Automação Industrial Capítulo 2 – Telemetria Prof.ª Patricia Pedroso Estevam Ribeiro Email: patriciapedrosoestevam@hotmail.com 02 e 03 / 05/ 2014

Introdução Telemetria: é uma tecnologia que permite a medição e comunicação de informações de interesse do operador ou desenvolvedor de sistemas. Antigamente esses dados eram sinais pneumáticos que circulavam em uma malha de controle. Depois, com o desenvolvimento tecnológico, vieram os sinais analógicos e hoje tem-se os sinais digitais.

Introdução A nível industrial os sinais digitais começaram a aparecer a partir da década de 70. Hoje já são bastante comuns, estando presente nos protocolos HART, Modbus, Fieldbus, etc. A palavra é de origem Grega onde tele = remoto e metron = medida. Sistemas que necessitam de instruções e dados enviados à eles para que sejam operados, requerem o correspondente a telemetria, o telecomando.

Introdução

Vantagens da Telemetria Os instrumentos agrupados podem ser consultados mais fácil e rapidamente, possibilitando uma visão conjunta do desempenho da unidade. Podemos reduzir o número de operadores com simultâneo aumento da eficiência do trabalho. Cresce, consideravelmente, a utilidade e a eficiência dos instrumentos em face das possibilidades de pronta consulta, manutenção e inspeção, em situação mais acessível, mais protegida e mais confortável

Transmissores Definição: Os transmissores são instrumentos que medem uma variável do processo e a transmitem, a distância, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou a uma combinação destes. Existem vários tipos de sinais de transmissão: pneumáticos, elétricos, hidráulicos e eletrônicos e digitais.

SINAIS PNEUMÁTICOS Sinais Típicos: 3 a 15 PSI / 3 a 27 PSI / 0 a 30 PSI. Países com Sistema Métrico: 0,2 a 1,0 kgf/cm2. Nas válvulas: 0,6 a 1,4 kgf/cm2 ou 0,8 a 2,4 kgf/cm2. Linhas de Transmissão: As linhas de transmissão pneumáticas são constituídas de tubos de cobre ou vinil de 1/4" (diâmetro externo). Em casos especiais (atmosferas oxidantes), usam-se tubos de aço inox. A distância prática para transmissão do campo para o painel é de aproximadamente 150m. Para distâncias superiores, é recomendável intercalar relés pneumáticos (amplificadores) a cada 100m a fim de atenuar os retardas de transmissão. Considera-se viável, a transmissão pneumática até a distância de 500m.

Transmissores Pneumáticos Podemos, entretanto, encontrar transmissores com outras faixas de sinais de transmissão. Por exemplo: de 20 a 100kPa. Nos países que utilizam o sistema métrico decimal, adotam-se as faixas de 0,2 a 1kgf/cm2 que equivalem, aproximadamente, de 3 a 15psi. O alcance do sinal no sistema métrico é cerca de 5% menor que o sinal de 3 a 15psi.

SINAIS ANALÓGICOS Sinais Típicos: 4 a 20mA / 10 a 50 mA / O a 20 mA / 1 a 5 V / 0 a 5 V / 0 a 10V. Linhas de Transmissão: As linhas de transmissão para instrumentação eletrônica, são constituídas geralmente de fios de cobre flexível com isolamento de até 600 Volts. Os sinais DC contínuos eliminam a possibilidade de capturar perturbações eletromagnéticas podendo utilizar 2 fios blindados. Zero Vivo: Utilizado quando adotamos o nível mínimo de 4 mA, oferece a vantagem de podermos detectar uma avaria (rompimento de um dos fios), que provocaria a queda do sinal abaixo de 0%. Note também, que o nível mínimo do sinal pneumático não é zero e sim 3PSI, deste modo, consegue-se calibrar corretamente o instrumento, comprovando essa calibração como por exemplo no caso de um transmissor pneumático de temperatura de range O a 150°C onde o sensor estivesse com O°C e o sinal de saída em 1 PSI, o mesmo visivelmente seria possível detectar sua descalibração. Se o nível mínimo fosse O PSI, não seria possível fazer esta comprovação rapidamente.

Transmissores Eletrônicos Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de sinais em painéis, sendo os mais utilizados: 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. A relação de 4 a 20 mA, 1 a 5 V está na mesma relação de um sinal de 3 a 15psi de um sinal pneumático.

SINAIS DIGITAIS Comunicação Paralela A comunicação paralela é normalmente utilizada para a troca de informações entre computadores e demais sistemas digitais de alta velocidade quando separados fisicamente em locais próximos, isto é, com poucos metros de separação. Composto por 8 bits, utiliza 8 vias para transmissão, permitindo a transferência simultânea de informação e além de sinais elétricos.

SINAIS DIGITAIS Comunicação Serial A transmissão serial é o processo pelo qual, bit a bit, é transmitido de forma seqüencial por uma única linha física. O conjunto de um determinado número de bits, forma um caracter. Transmissão Serial Assíncrona: o modo assíncrono trata cada caracter separadamente, transmitindo-o como se fosse um pacote isolado de informação. A sincronização é realizada por bits sinalizadores de partida (Start bit) e de parada (Stop bit).

SINAIS DIGITAIS Comunicação Serial Transmissão Serial Síncrona: na transmissão serial síncrona, os bits de um caracter são seguidos por outros bits do próximo caracter, não havendo os start bits e os stop bits. O sincronismo da transmissão é conseguido através do envio de um caracter ou caracteres de sincronismo, os quais mantém os osciladores do transmissor e do receptor em fase.

SINAIS DIGITAIS Padrões de Interfaces de Comunicação: EIA-RS 232C: Saída no estado impedância (Tri-state), ligação em pequenas distâncias. EIA-RS 422: Comunicação (master-slave) com saída no estado impedância (Tri-state), ligação em longa distâncias. EIA-RS 485: Comunicação (master-slave) com saída no estado impedância (Tri-state), ligação em longa distâncias. Nível Lógico Tensão DC 3 a 15 VDC 1 -15 a -3 VDC Nível Lógico Tensão DC +5 VDC 1 -5 VDC Nível Lógico Tensão DC +5 VDC 1 -5 VDC

SINAIS DIGITAIS Tipos de modulação MODEM (Modulador - Demodulador) estão geralmente associados com transmissão por linha telefônica, onde o sinal na linha tem valores variando constantemente. Em sistemas de controle distribuído, os bits são transmitidos em estados ON e OFF. Entretanto a ação de interfaceamento entre a informação binária no arquivo controlador e no highway, tem alguma similaridade com o modem, de forma que o termo é aceito. Modems utilizam três esquemas básicos de modulação: Modulação em Frequência: (FSK): é uma forma de onda, onde a frequência portadora é modificada de um valor representado por 1, para outro representando por O. Ex: "1" = 1.200 Hz e "O" = 2.400 Hz. Modulação em Amplitude (ASK): opera com a portadora em frequência constante, masvaria a amplitude para corresponder a mudanças de estado. Ex: "1" = 4 Vpp e "O" = 2 Vpp. Modulação em Fase (PSK): modifica a fase do sinal transmitido por um número espécifico de graus para corresponder a uma formatação de entrada em bits. Ex: "1" = 0° e "O" = 180°.

SINAIS DIGITAIS Velocidade de Transmissão (Baud-rate) É definida como o número de bits que são transmitidos por segundo. As relações de transmissão de dados mais comuns são: 300, 600, 1.200, 4.800, 9.600 e 19.200.

Protocolo HART Protocolo Highway Adress Remote Transducer (HART) Consiste num sistema que combina o padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1.200 bits/s (BPS) e modulação FSK (Frequency Shift Keying). Baseado no sistema mestre/escravo, permitindo a existência de dois mestres na rede simultaneamente. As desvantagens são que existe uma limitação quanto à velocidade de transmissão das informações e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de um par de fios para cada instrumento).

Protocolo HART Vantagem Desvantagem Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital Usa o mesmo tipo de cabo empregado na instrumentação analógica Dispõe de equipamentos de vários fabricantes Desvantagem As desvantagens são que existe uma limitação quanto à velocidade de transmissão das informações e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de um par de fios para cada instrumento).

Protocolo HART

Fieldbus É um sistema de comunicação digital bidirecional, que interliga equipamentos inteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipamentos localizados na sala de controle. Permite comunicação entre uma variedade de equipamentos, tais como: transmissores, válvulas, controladores, CLP etc. Permite o uso de equipamentos de fabricantes diferentes (interoperabilidade) Utiliza um controle distribuído (cada instrumento tem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar informações a outros instrumentos para correção de uma variável – pressão, vazão, temperatura etc.).

Fieldbus