Projeto de Automação Industrial Fazer uma Planilha em Excel do Item 4 6

PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 110 10 TRABALHO O trabalho da disciplina consiste no desenvolvimento de parte do projeto de Automação necessário para implantação do processo descrito no item a seguir O escopo deste trabalho se restringe ao Sistema de Controle de Processo 20 PROCESSO O processo proposto é composto por duas etapas distintas Um sistema de distribuição de água de operação continua e uma planta de reagentes com uma etapa de dosagem continua e um sistema de preparação por batelada O fluxograma a seguir ilustra este processo Figura 1 Fluxograma do Processo A seguir descrevese cada uma das etapas do processo 21 DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA O sistema de distribuição é composto por um reservatório com cinco consumidores interligados através de válvulas de bloqueio com diferentes vazões Para controlar o nível existe uma única linha de alimentação com válvula de controle que através da sua abertura de 0 a 100 mantém o nível constante PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 210 A operação das válvulas de saída é feita através de saídas digitais do sistema de automação que atuam as solenóides dos cilindros pneumáticos de cada válvula São previstos também sensores de posição aberto e fechado para sinalização do estado de cada válvula A definição de qual válvula deve ser aberta é uma decisão do operador em função das áreas do processo que estão em operação A válvula de controle de adição de água no reservatório deve controlar automaticamente através de um algoritmo PID o nível do tanque de água A válvula de entrada possui uma relação linear com sua abertura sendo que com 100 de abertura a vazão da válvula é de 500 m³h A malha de controle deve possuir dois modos de operação Modo manual O operador atua diretamente na saída do controlador PID e o valor inserido pelo operador é transferido para a válvula e controle Modo Automático O operador entra com o valor de setpoint desejado e o bloco PID através de cálculos atua na variável de saída A tabela a seguir informa as vazões de saída de cada uma das válvulas do tanque de distribuição Consumidor Valor m³h Válvula 01 2000 Válvula 02 3000 Válvula 03 5000 Válvula 04 10000 Válvula 05 20000 Figura 2 Vazões de saída 22 PLANTA DE REAGENTES O processo é composto por um tanque de preparação de produto e outro de consumo O tanque de preparação possui uma válvula de entrada de água um alimentador de produto um agitador um aquecedor e uma válvula de produto Com relação aos instrumentos existem dois transmissores um de nível e outro de temperatura O tanque de consumo possui outros dois instrumentos um para medição de nível e outro para medição do consumo de produto O processo de preparação deve ser executado passo a passo conforme indicado a seguir Ao final do quinto passo deverá ser interrompido e aguardar um novo comando de preparação PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 310 Figura 3 Passos Cada passo deve efetuar uma tarefa e possui e uma condição de finalização que avança ao próximo passo As condições de avanço e tarefas são descritas a seguir Passo Tarefa Atuação Condição Avanço 1 Enchimento Válvula de Entrada de Água Nível do Tanque de Preparação 70 do volume disponível 2 Alimentação Alimentador e Agitador Nível do Tanque de Preparação 99 3 Homogeneização Agitação durante 30 s 4 Aquecimento Aquecedor Temperatura 60 durante 30 s 5 Transferência Válvula de Produto Nível do Tanque de Recebimento 95 Figura 4 Descrição dos Passos Passo 01 Enchimento Passo 02 Alimentação Passo 03 Homogeneização Passo 04 Aquecimento Passo 05 Transferência PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 410 O agitador deve possuir um intertravamento independente do passo em execução com o nível do tanque de preparação Se o nível ficar abaixo de 20 ele deve ser desligado O comando de preparação de batelada deve ser feito automaticamente toda vez que a autonomia do tanque de consumo for inferior a 30 minutos O tanque de consumo possui as seguintes dimensões Altura de 10 metros e diâmetro de 5 A dosagem de reagentes deve ser controlada automaticamente através de uma malha de controle que deve possuir 03 modos de operação Modo manual O operador atua diretamente na saída do controlador PID e o valor inserido pelo operador é transferido para a válvula e controle Modo Automático O operador entra com o valor de setpoint desejado e o bloco PID através de cálculos atua na variável de saída Modo Setpoint Remoto O valor do setpoint é calculado por algoritmo interno do CLP em função da vazão de água nova Para este modo de operação deve ser definido pelo operador qual a taxa de reagentes gl deve ser dosado e qual a concentração do reagente recebido Estes valores devem ser informados através de entradas de dados do sistema de supervisão Considerar entradas analógicas para simulação de todos os instrumentos que devem possuir as seguintes faixas de medição Instrumento Range Nível Tanque de Preparação 0 100 Temperatura Tanque de Preparação 0 200 C Nível Tanque de Consumo 0 100 Nível Tanque de Distribuição 0 100 Vazão Tanque de Consumo 0 50 m³h Vazão de Água Nova 0 500 m³h Figura 5 Faixa de Medição dos Instrumentos Além dos instrumentos já citados o sistema possui os seguintes sinais de entradas e saídas PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 510 Tipo sinal Equipamento Descrição Entrada Digital Agitador Funcionando Entrada Digital Agitador Defeito Saída Digital Agitador Comando Liga Entrada Digital Aquecedor Funcionando Entrada Digital Aquecedor Defeito Saída Digital Aquecedor Comando Liga Entrada Digital Alimentador Funcionando Entrada Digital Alimentador Defeito Entrada Digital Alimentador Supervisor de Rotação Saída Digital Alimentador Comando Liga Saída Digital Válvula de Água Comando de Abertura Entrada Digital Válvula de Água Chave de Vazão Saída Digital Válvula de Produto Comando de Abertura Figura 6 Sinais de Controle 23 SISTEMA DE AUTOMAÇÃO Todos os pontos de ES devem ser interligados ao CLP instalado na sala elétrica Os sinais padronizados são PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 610 Entradas e Saídas Digitais 24 Vcc Entradas e Saídas Analógicas 420 mA Sensores de Temperatura RTD Os módulos digitais devem ser considerados com 16 pontos e os analógicos com 8 A tensão de alimentação dos equipamentos de automação deve ser 120 Vca60Hz 1 O projeto deve considerar a interligação óptica com a sala de controle onde deve ser instalado um rack de comunicação 2 estações de operação e uma de engenharia Para dimensionamento dos equipamentos de automação deve ser previsto uma reserva de 25 24 ACIONAMENTOS Deve ser considerado para os motores os seguintes acionamentos Equipamentos Tipo de acionamento Carga de Emergência Potência cv Alimentador Inversor de frequência Não 15 Agitador Partida direta Não 40 Bomba de Reagentes Inversor de frequência Sim 25 Aquecedor Partida direta Não 5 Figura 7 Cargas de Processo Todos os motores devem possuir botoeiras de comando ligadesliga Para os inversores deve ser previsto também um ajuste de campo local para definição da velocidade de operação Deve ser previsto um gerador de emergência para acionamento das cargas críticas Além dos motores previstos para controle do processo devem ser previstos os seguintes equipamentos de utilidadesmanutenção Para estes equipamentos deve ser previsto CCM independente Equipamentos Tipo de acionamento Carga de Emergência Potência Talha Elétrica Alimentador Não 50 cv PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 710 Equipamentos Tipo de acionamento Carga de Emergência Potência Transformador de Iluminação Alimentador Não 50 kVA Carregador de Baterias Alimentador Não 10 kVA Exaustor Alimentador Não 5 cv Transformador de Controle Alimentador Não NoBreak Alimentador Não Figura 8 Cargas de Utilidades O CCM de utilidades deve alimentar também o transformador de controle e nobreak do sistema de automação a serem dimensionados no projeto Devem ser considerados dois nobreaks cada um com um painel de distribuição cada para alimentação dos equipamentos de automação da sala elétrica e da sala de controle Deve ser previsto também um transformador de controle para alimentação de serviços auxiliares dos painéis de automação iluminaçãotomadas 30 ATIVIDADES DO PROJETO A atividades desenvolvidas serão divididas nas etapas de projeto básico e detalhado conforme descrito a seguir Os documentos devem ser entregues até 1108 Pode ser feito individual ou grupos de até 6 alunos 31 DOCUMENTOS DE PROJETO BÁSICO Fluxograma de Engenharia Estimativa de Pontos de ES Folhas de Dados Equipamentos de Automação Resumida Configuração do Sistema de Automação 32 DOCUMENTOS DE PROJETO DETALHADO Relações de ES Diagramas de Interligação PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 810 40 ORIENTAÇÕES PARA DESENVOLVIMENTO 41 FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA Todas as válvulas de bloqueio indicadas no fluxograma devem ser acionadas através de cilindros pneumáticos de duplaação comandos por solenóide de 52 vias Cada válvula deve possuir 02 chaves de fim de curso para indicação de posição abertafechada Não é necessário indicar no fluxograma de engenharia botoeiras de campo mas elas devem ser consideradas no dimensionamento do sistema de automação 42 ESTIMATIVA DE PONTOS DE ES Neste documento devese relacionar todos os pontos de ES para interligação no sistema de controle Devese lembrar que nem todos os pontos são indicados nos fluxogramas de engenharia existem sinais do CCM e as botoeiras de comando 43 DIMENSIONAMENTO DE NOBREAK E TRANSFORMADOR DE CONTROLE O nobreak deve ser dimensionado para alimentação das cargas de automação como Estações de Operação Painéis de CLP e Remotas Rack de Automação Instrumentos de Campo a 4 Fios Dos instrumentos previstos para este processo o único que não é 4 fios é o medidor de temperatura O consumo médio para este tipo de instrumento é 50 VA Para dimensionamento da carga dos painéis de CLPRemota devem ser consideradas as seguintes cargas Fonte de 24 Vcc para os instrumentos analógicos Fonte do Rack do CLP Consumo das entradas e saídas digitais Para o transformador de controle deve ser considerada a alimentação das bobinas dos contatores dos motores de partida direta e iluminação e tomadas 10A para os painéis de automação 44 DIAGRAMA DE INTERLIGAÇÃO ÓPTICA O diagrama de interligação óptica deve ser feito para interligação entre a sala de controle e subestação Os componentes de interligação como DIOs e switches devem ser montados em rack de automação 45 FOLHAS DE DADOS EQUIPAMENTOS DE AUTOMAÇÃO As Folhas de Dados devem ser elaboradas seguinte o padrão enviado na Aula 02 para os seguintes equipamentos PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 910 Painel de CLPRemota Switches Transformador de Controle e NoBreak Quadros de Distribuição Todos os equipamentos de Automação também devem ser tagueados assim como os instrumentos Uma forma usual de identificação é Os equipamentos de controle e automação serão identificados da seguinte maneira XXXXYYZZZZ XXXX Localização YY Função do Equipamento ZZZZ Seqüencial Exemplo SE003QDTC0001 Quadro de Distribuição de Tensão de Controle da SE003 Para identificação das funções podem ser utilizadas diversas formas sendo uma delas NB No Break TI Transformador de Controle PCU Painel de CLP RE Painel de Remota RK Rack de Automação WO Estação de Operação WE Estação de Engenharia QDTC Quadro de Distribuição de Tensão de Controle QDTI Quadro de Distribuição de Tensão Ininterrupta SW Switch DD Distribuidor Interno Óptico 46 RELAÇÃO DE ES Neste documento deve estar contemplado a localização de interligação de cada sinal no CLP Para sua elaboração devese definir a quantidade de slots do rack do CLP e sua forma de identificação normalmente a partir do digito 0 Devese lembrar que antes dos módulos de ES devem ser previstos slots para montagem da CPU e cartões de comunicação PÓSGRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TRABALHO FINAL PROJETOS DE AUTOMAÇÃO 1010 47 DIAGRAMA DE INTERLIGAÇÃO Devem conter as seguintes informações Interligação de válvulas e instrumentos ao sistema de automação Alimentação dos equipamentos de automaçãoinstrumentos Interligação entre CLP e CCMInversor Interligação entre sala de controle e subestação Interligação de rede entre CLP e Estações de Operação Nos diagramas deve ser indicado a localização de cada componente tipos de cabos tags e bornes de interligação Para interligação no CLP deve ser definido qual padrão de régua de borne será utilizado Para os instrumentos analógicos pode ser padronizado os bornes e para sinal e F e N para alimentação Para interface com o CCM considerar a seguinte régua de interface Uma forma típica para identificação de cabos é apresentada a seguir 11 TÍTULO NOTAS CARTÃO ENTRADA DISCRETA TERMINAIS DO CARTÃO ENDEREÇO LÓGICO TAG INSTRUMENTO DISPOSITIVO DESCRIÇÃO CARTÃO Nº DOCUMENTO RESAUT001 PÁGINA REV TAG EQUIPAMENTO PROJETO DETALHADO RELAÇÃO DE ENTRADAS E SAIDAS PROJETO LOCALIZAÇÃO ARMÁRIO CLP REDE SLOT 01 02 04 05 03 08 06 07 09 11 10 13 12 15 14 16 Relação de Entrada Saída Neste documento deve estar contemplado a localização de interligação de cada sinal no CLP Para sua elaboração devese definir a quantidade de slots do rack do CLP e sua forma de identificação normalmente a partir do digito 0 Devese lembrar que antes dos módulos de ES devem ser previstos slots para montagem da CPU e cartões de comunicação De acordo com a planta de Preparação e Dosagem de reagentes Observações importantes O transmissor de temperatura transmissores de nível e transmissores de vazão 1 entrada analógica AI para cada A válvula que é LV é 1 saída analógica AO E a parte dos motores e botoeiras conforme está no enunciado do trabalho 500TQ001 TANQUE DE TRATAMENTO 500TQ002 TANQUE DE CONSUMO 500TQ003 TANQUE DE DISTRIBUICAO