Forskningsdesign og vitenskapsteoretisk posisjon

O uso da comunicação digital superposta ao sinal de medição 4 a 20 mA não somente possibilita a vantagem de usar o desempenho melhorado dos sensores mas também permite uma grande faixa de informação a ser extraída do transmissor, sob pedido, e ajustes feitos para o modo de operação.

Fig. 7.12. Diagrama da saída de 4 a 20 mA

Os atributos e características dos transmissores smart e inteligente são mostrados adiante, mas os detalhes podem diferir de uma fabricante para outro, bem como de um tipo para outro de transmissor. A maioria das

características ou atributos do transmissor inteligente pode ser endereçada de um terminal portátil (handheld), chamado de comunicador ou interface handheld ou de uma outra interface da sala de controle. Linearização e caracterização do sensor

A presença de memória e a capacidade de computação no transmissor permitem o sinal ser condicionado antes de ser transmitido. Por exemplo, o sinal do sensor primário pode ter uma relação não linear

conhecida com a variável medida. Os exemplos mais comuns são os sensores de temperatura a termopar e a RTD e a relação raiz quadrática entre a vazão e a

pressão diferencial gerada pela placa de orifício ou outro sensor gerador de pressão diferencial. Assim, a informação da calibração real do transmissor pode ser armazenada na memória e usada para melhorar a precisão do sinal de saída.

Nos casos onde o sistema de

medição compreende dois instrumentos separados como um elemento sensor e um transmissor separado com a unidade de computação, as constantes do sensor primário entram na unidade de

computação do transmissor, de modo que qualquer unidade pode ser trocada.

Além destas manipulações puramente matemáticas com os dados originais, também podem ser feitas medições internas auxiliares em linha da pressão e temperatura para permitir a correção da saída dos efeitos destas quantidades sobre o desempenho do transmissor. Esta é uma atividade separada da correção da medição resultante para variações nas propriedades do fluido com a temperatura ou pressão, embora

alguns instrumentos possam permitir acesso a estas medições auxiliares sobre a linha de comunicação de modo que eles possam ser usados externamente para este objetivo.

O fornecimento de sinais linearizados e corrigidos para um sistema de controle significa que não há necessidade de se fazer estas computações enfadonhas e o tipo de transmissor montado em um determinado local não tem importância para o sistema de controle, desde que se possa assumir que o sinal recebido sempre será linearmente representativo do parâmetro do processo.

Inclusão de funções de controle e outros algoritmos

Os microprocessadores usados em transmissores smart ou inteligente são mais do que capazes de fazer as computações relativamente simples envolvidas no controle liga desliga ou PID e alguns instrumentos fornecem esta característica. A sintonia da malha é feita através da linha de comunicação.

Medição em unidades de engenharia Há vários modos de se conseguir isso:

1. Ajuste do sinal de 4 a 20 mA cc. Usando os ajustes de zero e de largura de faixa, é possível conseguir que uma variação de 1 mA no sinal de saída corresponda a uma dada

variação na quantidade medida. Isto é particularmente útil em aproveitar registradores e indicadores existentes. 2. Comunicação digital. É geralmente

possível estabelecer o escalonamento de um instrumento de modo que a variável medida (por exemplo, vazão) mostrada no comunicador portátil ou no display do operador apareça em unidades desejadas ou especificadas da medida, com o símbolo da unidade no SI (por exemplo, 7,5 kg/s). Isto pode ser estabelecido

independentemente do

escalonamento do sinal de 4 a 20 mA cc e evita erros de cálculo pelo operador quando converte

percentagens de vazão para unidades de engenharia.

3. Saídas de pulso para totalização. Muitos medidores de vazão têm a opção de saída de pulso em uma freqüência proporcional à vazão. Estes pulsos podem ser contados externamente ou no instrumento em si para fornecer uma indicação da vazão totalizada. O escalonamento desta saída pode ser escolhido de modo que o intervalo entre os pulsos represente um volume ou massa específica do fluido. Esta característica é útil pois permite o uso de simples contadores para indicar o total e permite uma freqüência de pulso conveniente seja escolhida para os contadores

eletromecânicos.

4. Características de falha-segura. Todos os medidores de vazão inteligentes fornecem algumas rotinas internas de diagnóstico e identificam os

problemas. Em alguns instrumentos, pode ser possível especificar o que aconteceu com a saída sob certas condições de falha, por exemplo, ir para 3,9 mA ou manter o último valor.

Fig. 7.13. Transmissor inteligente (Foxboro)

Há um medo generalizado de que estes instrumentos mais complexos possam falhar mais freqüentemente do que os instrumentos analógicos similares. Porém, quando eles falham, muito mais informação acerca da natureza da falha é disponível. Estes instrumentos

complexos têm sido disponíveis em serviço para um período suficiente de tempo para estabelecer a vista que é mais próxima à realidade.

Ajuste de span e de zero

Esta característica permite o uso da faixa total do sinal de saída analógico (usualmente 4 a 20 mA cc) para uma faixa que é menor do que a faixa total de medição do sensor primário. É

usualmente empregada para alterar a largura de faixa sem alterar o zero, mas um zero suprimido pode ser útil quando a variável de processo deve ser controlada rigorosamente em torno de um valor especificado e não há interesse nos valores da variável do processo fora desta faixa estreita. Obtém se um controle melhor por causa dos erros de ruído e de quantização na saída irão representar menores alterações na variável.

Fig. 7.14. Instalação do transmissor inteligente com barreira de segurança intrínseca (MTL)

Mais comumente, isto é usado para permitir o mesmo instrumento ser usados para medir faixas estreitas ou largas e tem especial importância quando a característica de transferência do sensor é não linear, como na medição de vazão com placa de orifício.

Antes do advento dos transmissores inteligentes, um sistema de medição de vazão com placa de orifício, para uma rangeabilidade de 20:1 podia requer três transmissores de pressão diferencial convencionais, com superposição de faixas. Um transmissor inteligente pode, hoje, fornecer as mesmas saídas

analógicas mas com comunicação digital do ajuste de faixa. Em geral, esta

característica é somente necessária se uma saída analógica é necessária, desde que uma representação digital da

pressão diferencial é também disponível do transmissor e ela não requer nenhum ajuste de zero ou de span. Um resultado importante desta versatilidade que se aplica a todos os transmissores

inteligentes é que um modelo pode ser configurado para tratar de uma grande faixa de aplicações de modo que poucos tipos e faixas de transmissores devem ser mantidos como reservas em uma planta de processo.

Área segura Área de risco

Indicador opcional Configurador

Fig. 7.15. Ligação do transmissor em uma malha de medição (Fisher - Rosemount)

Ajuste de amortecimento, tempo de reposta e constante de tempo

Muitos transmissores fornecem seleção de amortecimento, constante de tempo e tempo de resposta para permitir flutuações da variável medida ou redução do ruído eletrônico no sinal de saída. Muitos fabricantes usam um filtro que pode ser representado por um simples atraso, mas alguns usam um filtro

adaptativo com diferentes respostas para variações pequenas e grandes.

A seleção de uma grande constante de tempo produz um sinal de medição lento e suave mas pode mascarar os distúrbios de instabilidade na variável de processo. Quando o sinal de medição está sendo usado como entrada para uma malha de controle de vazão, uma grande constante de tempo pode tornar a sintonia da malha mais difícil. Variando a constante de tempo certamente afeta a sintonia e resulta em controle ruim ou instabilidade.

Rotinas de diagnóstico e status Há dois tipos de informação, um relacionado com o status normal do instrumento e o outro fornece diagnose de falha ou condição anormal do processo. Ambos são de interesse da manutenção da planta e devem ser considerados juntos.

Exemplos de informação do status podem ser:

1. modelo e número de série do transmissor

2. variável principal e unidade de engenharia

3. faixa e constante de tempo de amortecimento do transmissor

4. variável principal correspondendo a 4 a 20 mA cc

5. número de tag de identificação na planta

6. materiais de construção das partes molhadas

7. número de revisão do software 8. data da última calibração.

A habilidade de chamar esta

informação ajuda em manter atualizado o programa de manutenção da

instrumentação da planta, que pode ser verificado por questões reais para garantir que tipo, faixa do equipamento montado na planta está em linha com os registros da planta bem como com as necessidades operacionais. Algumas destas informações de status, tais como número do modelo, serial e materiais de construção, onde isto é crítico, são permanentes. Outros detalhes são entrados ou modificados quando o transmissor é instalado ou removido do serviço.

A informação de diagnóstico é relacionada com a operação real do transmissor e se altera muito mais freqüentemente. Algumas rotinas de diagnostico evitam a entrada de

informação discrepante de configuração (por exemplo, o valor medido

correspondente a 4 mA ser maior do que o 20 mA). Outras informações avisam situações inesperadas, tais como vazão reversa e outras podem reportar falhas internas nos circuitos eletrônicos, tais como falha de escrever em um local de memória.

Muitas destas rotinas rodam continuamente e estabelecem avisos assim que aparece uma falha. Outros podem requer ação do operador no comunicador Portátil ou na interface da sala de controle, tornando possível a verificação da operação do transmissor sem deixar a sala de controle.