimal referente ao n mero de bits do sinal Portanto para a configura o desses m dulos necess rio verificar nos manuais dos m dulos de IO a convers o para cada um deles na tabela 4 4 est o as respectivas convers es Com esses dados de convers o utilizamos os par metros SCALE e XDSCALE do bloco AI de anal gicas O par metro SCALE corresponde faixa em unidade de engenharia e o par metro XDSCALE corresponde faixa em valor bruto ou seja do valor fo
53. la o de entrada e sa da da tabela 4 1 Em destaque na figura 4 6 est o as configura es dos sinais profibus e dos canais para leitura dos sensores PT 100 a tr s fios em graus Celsius no SLOTO04 A mesma configura o foi repetida para o SLOTO12 37 R Exploring DeltaV File Edit View Object Applications Tools Help E sioroos Jj amp saxoNixamenoEs G sitae gas All Containers Contents of SLOTO04 8 207 PNI 011 sLoTooo ZE Byte seg High Low Motorola E storoo1 PES 0002 Temperature scale Celsius E storooz PES 0003 Filter None sLoToo3 PER 0004 Module diagnostic Report PER 0005 Input channel 0 PER 0006 Sensor channel 0 PES 0007 Input channel 1 Parameter PES 0008 Sensor channel 1 Parameter PES 0009 Input channel 2 Parameter P1_207_PNI_11_1 B P1_207_PNI_11_2 B P1207PN 113 P1 207 PNL 11 4 SLOTOO5S pas E sLOTO06 a 0010 Sensor channel 2 Parameter E SLOTOO7 Pa 0011 Input channel 3 Parameter sLoToos PER oo 12 Sensor channel 3 Parameter sLoToos B P1_207_PNI_11_1 Profibus Signal sLoTo10 B P1_207 PNI_11_2 Profibus Signal a SLoToii B P1_207_pNI_11_3 Profibus Signal SLOTO12 B P1_207_PNi_11_4 Profibus Signal B P3_207_PNI_11_1 B P3207 PNI 112 B P3_207_PNI_11_3 P3_207_PNI_11_4 FI
54. metros do bloco analog input AI Par metro Fun o module name Nome do m dulo description Descri o do m dulo ctrlr Controlador onde o m dulo executado area rea onde o m dulo est inserido module subtype Nome do t pico de m dulo em que se baseia scan rate Taxa de execu o do m dulo primary display Interface gr fica a que pertence faceplate ALL TYPE STRING VALUE Tipo de lineariza o da entrada AL HI HI LIM CV Limite de alarme de valor muito alto AII HI_LIM CV Limite de alarme de valor alto ALVIO IN REF Canal associado ao bloco de entrada Al1 LO_LIM CV Limite de alarme de valor baixo Al1 LO_LO_LIM CV Limite de alarme de valor muito baixo Al1 OUT_SCALE EU100 Al1 OUT_SCALE EUO Fim de escala do bloco de entrada Inicio de escala do bloco de entrada AI1 OUT_SCALE UNITS Unidades da vari vel associada ao bloco de entrada Al1 XD_SCALE EU100 Al1 XD_SCALE EUO Fim de escala do transmissor Nos equipamentos com comunica o HART este par metro predefinido sendo igual ao fim de escala da sa da do bloco de entrada In cio de escala do transmissor Nos equipamentos com comunica o HART este par metro predefinido sendo igual ao in cio de escala da sa da do bloco de entrada All XD_SCALE UNITS Em equipamentos com comunica o HART este par metro predefinido caso contr rio corres
55. n principal onde est armazenada a base de dados global e instalada a hardware key com a licen a do sistema 24 J para as esta es Operator existem possibilidades distintas de licen as sendo elas Base Maintenance Professional e Operator e Base inclui apenas o software b sico de suporte sendo as demais aplica es adicionadas posteriormente de acordo com a necessidade e Maintenance s o instalados softwares de manuten o que permitem fazer diagn sticos DeltaV Diagnostics do sistema assim como calibrar os equipamentos de campo AMS e Professional s o esta es de engenharia para desenvolvimento de sistemas instalado todo o software de configura o tal como numa Professional PLUS exce o da base de dados global e Operator s o as esta es de opera o da planta instalado o software de supervis o DeltaV Operate e visualiza o de hist ricos Process History View n o sendo poss vel efetuar configura es Quanto s esta es Application est dispon vel apenas a licen a Application cuja instala o proporciona ao DeltaV funcionalidades de interoperabilidade com outras aplica es bem como de interface com outros barramentos de comunica es como por exemplo a rede coorporativa da empresa O n mero de Workstations por sistema limitado a no m ximo 60 dessas apenas uma a Professional PLUS Entre as demais o n mero de licen as Application e Professional est o limi
56. nscneensenes 21 FIGURA 3 2 Barramento de controle de um sistema DeltaV 0 0 ee eeeeeeeseeeeeeeeneeeeeee 22 FIGURA 3 3 Barramento remoto de um sistema DeltaV 23 FIGURA 3 4 Estrat gia de controle PID na ferramenta Control Studio eee 25 FIGURA 3 5 Estrutura hier rquica do sistema DeltaV 26 FIGURA 4 1 Diagrama de instrumenta o do sistema de gera o de ar para Tank Cells 28 FIGURA 4 2 Diagrama de interliga o dos m dulos de IO do painel de instrumenta o 32 FIGURA 4 3 Configura o do m dulo DIO 56601 no sistema DeltaV 34 FIGURA 4 4 M dulo de leitura escrita do DIO 56601 no sistema DeltaV 35 FIGURA 4 5 Configura o do m dulo AO 56720 no sistema DeltaV 36 FIGURA 4 6 Configura o do m dulo AI 56740 no sistema DeltaV 37 FIGURA 4 7 Configura o do m dulo AI 56740 no sistema DeltaV 38 FIGURA 4 8 Configura o do dispositivo de rede do Multilin 369 no sistema DeltaV 40 FIGURA 4 9 Detalhe nos m dulos de anal gicas no sistema DeltaV 43 FIGURA 4 10 Detalhe do composite de escrita e leitura do rel MULTILIN 369 no sistema D lta O Soe RN ER RD ISP RR PR RR ery eS 44 FIGURA 4 11 M dulo do equipamento 07VE002 no sistema DeltaV 45 FIGURA
57. nto de ferramentas utilizadas para implementar redes neurais permitindo assim criar sensores virtuais para DeltaV Neural E aP A P monitoriza o ou previs o de par metros que de outra forma seriam muito dif ceis medir Permite implementar controle preditivo em pequenos e m dios DeltaV Predict P P peq processos Esta ferramenta semelhante anterior mas permite a sua utiliza o em DeltaV Predict Pro TEE P s processos multi vari vel mais complexos Esta aplica o permite instalar o DeltaV num PC permitindo fazer todo DeltaV Simulate o tipo de configura es off line sem necessidade do hardware Este tipo Suite de esta es de trabalho geralmente utilizado para desenvolvimento off line durante projeto e para treinamento de operadores A ferramenta permite identificar malhas com fraco desempenho bem Inspect with InSight f como equipamento de campo com mau funcionamento E uma ferramenta para fazer tuning de malhas de controle podendo este Tune with InSight ser realizado de duas formas por ordem do utilizador ou adaptativo sendo este ltimo baseado em algoritmos de auto aprendizagem Fonte PALMEIR O 2009 70 ANEXO C Par metros de blocos de controle anal gico no sistema DeltaV Nas Tabelas C 1 e C 2 apresenta se os par metros de configura o de blocos de fun es anal gicas que comp em o sistema de controle distribu do DeltaV da Emerson Process Management C 1 Par
58. nvolvidas ferramentas que auxiliam nessa tarefa em todo o mundo tornando essa uma rea de desenvolvimento cada vez mais promissora Nesse trabalho abordada uma metodologia com apoio da engenharia reversa para que a l gica de controle de um equipamento seja reprogramada mantendo suas funcionalidades e adicionando melhorias para facilitar sua manuten o 2 2 Compressor Centr fugo O soprador de ar blower o equipamento respons vel pelo fornecimento de ar para a flota o em tank cells figura 2 1 segundo CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 um compressor centr fugo e sua estrutura semelhante de um compressor comum por m constitu do por turbinas de m ltiplos est gios o que aumenta sua capacidade de bombeamento de ar No caso dos sopradores estudados essa vaz o de ar pode ser de at 10 800 m3 h x noA FIGURA 2 1 Compressor centr fugo multi turbinado Fonte SAMARCO MINERA O SA 2011 16 O equipamento composto por um sistema que possui uma s rie de assess rios com fun es espec ficas para garantir o funcionamento e a prote o da m quina os principais est o listados na tabela 2 1 com suas respectivas descri es assim como identificados no diagrama da figura 2 2 6219 Q D eh i foe ts 0450 1410x1085 1500 EA i E N 5 z a Sja ER TLM gt we SS J N ESTG S amp O ale qUB O o in T q Tina Ina MANAN Nah dh a 2194 1486 1
59. o ambiente O fen meno de resson ncia em aparelhos centr fugos caracteriza se por uma vaz o limite abaixo da qual o equipamento n o pode mais suportar a press o ou a depress o necess ria para a transfer ncia de flu do de um meio com uma press o inferior a outro com uma press o superior Cria se abaixo dessa vaz o uma invers o de vaz o que modifica as press es de ambos os meios e reestabelece o funcionamento da m quina enquanto uma condi o id ntica n o for atingida O fen meno se repete em ciclos a uma frequ ncia muito baixa geralmente alguns Hz que varia em fun o da instala o at que se consiga aumentar a vaz o O funcionamento nessas condi es deve ser totalmente evitado pois al m da invers o de vaz o provoca a invers o do impulso axial sobre o eixo o que conduz a um esfor o excessivos dos rolamentos Em equipamentos de grande porte cujas taxas de compress o s o elevadas o bombeamento pode ser t o brusco a ponto de provocar danos irrevers veis nas partes rotativas e nos dutos Dessa forma necess rio providenciar um circuito de prote o adaptando uma descarga para atmosfera que tamb m deve ser utilizada nas partidas e paradas CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 Por ser um equipamento n o muito comum existem poucas empresas especializadas em sua fabrica o nenhuma delas no Brasil o que torna o mercado dessa m quina pouco competitivo e monopolizado Muitas vezes sua venda est atrelada d
60. o run No modo de configura o permite criar ambientes gr ficos de alta resolu o para monitoriza o dos processos poss vel adicionar ao interface com o utilizador imagens texto anima es gr ficos sons bem como os chamados dynamos sendo estes gr ficos reutiliz veis na constru o de m ltiplos interfaces DeltaV FlexLock O DeltaV Flex Lock cria dois ambientes de trabalho duais um para o Windows e outro para o DeltaV proporcionando assim um ambiente de opera o seguro e aberto ao mesmo tempo O acesso aos ambientes de trabalho depende dos privil gios do utilizador 68 Recipe Studio O Recipe Studio utilizado para criar e modificar receitas Uma receita um conjunto de informa o que identifica os ingredientes as suas quantidades e o equipamento necess rio para produzir um produto System Alarm Management Esta aplica o proporciona ao utilizador uma forma simples e eficiente de ver habilitar desabilitar e definir limites e prioridades para m ltiplos alarmes System Preferences Esta aplica o permite personalizar as ferramentas de engenharia de modo a possu rem apenas as fun es requeridas pelo utilizador sem necessidade de adicionar ou remover software User Manager Com esta ferramenta poss vel especificar n veis de acesso de grupos ou indiv duos com diferentes privil gios Fonte PALMEIR O 2009 B 2 Ferramentas de opera o do
61. o segura para a opera o est vel do soprador 5 3 Libera o do equipamento para opera o Confirmada a efetividade do novo sistema de controle incluindo todas as funcionalidades e prote es do equipamento o mesmo foi liberado para opera o Essa libera o consiste em o t cnico da sala de controle e o chefe de equipe da produ o certificarem se do funcionamento do equipamento e darem o de acordo para oficializar as mudan as Como previsto as altera es trouxeram grandes ganhos operacionais para m quina sendo detalhados a seguir os principais deles Uma das funcionalidades que obteve grande sucesso foi a possibilidade de inverter o equipamento que est em opera o para o reserva sem parada da planta Essa manobra realizada sempre que for detectado um problema operacional ou mesmo um alarme atuar e for necess rio parar o soprador para uma interven o Assim o operador liga o soprador reserva aguarda o tempo de estabiliza o ap s partida e ent o desliga o outro equipamento Tudo isso ocorre sem preju zos ao processo de forma transparente No gr fico 5 4 poss vel constatar essa manobra a linha verde representa a corrente do 07VE001 em determinado instante poss vel identificar a abertura das v lvulas de escape dos sopradores 07VE001 e 07VE002 caracterizando a partida do segundo e logo em seguida a parada do primeiro 57 1 Corrente do motor do 07VE002 2 Corrente do motor do 07VE001 3 V
62. o sua implementa o Para isso seguem se passos que comp em um esquema para a automa o de equipamentos utilizando um sistema DeltaV Entre as etapas est o desde a cria o de uma lista de entradas e sa das baseada no diagrama de instrumenta o do sistema a defini o da estrat gia de controle at os testes da l gica e a implanta o das modifica es em campo para startup do equipamento O diagrama de instrumenta o do sistema de gera o de ar para os tanques de flota o tank cells apresentado na figura 4 1 AR AR Tank Cells O7FLOO1 a 12 LEGENDA A Amperimetro TE Sensor de temperatura PE sensor de press o diferencial VI Sensor de vibra o FCV V lvula de controle de vaz o FIGURA 4 1 Diagrama de instrumenta o do sistema de gera o de ar para Tank Cells Fonte SAMARCO MINERA O 2011 Os sopradores s o instalados em paralelo funcionando apenas um soprador enquanto outro est em standby esses fornecem ar para 12 tanques de flota o na rea 07 primeira etapa de flota o e para outros dois na rea 08 segunda etapa de flota o Ainda no diagrama poss vel observar a disposi o dos instrumentos que comp em o sistema e que s o a base para cria o da rela o de entradas e sa das do projeto 4 1 Rela o de entradas e sa das A rela o de IO ou rela o de entradas e sa das a lista de todas as entradas e sa das de campo do sistem
63. os a serem utilizados ficando cada painel da seguinte forma Remota Cube67 64 bytes de IO n de rede onde s o conectados os m dulos de IO MURR ELEKTRONIK 2010a M dulo 01 DIO 56601 2 bytes possui 16 canais discretos configur veis como entrada ou como sa da expans vel conex o de novos m dulos MURR ELEKTRONIK 2010b M dulo 02 AO 56720 8 bytes possui 4 canais de sa da anal gica de 4 a 20 mA MURR ELEKTRONIK 2010b M dulo 03 AI 56730 8 bytes possui 4 canais de entrada anal gica de 4 a 20 mA MURR ELEKTRONIK 2010b M dulos 04 e 05 AI 56740 8 bytes possui 4 canais de entrada anal gica RTD para conex o de sensores de temperatura resistivos MURR ELEKTRONIK 2010b 32 A disposi o dos m dulos muito importante pois influencia diretamente na configura o do dispositivo de comunica o via rede assim o diagrama da figura 4 2 foi essencial para desenvolver essa comunica o PROFIBUS BUS IN MOD 01 MOD 03 MOD 04 MOD 05 DIO 56601 Al 56730 Al 56740 Al 56740 MOD 02 AO 56720 FIGURA 4 2 Diagrama de interliga o dos m dulos de IO do painel de instrumenta o Fonte SAMARCO MINERA O 2011 33 Todos os m dulos utilizados possuem diagn sticos de falhas embutidos s o capazes de isolar curtos em canais sem comprometer o funcionamento al m de enviar via rede essas informa es de falha ao controlador via o mestre da rede MU
64. os tanques de flota o e quase sempre s o fornecidos s ind strias como projetos turn kee O que a uma primeira impress o bom podendo se tornar um problema no futuro pois torna as empresas 12 dependentes do fabricante principalmente para efetuar a manuten o do equipamento al m de dificultar a integra o com o sistema de automa o das plantas 1 1 Objetivo Desenvolver o estudo da automa o do sistema de gera o de ar para as os tanques de flota o o soprador de ar da usina de concentra o de min rio de ferro da Samarco Minera o SA em Mariana Minas Gerais O prop sito substituir o sistema original de controle deste equipamento ao qual o cliente n o tem acesso sem perda de funcionalidades ou prote es al m de incorporar facilidades nos diagn sticos de falhas Uma das principais necessidades de estudo consiste no controle anti surto o qual essencial para garantir a prote o do equipamento Um processo de engenharia reversa realizado visando desvendar o funcionamento do equipamento e do sistema de controle embarcado A programa o do equipamento ser refeita com o prop sito de permitir um controle remoto e acesso aos diagn sticos de falhas facilitando a manuten o e gerando um ganho de confiabilidade 1 2 Metodologia A metodologia adotada neste processo consiste em e Revis o bibliogr fica busca de literatura espec fica com o prop sito de avaliar informa es pertinentes ao eq
65. pelas vari veis de campo 31 ITEM DESCRI O CONDI O SETPOINT 12 Temperatura do ar na entrada do soprador Maior 120 C 13 Temperatura do ar na sa da do soprador Maior 120 C 14 Temperatura do mancal do motor lado ventilador Maior 120 C 15 Temperatura do mancal do motor lado soprador Maior 120 C 16 Corrente do motor Sobrecarga Maior 55 A 17 Corrente do motor Surto Menor 23 A 18 Vibra o na entrada do soprador Maior 6 mm s 19 Vibra o na sa da do soprador Maior 6 mm s 20 Temperatura no enrolamento 1 do motor Maior 100 C 21 Temperatura no enrolamento 2 do motor Maior 100 22 Temperatura no enrolamento 3 do motor Maior 100 C Fonte CONTINENTAL INDUSTRIE 2006 4 3 Projeto do painel remoto de instrumenta o Foi definido que para cada um dos sopradores seria instalado um painel de instrumenta o independente assim para efetuar a manuten o em um dos equipamentos n o h interfer ncia no que est em funcionamento A partir dessa premissa foi desenhado o projeto do painel de acordo com o padr o utilizado nas plantas da Samarco Foram definidos dois novos tags para identifica o desses pain is sendo 205 PNI 005 IO do soprador 07 VE 001 e 205 PNI 011 IO do soprador 207 VE 002 O projeto dos pain is foi desenvolvido com base na necessidade de IO levantada na tabela 4 1 assim definiu se qualitativa e quantitativamente os m dul
66. ponde s unidades definidas para a vari vel de entrada HI ALM ENAB Habilita alarme de valor alto HI HI ALM ENAB Habilita alarme de valor muito alto LO ALM ENAB Habilita alarme de valor baixo LO LO ALM ENAB Habilita alarme de valor muito baixo Fonte PALMEIRAO 2009 71 C 2 Par metros do bloco PID Par metro Fun o module_name Nome do m dulo description Descri o do m dulo ctrlr Controlador onde o m dulo executado area rea onde o m dulo est inserido module_subtype Nome do t pico de m dulo em que se baseia scan_rate Taxa de execu o do m dulo primary_display Interface gr fica a que pertence faceplate ALVIO IN REF Canal associado ao bloco de entrada AJ L TYPE STRING VALUE Tipo de lineariza o da entrada Al1 OUT_SCALE EU 100 Fim de escala do bloco de entrada AI OUT_SCALE EUO Inicio de escala do bloco de entrada AI OUT_SCALE UNITS Unidades da vari vel associada ao bloco de entrada ALVXD SCALE EU100 Fim de escala transmissor Nos equipamentos com comunica o HART este par metro predefinido nos equipamentos sem comunica o HART igual ao fim de escala da sa da do bloco de entrada All XD_SCALE EUO Inicio de escala o transmissor Nos equipamentos com comunica o HART este par metro predefinido nos equipamentos sem comunica o HART igual ao in cio de
67. problemas devido falta de informa es motivando a integra o desses equipamentos ao sistema de controle e supervis o da planta o DeltaV Devido ao fornecedor n o disponibilizar a estrat gia de controle uma engenharia reversa baseada em revis o bibliogr fica opera o assistida e reengenharia do sistema se fez necess ria com intuito de levantar informa es para execu o do projeto De posse dos dados necess rios a automa o desses equipamentos foi realizada trazendo novas funcionalidades facilitando e agilizando as a es da opera o e manuten o inclusive melhorando o desempenho do controle anti surto estrat gia que evita a resson ncia na m quina devido a baixa vaz o de ar na sa da assim o projeto trouxe benef cios para o processo produtivo aumentando sua estabilidade Palavras chave engenharia reversa anti surto tankcell sopradores de ar compressores centr fugos blowers ABSTRACT The air generation of flotation equipments is critical to obtain good results in mineral beneficiation processes The flotation tanks called Tank Cell by the manufacturer and the patentee are devices that require high air flow at low pressures which limits the use of air generating equipments to air blowers blowers These machines are equipped with centrifugal compressors provided of turbines with many stages The air blowers are provided with flotation tanks and are equipped with an embedded control system which makes
68. r dea dt che eee eR 12 Metodologid sere Ti nonen e n o a e enor dos ua Dana 12 Moya AOs a A a A CEA 13 Str UU ASETTA 13 REVIS O BIBLIOGR FICAS sairia espe terete hh dae ea 14 Engenharia MENESES CDU DRA A TaN 14 Compressor Cenir do ra tone Sons nedudoagtdantedenestened saan concbele cong LU anta Nena Lagar weansemsass 15 Controle ANtH S TO si a a e a aa aa a aa ai aaa aeaa aiina iA 19 SISTEMA DE CONTROLE DELTAV eeesesseseessseesserrssresseressresssressrressresseesssresse 21 Workstations uara n e a e A ad eae 23 O ONO lado TES kar enina i a a a has th decd a eed a a E ga ao 24 Estrat gias de Controle AR SNS GRE Aa 23 Estrutura do sistema DeltaV assa ateeisdeiedeacictie iedeiedsi atid viata itde saccadic alse 26 Ferramentas de sOltw are spas nes iara in tien ie eae ete a ede aa 26 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ccccscsssssscesssscecnsscsonossesnecersnsnevensnererenerens 28 Rela o de entradas e sa das x2 sistnsis gas di ienes qua cem gados isa asa ais aqu ads ga adaga 28 Lista de vari veis de prote o sassacerasesinerrassa serias siogaammat estas dogpeneaatasales cnaasagr pasa 29 Projeto do painel remoto de instrumenta o eres 31 Configura o do PNI na rede profibus DP erre 33 Acionamento do MOTOT siise erson ta nsee isre S EE Aga as Ep SRS Le ENSE ESSR 38 Configura o do rel GE Multilin 369 na rede profibus DP eessen 39 Configura o dos m dulos de controle no sistema DeltaV
69. realizar pesquisas filtrar informa es imprimir relat rios tudo de acordo com a necessidade Tem se um sistema completo disposi o para garantir uma alta disponibilidade do equipamento e consequentemente da usina 6 CONCLUS O A engenharia reversa realizada no sistema de controle embarcado dos sopradores de ar possibilitou o acesso a informa es muito importantes para a realiza o do trabalho Tais informa es levaram a decis es como a moderniza o e individualiza o dos pain is de instrumenta o Al m disso foi com base nos dados levantados que a nova estrat gia anti surto foi constru da informa es contidas no manual do equipamento como que a corrente do motor proporcional vaz o de ar da m quina ou nos artigos sobre controle anti surto que um controlador PID executava o controle com efici ncia adequada foram muito teis no desenvolvimento do projeto e afirmam a import ncia de uma revis o bibliogr fica bem qualificada De posse das informa es necess rias o sistema de controle embarcado foi substitu do pelo novo sistema integrado aos controladores da planta e ao sistema de supervis o Como previsto nos testes realizados durante o comissionamento e startup nenhuma funcionalidade da m quina deixou de ser executada Al m disso as melhorias previstas na implanta o do projeto como sistema de controle independente possibilitando a manuten o de uma m quina enquanto a outra opera opera
70. regime permanente por m causa instabilidade para ganhos muito altos e n o consegue zerar o erro O controle integral elimina o erro em regime permanente por m reduz a estabilidade por inserir um polo e torna a resposta ao regime transit rio mais lenta J o controle derivativo atua na varia o do erro quanto maior a varia o do mesmo mais r pida a resposta com essa caracter stica poss vel diminuir o sobressinal por m esse controlador altamente suscet vel ao ru do da planta Ainda poss vel eliminar qualquer uma dessas a es do controle simplesmente anulando o ganho do controlador equivalente OGATA 2003 Na ind stria muito comum o uso de controladores com a es proporcional e integral ou seja um controlador PI principalmente devido caracter stica de alto ru do existente nas plantas 3 SISTEMA DE CONTROLE DELTAV Produzido pela Emerson Process Management o DeltaV um sistema de controle distribu do baseado em uma arquitetura integrada onde os dispositivos de ch o de f brica o sistema de controle e supervis o est o em uma nica base de dados O sistema composto por um barramento de comunica o Ethernet que interliga uma ou mais Workstations aos controladores onde est instalado pelo menos um subsistema de entradas e sa das esses podem ser cart es de redes de campo com profibus devicenet fieldbus foundation entre outras Por fim uma licen a de sistema sendo esta uma chave de hardw
71. rnecido diretamente pelo cart o de anal gica Na tabela C 1 do anexo C est o todos os par metros usados na configura o do bloco analog input Al no sistema DeltaV TABELA 4 4 Rela o de convers o de valor bruto para UE das anal gicas ITEM TAG DESCRI O BRUTO UE 1 207 TI 347 1 Temperatura do ar na entrada 2000 a 200 a 850 do soprador 8500 C 2 207 TI 347_2 Temperatura do ar na sa da 2000 a 200 a 850 do soprador 8500 C 3 207 TI 347 3 Temperatura do mancal do 2000 a 200 a 850 motor lado ventilador 8500 C 4 207 TI 347_4 Temperatura do mancal do 2000 a 200 a 850 motor lado soprador 8500 C 5 207 11 347 Corrente do motor do Oal00A O a 100A soprador 6 207 VI 347_1 Vibra o na entrada do 0432767 0 10 mm s soprador 7 207 VI 347_2 Vibra o na sa da do 0a32767 0 10 mm s soprador 8 207 TI 347_5 Temperatura no enrolamento 2000 a 200 a 850 1 do motor 8500 C 9 207 TI 347_6 Temperatura no enrolamento 2000 a 200 a 850 2 do motor 8500 C 10 207 TI 347_7 Temperatura no enrolamento 2000 a 200 a 850 3 do motor 8500 C 11 207 FCV Comando v lvula de escape O a 4096 0 a 100 3472 Fonte SAMARCO MINERA O SA 2011 Outro ponto importante a ser frisado que como as anal gicas dos sopradores s o em sua maioria utilizadas para a prote o dos mesmos conforme indicam as tabelas 4 2 e 4 3 do t pico 4 2 importante que os valores d
72. rumentos apresentavam m qualidade associado ao n o cumprimento dos padr es e normas utilizados na planta Ap s a an lise do hist rico de paradas dos equipamentos no sistema gerencial da planta constatou se um grande n mero de falhas associado a um alto tempo de manuten o o que levou conclus o de que uma reengenharia seria necess ria para aumentar a disponibilidade e a confiabilidade dos sopradores de ar 1 4 Estrutura A organiza o do trabalho ser apresentada em cap tulos da seguinte forma e O Cap tulo 1 empregado para apresentar uma introdu o da monografia com uma descri o sucinta do projeto e O Cap tulo 2 aborda os principais conceitos relacionados ao processo ao equipamento e estrat gia utilizada no desenvolvimento do trabalho e O Cap tulo 3 contempla a principal ferramenta utilizada no projeto o sistema de controle distribu do da Emerson Process Management o DeltaV e O Cap tulo 4 empregado para descrever o desenvolvimento do projeto levantamento das vari veis as mudan as necess rias em campo as configura es realizadas e a implanta o das modifica es e O Cap tulo 5 empregado para apresentar os resultados obtidos com o projeto a interface de supervis o os testes de comissionamento e a libera o para opera o e O Cap tulo 6 apresenta as conclus es do projeto assim como os benef cios alcan ados 2 REVIS O BIBLIOGR FICA Durante o projeto de automa o
73. s o definidos utilizando linguagens de programa o como FDB Function Block Diagram ou SFC Sequential Function Chart especificadas na norma IEC61131 3 Progammable Controllers Programming Languages O DeltaV possui uma biblioteca de blocos para implementar fun es de controle anal gico l gica digital entradas e sa das entre outras fun es b sicas Cada bloco possui um conjunto de par metros associados poss veis de ser alterados para constru o do algoritmo podendo este resultar em simples convers es de entradas ou estrat gias de controle mais complexas cuja implementa o requer geralmente uma combina o de v rios blocos Na figura 3 4 est representada a estrat gia de um controlador PID esse um bloco de fun o do sistema que parametrizado de acordo com a aplica o utilizando a ferramenta de edi o de m dulos de controle o Control Studio O anexo A contem todos os blocos l gicos do sistema DeltaV assim como suas respectivas descri es Malha de Controle comum PID em dispositivos Fieldbus Este modulo tem o objetivo de ser utilizado para controles no campo O blo Al eh determinado para um transmissor e o bloco AO para uma valvula O t PID pode ser determinado para um transmissor ou uma valvula TAG AM Alt El IN 207 FI 334 AM OUT _ SIMULATE_IN TRK_IN_D TRK_VAL PID1 SP ESCALA1 7 Pv SCALE _ MODE 207 Fl 334 Al1 OUT_SCALE PID1 MODE
74. s 2 Plus instalados no mesmo Por isso ent o foi necess rio criar os dispositivos profibus respons veis por permitir essa comunica o 4 4 1 Configura o do rel GE Multilin 369 na rede profibus DP Para que essa comunica o funcione necess ria a configura o de um dispositivo de rede profibus DP baseada no arquivo GSD do Multilin 369 Nesse dispositivo s o criadas as palavras de leitura e escrita que ser o trocadas entre o mestre da rele o cart o profibus DP e o escravo o rel O Multilin foi instalado em campo em uma rede espec fica para motores conhecida como rede de CCM central de comando de motor Nessa rede est o configurados diversos outros equipamentos e os rel s entraram como novos n s sendo eles 47 e 48 para os sopradores 07 VE 001 e 07 VE 002 respectivamente Os dispositivos foram adicionados CPU 207 PCU 01 2 Cart o C01 Porta P01 e receberam os nomes G02 07VE001 e G02 07VE002 Na figura 4 8 em destaque temos a configura o do dispositivo G02 07VE002 referente ao soprador 07 VE 002 40 R Exploring DeltaV File Edit View Object Applications Tools Help 2 co207ve002 Jeso Dix amenos e All Containers Contents of G02 07VE002 F G02 07VE002 Name TYPE er Description cd E sioroo1 PALAVRAS DE ENTRADA 00 A 31 E storooz PALAVRAS DE ENTRADA 32 A 63 E siorooz PALAVRAS DE ENTRADA 64 A 95 E storoos PALAVRAS DE ENTRADA 96 A 127 E sioroos PALAVRAS DE ENTRADA 128 A 159 E sioroos PALAVRAS
75. s de descobrir mas podem tamb m existir outras menos evidentes a bomba tem que fornecer uma vaz o definida ela precisa respeitar algumas restri es desconhecidas A empresa deve avaliar o n vel de import ncia das caracter sticas da bomba antes de realizar a compra da mesma JUNIOR et al 2005 N o se tem registros de quando iniciou a pr tica da engenharia reserva fato que foi amplamente utilizada em nossa hist ria seja em per odos de guerra com intuito de dominar tecnologia inimiga ou na ind stria para solu o de problemas Com o avan o tecnol gico cada vez mais se tem utilizado essa t cnica estando a diretamente envolvida em quest es judiciais relacionadas quebra de patentes A Engenharia Reversa uma metodologia de projeto que atrai grande interesse pois sua utiliza o permite a cria o de novos produtos em intervalos menores e com maiores possibilidades de sucesso se comparada as metodologias convencionais O menor investimento financeiro e prazos reduzidos de desenvolvimento j s o por si s importantes mas o fato de lan ar um produto novo baseado em algo que j obteve o reconhecimento do mercado talvez o maior dos atrativos principalmente pela redu o dos riscos do investimento feito NOGUEIRA LEPIKSON 2006 15 Mas al m das quest es legais que podem envolver essa pr tica temos na mesma uma forte aliada para solu es de problemas dentro das ind strias Cada vez mais s o dese
76. s e por ouvir minhas lamenta es e sempre dizer que tudo vai dar certo Ao professor Ronilson Rocha pela orienta o apoio e amizade nesses meses de desenvolvimento desse trabalho Agrade o a SAMARCO MINERA O S A em especial ao departamento de Automa o de Germano pelos conhecimentos adquiridos ao longo dos anos de trabalho e por fornecer todas as condi es para que esse projeto se realizasse assim como por demonstrar confian a em meu trabalho RESUMO A gera o de ar para equipamentos de flota o fundamental na obten o de bons resultados nos processos de beneficiamento mineral Os tanques de flota o chamados de tank cell pelo fabricante e detentor da patente s o equipamentos que necessitam de ar em alta vaz o a baixas press es o que limita o uso de equipamentos geradores de ar aos sopradores de ar blowers Essas m quinas s o compressores centr fugos dotados de turbinas de v rios est gios Os sopradores de ar s o fornecidos juntamente com os tanques de flota o e s o controlados por um sistema de controle embarcado o que dificulta a integra o ao sistema de controle da planta Esse sistema de controle n o permite o acesso estrat gia de controle da m quina e possui baixa efici ncia principalmente no que diz respeito aos diagn sticos de falhas eventos e hist rico de alarmes do equipamento Esses problemas geram perdas de produ o causadas por paradas das m quinas e dificuldade de solu o de
77. screve num canal de entrada sa da um valor de refer ncia Discrete Output predefinido pelo utilizador ou definido pela sa da de outro m dulo permitindo ainda fazer invers o do sinal Combina as oito entradas de uma carta de entradas discretas e disponibiliza as a outros blocos sob a forma de uma entrada de oito bits Fieldbus Multiple Discrete Input Fieldbus Multiple Coloca um valor de refer ncia de oito bits nos oito canais de Discrete Output entrada sa da de uma carta de sa das discretas Multiplexed Analog Permite processar at oito medi es de um equipamento Input Fieldbus Pulse Input utilizado para fazer contagem de impulsos Fonte PALMEIR O 2009 A 2 Blocos de Controlo Anal gico Nome Descri o Bias Gain Gera uma sa da cujo valor a entrada acrescida de um offset e por sua vez multiplicada por um ganho Permite ao utilizador especificar uma express o em texto Calculation Logic P P estruturado para determinar as saidas Estes blocos podem ter at 16 entradas e 16 saidas Control Selector Coloca na saida uma de tr s entradas associadas a controladores PID A escolha da entrada seleccionada depende do tipo de selec o que pode ser a do valor mais elevado a do valor menos elevado ou a do valor central Filter Faz a filtragem de sinais ruidosos tornando os mais constantes Input Select Coloca na sa da uma de quatro en
78. se um t pico de m dulo for alterado todos os m dulos gerados a partir deste n o sofrem qualquer altera o sendo tamb m estes pass veis de altera es por parte do usu rio sem que isso influencie no t pico do m dulo 3 5 Ferramentas de software Ao n vel de software o DeltaV composto por um pacote de aplica es que ajudam o usu rio na instala o opera o e otimiza o dos processos estando estas divididas em dois grupos ferramentas de engenharia e ferramentas de opera o As ferramentas de engenharia englobam um conjunto de aplica es que permitem configurar as estrat gias de controle gerir utilizadores administrar a base de dados entre outras possibilidades Quanto s 27 ferramentas de opera o estas s o utilizadas para monitorizar os processos avaliar o seu desempenho e resposta perante determinadas condi es e analisar o estado do sistema e alguns equipamentos de campo Existem ainda outras ferramentas num sistema DeltaV destas fazem parte as ferramentas de controle avan ado bem como servidores de OPC OLE for Process Control ferramentas de gest o de modifica es inspe o e sintonia de malhas de controle No anexo B est o as principais ferramentas de software que comp em o sistema DeltaV juntamente com sua fun es 4 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO Conclu do o trabalho de levantamento das informa es sobre os sopradores inicia se o desenvolvimento do projeto da solu o assim com
79. t Set Flip flop O valor de sa da um valor discreto baseado na opera o l gica NOR entre as entradas SET e RESET Set Reset Flip flop Gera uma sa da discreta que tem por base a opera o l gica NAND entre as entradas SET e RESET Transfer Seleciona um de dois sinais anal gicos de entrada mediante o estado da entrada SELECTOR ativa IN 1 inativa IN 2 Fonte PALMEIRAO 2009 65 A 6 Blocos de Controlo Avan ado Nome Descri o Didenoswic Este bloco possibilita monitorizar equipamentos de campo para posterior an lise pela aplica o InSight Fuzzy Logic Implementa controladores baseados em l gica difusa Control inspect Este bloco serve para fazer estat sticas da performance de c lulas processuais ou de todo o sistema Permite ao usu rio fazer entradas de resultados de an lises Lab Entry y o laboratoriais para utilizar em redes neuronais Model Predictive Control Model Predictive Control Process Utilizados em sistemas de controlo avan ado Advanced Process Simulator Control APC Model Predictive Control Professional Permite criar sensores virtuais para estimar a sa da de um Neural Network processo baseada nas suas entradas utilizando redes neurais Fonte PALMEIR O 2009 A 7 Itens Especiais Nome Descri o Output Parameter Par metro de sa da poss vel de ser utilizado por outros m dulos Internal Rea
80. ta baseada na opera o l gica AND de entre duas a dezesseis entradas Bi directional Edge Trigger A sa da um impulso de dura o correspondente taxa de execu o do m dulo sempre que ocorre uma transi o na entrada ativa inativa ou inativa ativa Boolean Fan Input Gera uma sa da discreta baseada na soma pesada estado ou opera o l gica OR de uma a dezesseis entradas discretas Boolean Fan Output Descodifica uma entrada bin ria em bits individuais e gera uma sa da discreta para cada bit Condition Avalia uma express o booleana declarada em texto estruturado e caso esta seja verdadeira ativa a sa da caso contr rio desativa a Device Control Implementa uma m quina de estados controlada pelas entradas com base numa tabela de verdade Frequentemente utilizado para controlo discreto de motores e v lvulas Coloca na sa da uma de at dezesseis entradas A escolha da CRET entrada a colocar na sa da realizada pelo operador ou pela sa da de outro bloco Negative Edge Gera um impulso com a dura o do tempo de execu o do Trigger m dulo sempre que a entrada passe de ativa para inativa Not Inverte o sinal discreto de entrada or A sa da gerada com base na opera o l gica OR de at dezesseis entradas Positive Edge Gera um impulso com a dura o do tempo de execu o do Trigger m dulo sempre que a entrada passe de inativa para ativa Rese
81. tados a dez para cada grupo num m ximo de 120 incluindo controladores As esta es de trabalho s o da fabricante DELL podendo ser micro computadores ou servidores de acordo com a aplica o os sistemas operacionais s o Windows Server 2003 2008 Professional Plus e Application Windows XP ou Seven Operator 3 2 Controladores As estrat gias de controle e a interface com os dispositivos de campo est o a cargo dos controladores e do subsistema de entradas e sa das respectivamente No DeltaV podem existir at 100 controladores simples ou em redund ncia estando associados a cada um dos controladores um subsistema de entradas e sa das composto por at 64 cart es resultando no m ximo em 750 entradas e sa das sendo o tempo de processamento m nimo para cada m dulo de um controlador DeltaV de 100ms Associadas a cada controlador est o as fontes 29 de alimenta o que providenciam energia ao sistema e por vezes a alguns equipamentos de campo podendo tamb m estas ser utilizadas em redund ncia se necess rio 3 3 Estrat gias de Controle As estrat gias de controle num sistema DeltaV s o configuradas em m dulos chamados de Control Module sendo estes as unidades de controle b sicas do sistema onde est o contidos algoritmos alarmes displays informa o de hist rico entre outras caracter sticas que os constituem Os algoritmos s o os passos l gicos que determinam o comportamento de um m dulo Estes algoritmos
82. te EMERSON PROCESS MANAGEMENT 2006 Quanto ao barramento remoto este utilizado para fazer a interface entre o DeltaV e a rede coorporativa da empresa consistindo igualmente num barramento Ethernet ligado a uma esta o Professional PLUS ou Application ou a ambas Neste barramento podem ainda ser ligadas esta es remotas cujas funcionalidades dependem da forma como a liga o entre o barramento remoto e o sistema feita Professional PLUS ou Application Na figura 3 3 est ilustrado um sistema DeltaV com barramento remoto 23 Plant LAN twisted pair switch Ja Piney pla _ q a q Operator Operator contro us station station por i us i A Ses Cisco 2950 kesene Aness Cisco 2950 twisted pair switch E e Secondary i SR ERC EE snes Control network i i s i 1 E Erro H SSS Et H las l ter FIGURA 3 3 Barramento remoto de um sistema DeltaV Fonte EMERSON PROCESS MANAGEMENT 2006 3 1 Workstations As Workstations podem ser classificadas em tr s tipos sendo elas Professional PLUS Operator e Application Al m dessa classifica o ainda poss vel em cada tipo de esta o ter pacotes de software distintos mediante a licen a instalada Para a esta o Professional PLUS existe apenas um pacote de licen a que inclui todos os softwares e suas funcionalidades podendo haver apenas uma esta o destas por barramento de controle sendo ela o
83. tivo ou n o O valor instant neo da corrente a vari vel de processo do controlador PID O valor ajustado para alarme de surto alarme Lo de corrente soma se ao par metro de MARGEM SURTO para produzir a refer ncia do PID set point do PID O sistema Fast Oppening abertura r pida ativado pelo flag que sinaliza que ocorreu alarme de surto alarme Lo de corrente Se o alarme ficar ativo por uma dura o igual ao par metro TEMPO DISPARO inicia se uma rampa de subida que vai do valor ZERO at OPPENING VALUE numa taxa s igual OPEN FAST RATE E se o alarme ficar inativo durante o mesmo TEMPO DISPARO a v lvula inicia uma rampa de descida 48 que vai de OPPENING_VALUE at ZERO numa taxa s igual CLOSE SLOW RATE A rampa de descida mais lenta que a rampa de subida O valor solicitado pelo PID e pelo FASTOPPENING comparado e o maior selecionado e enviado para abertura da v lvula de escape Na figura 4 14 poss vel identificar os par metros citados na estrat gia de controle anti surto esses par metros s o entradas do sistema podendo ser ajustados para adequa es na estrat gia caso seja necess rio WHOviviers 207 WIS NON IWIEFE LO LANOLIN LTE 207 vocoravol wosa arc eo Fw owa J EYMINEN ELUM NO JOSSIWSYEN WIN EYES CDEUIUUIRIED 138 000 Cid 001g O ENNEN EUNA BJE OY COONQ O 3 JOSSUUSUEN UM LJEG CORUUEIED W IV E ror
84. tradas mediante um crit rio de escolha maximo minimo m dia Fieldbus Input Semelhante ao anterior mas em vez de quatro entradas possui Selector Extended oito Lead Lag Introduz um avan o um atraso ou ambos Limit Limita o valor de entrada entre dois valores pr definidos Manual Loader Permite ao utilizador definir o valor de sa da do bloco PID Implementa um controlador PID Ramp Gera uma rampa crescente ou decrescente E utilizado p ex em arranque suave de motores Rate Limit Limita a taxa de varia o do sinal de sa da a um valor pr definido Ratio Coloca na sa da o valor da entrada prim ria multiplicada pela raz o pretendida entre as duas entradas Scaler Para efetuar mudan as de escala Signal Permite fazer lineariza es de sinais sendo necess rio definir at Characterizer vinte pontos da fun o que se pretende linearizar Signal Generator Gera um sinal que simula um processo utilizando uma combina o espec fica de uma onda sinusoidal com uma onda quadrada um offset e um valor aleat rio Signal Selector Seleciona o m ximo o m nimo ou a m dia de at dezesseis entradas Splitter Atrav s de um sinal de entrada gera dois sinais de sa da com base numa matriz Fonte PALMEIRAO 2009 63 A 3 Blocos Matem ticos Nome Descri o Absolute Value Devolve o valor absoluto da entrada Add Gera um valor de sa da correspondente
85. uipamento a ser estudado e ao processo em que o mesmo se aplica e Estudo do manual de opera o e manuten o avalia o de dados t cnicos que permitam compreender o funcionamento do equipamento para reprodu o do programa de controle tais como pot ncia vaz o de ar corrente nominal par metros operacionais e de manuten o etc e Opera o assistida as opera es do equipamento s o observadas detalhadamente a fim de identificar suas caracter sticas durante as partidas paradas e em opera o normal Esta etapa extremamente importante para se avaliar os par metros que garantam que as fun es de controle sejam aperfei oadas e Projeto do sistema de controle realizado com base nos dados levantados durante o processo de investiga o 13 e Implanta o das modifica es na planta a etapa mais complexa uma vez que o equipamento essencial para opera o da planta e interven es somente podem ocorrer durante as paradas da usina para manuten o 1 3 Motiva o Como se trata da nica fonte de ar para os tanques de flota o o soprador equipamento extremamente cr tico para a opera o da usina de beneficiamento cuja parada n o programada paralisa a produ o causando uma perda da ordem de milh es de reais Uma vez que o sistema de controle embarcado do equipamento n o acess vel a sua manuten o e o diagn stico de falhas s o dificultados Al m disso os pain is de comando e de inst

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