Diagramas Lógicos Binários
ANSI/ISA S5.2 -1976 (R1981) Diagramas Lógicos Binários para Operações de Processo
3.1. Objetivos O objetivo da norma: Diagramas Lógicos Binários para Operações de Processo, ISA S5.2, é o de fornecer um método de diagramação lógica de sistemas de intertravamento e seqüencial binários para a partida, operação, alarme e desligamento de equipamentos e processos em industrias de processo. A norma ajuda o entendimento e operação de sistemas binários e melhora a comunicação entre pessoal técnico de gerência, projeto, operação e manutenção que lida com o sistema em comum. A norma fornece símbolos, símbolos, básicos e não básicos para funções binárias de operação, de modo que eles possam ser aplicados em qualquer tipo de equipamento, eletrônico, pneumático, fluídico, hidráulico, mecânico, óptico, manual ou automático.
3.2. Uso de símbolos Usando os símbolos chamados de básicos, os sistemas lógicos podem ser descritos com o uso de apenas os mais fundamentais blocos lógicos. Os símbolos básicos são: AND, OR, NOT, NOR, NAND e OR EXCLUSIV. Há ainda os blocos funcionais de TEMPO (temporizador) (temporizador) e de CONTAGEM (contador). Os símbolos restantes, não básicos, são mais compreensíveis e permitem que os sistemas lógicos sejam diagramados com mais concisão. O uso dos símbolos
não básicos é opcional. Exemplo de informações não básicas: identificação do documentos, números de tags, marcação de terminais. Um diagrama lógico pode ser mais ou menos detalhado, dependendo de seu uso. A quantidade de detalhe em um diagrama lógico depende do grau de refinamento da lógico e se está incluída a informação auxiliar não-lógica. O diagrama pode pode ser fornecido com com o nível de detalhe apropriado, por exemplo, para a comunicação entre um projetista de circuitos pneumáticos e um projetista de circuitos elétricos ou pode apenas fornecer uma descrição genérica para um gerente de fábrica. Também como exemplo de refinamento de detalhes: um sistema lógico pode ter duas entradas opostas, e.g., um comando para abrir e um comando para fechar, que não existem simultaneamente. simultaneamente. O diagrama lógico pode especificar ou não o resultado se ambos os comandos existirem simultaneamente. simultaneamente. Além disso, podem ser adicionadas notas explicativas ao diagrama para registrar o tipo de lógica. A existência de um um sinal lógico pode pode corresponder fisicamente à existência ou não de um sinal do instrumento, dependendo do tipo do equipamento e da filosofia do circuito. Por exemplo, um projetista pode escolher um alarme de vazão alta para ser atuado por uma chave elétrica cujos contatos abrem em vazão alta, mas o alarme de vazão alta pode ser projetado para ser atuado por uma chave elétrica cujos contatos fecham em vazão alta. Assim, a condição de vazão alta pode ser representada fisicamente pela ausência ou pela presença de um sinal elétrico. O 1
Diagramas Lógicos Binários diagrama lógico não tenta relacionar o sinal lógico a um sinal de instrumento de qualquer tipo. Um símbolo lógico pode ser mostrado no diagrama como tendo três entradas, A, B e C, porém é típico para uma função lógica ter qualquer número de duas ou mais entradas. O fluxo de informação é representado por linhas que ligam estados lógicos. A direção normal do fluxo é da esquerda para a direita e do alto para baixo. Podem ser colocadas setas nas linhas para dar mais informações ou quando o fluxo das linhas não é no sentido normal. Um resumo do status de uma operação pode ser colocado no diagrama sempre que for útil, para dar um ponto de referência na seqüência lógica. Uma condição lógica específica pode ser mal entendida quando ela envolve um equipamento que pode ter mais de dois estados alternativos. Por exemplo, se é estabelecido que uma válvula não está fechada, isto pode significar que 1. a válvula está totalmente aberta ou 2. a válvula está simplesmente não fechada, ou seja, em uma posição intermediária entre aberta e fechada. O diagrama deve ser interpretado literalmente. Se uma válvula é aberta-fechada, é necessário fazer o seguinte para evitar mal entendidos: 1. desenvolver o diagrama lógico de modo que diga exatamente o que se quer. Se a válvula é para estar aberta, então isto deve ser estabelecido. A válvula não deve ser descrita como estando não-fechada. 2. fazer uma nota separada especificando que a válvula sempre assume ou a posição totalmente aberta ou totalmente fechada. De modo diferente, há equipamento que está ligado ou desligado, operando ou parado. Para dizer que uma bomba não está operando usualmente se diz que ela está parada. As seguintes definições se aplicam a equipamentos que tem posições aberta, fechada ou intermediária. Posição aberta: uma posição que está 100% aberta. Posição não-aberta: uma posição que é menos do que 100% aberta. Um
dispositivo que está não-aberto pode estar fechado ou não. Posição fechada: uma posição que está 0% aberta. Posição não-fechada: uma posição que é mais do que 0% aberta. Um dispositivo que está não-fechado pode estar aberto ou não. Posição intermediária: uma posição especifica que é maior do que 0% e menor do que 100% aberta. Posição não-intermediária: uma posição que é acima ou abaixo de uma posição intermediária especifica. Deve-se notar que nem sempre o diferente de totalmente aberto é totalmente fechado, pois pode-se ter também parcialmente aberto. Somente em sistemas binários o diferente de aberto é fechado, pois neste sistema um estado só pode ser totalmente aberto ou totalmente fechado e não há parcialmente aberto. Para um sistema lógico tendo um status de entrada que é derivado indiretamente (por inferência), pode aparecer uma condição que induz a uma conclusão errada. Por exemplo, assumir que exista vazão porque o motor da bomba está ligado pode ser falso, porque pode haver uma válvula fechada, um eixo do motor quebrado, o acoplamento motor-bomba defeituoso. Deve-se estabelecer declaração baseando-se em medida positiva confirmando que uma determinada condição realmente existe ou não existe. Uma operação do processo pode ser afetada pela perda da alimentação elétrica ou pneumática. Para levar em conta esta possibilidade, deve-se considerar o efeito da perda da potência a qualquer componente lógico ou ao sistema lógico total. Em tais aplicações, a alimentação ou a perda da alimentação deve ser considerada como entrada lógica para o sistema. Para memórias eletrônicas, é obrigatório entrar com a alimentação. Pelo mesmo raciocínio, é também necessário considerar o efeito da volta da alimentação. Os diagramas lógicos não necessariamente devem cobrir o efeito das fontes de alimentação da lógica nos sistemas de processo, porém podem fazê-lo, para ficar o mais completo possível. 2
Diagramas Lógicos Binários É recomendável, por clareza, que um único símbolo função do tempo seja usado para representar cada função de tempo em sua totalidade. Embora não incorreto, deve-se evitar a representação de uma função temporizada não comum ou complexa usando um símbolo da função tempo em seqüência imediata com um segundo símbolo de função tempo ou com um símbolo NOT. Na norma de diagramas lógicos binários são usados símbolos de instrumentos analógicos e digitais compartilhados, provenientes das normas ISA S5.1 e ISA S5.3 mas que não fazem parte da norma ISA S5.2.
3.3. Símbolos
Definição Uma saída da seqüência lógica. Símbolo
Estado da saida Símbolo alternativo
Estado da saida Instrumento operado, se conhecido
Exemplo Uma saída de seqüência lógica comanda a válvula HV-2 para abrir Diagramas alternativos:
Os símbolos para diagramar a lógica binária são definidos a seguir.
Abre Válvula HV-2
Entrada
Abre Válvula
Definição Uma entrada para a seqüência lógica. Símbolo
Estado da entrada Símbolo alternativo
Estado da entrada Instrumento de inicialização, se conhecido
Exemplo A posição partida de uma chave manual HS-1 é atuada para fornecer uma entrada para ligar uma esteira. Diagramas alternativos:
HV 2
(AND) Definição A saída lógica D existe se e somente todas as entradas lógicas A, B e C existirem Símbolo A B C
A
D
Exemplo Operar bomba se 1. nível do tanque estiver algo e 2. válvula de descarga aberta Tanque nível alto
Válvula aberta
A
Operar bomba
HS-1 parte esteira manualmente
HS 1
parte esteira manualmente
Saída
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OU (OR) Definição Saída lógica D existe se e somente se uma ou mais entrada lógica A, B e C existirem Símbolo
Exemplo 1 Operar misturador se dois e somente dois containers estiverem em serviço Container 1 em serviço Container 2 em serviço
=2
Container 3 em serviço
Operar Misturador
Container 4 em serviço
A B C
OR
D
Exemplo Parar compressor se 1. pressão água resfriamento for baixa 2. temperatura mancal for alta
Exemplo 2 Parar reator se pelo menos dois dispositivos de segurança solicitarem a parada Dispositivo 1 atuado Dispositivo 2 atuado
<2
Dispositivo 3 atuado
Parar Reação
Dispositivo 4 atuado Pressão baixa água
Desligar Compressor
OR Temperatura alta mancal
Exemplo 3 Fazer alimentação se, no mínimo, um e não mais que 2, moedor estiver em serviço.
OU (OR) QUALIFICADO
Moinho 1 em serviço
Definição Saída lógica D existe se e somente se um número especificado de entradas lógicas A, B e C existirem. Os seguintes símbolos matemáticos podem ser usados, quando apropriado: a. = igual a b. ≠ diferente de c. < menor que d. > maior que e < não menor que f > não maior que g ≤ menor ou igual a (igual a f) h ≥ maior ou igual a (igual a e) Símbolo A B C
*
Dispositivo 5 atuado
D
* Detalhes internos representam quantidades numéricas
1 >2 ≥
Moinho 2 em serviço Moinho 3 em servi o
Operar Alimentador
NÃO (NOT) ou INVERSOR Definição Saída lógica B existe se e somente se a entrada A não existir. Símbolo B A
B
Exemplo1 Desligar entrada de gás combustível se queimadores 1 e 2 estiverem desligados Queimador 1 ligado
A Queimador 2 ligado
Desligar vazão do gás
Alternativa de notação Queimador 1 ligado
A Queimador 2 ligado Alternativa de lógica
Desligar vazão do gás
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Diagramas Lógicos Binários Pressão alta no tanque
Queimador 1 ligado
Desligar vazão do gás
OR Queimador 2 ligado
Memória (flip flop) (básico) Definição S representa set da memória R representa reset da memória A saída lógica C existe tão logo exista a entrada A. C contínua a existir, independente do estado subsequente de A, até que a memória seja resetada, ou seja, terminada pela entrada lógica B existente. C permanece terminado, independente do estado subsequente de B, até que A faça a memória ser estabelecida. A saída lógica D, se usada, existe quando C não existe e D não existe quando C existe. Opção de superposição de entrada Se as entradas A e B existirem simultaneamente e se é desejado ter A superpondo B, então S deve ser envolvida em um circulo S .Se B é para superpor A, então R deve ser envolvido por um circulo. R Opção de perda da alimentação A letra S não modificada denota que nenhuma consideração é dada à ação da memória quando se perde a alimentação da lógica. Símbolo
B
S
Memória perdida com falta de alimentação Similar à memória convencional, exceto que a memória é perdida quando há falta de energia de alimentação da lógica.
A B
Exemplo Se pressão do tanque se torna alta, ventar o tanque e continuar vendo, independente da pressão, a não ser que o vent seja desligado manualmente, através da chave HS-1, desde que a pressão não seja alta. Se o vent é desligado, o compressor deve partir.
LS R
C D*
Exemplo Se começar a vazão de alimentação, o resfriador deve operar até que o tanque fique vazio. No evento de perda de alimentação da lógica, o resfriador deve parar. Vazão de alimentação
LS R
Tanque vazio
Operar Resfriador
Memória mantida na falta de alimentação Similar à memória convencional, exceto que a memória é mantida quando há falta de energia de alimentação da lógica. Símbolo
C D*
*A saída D não precisa ser mostrada, quando não usada
Ventar tanque Permitir partida compressor
HS1
A A
S
B
MS R
C D*
Exemplo Se a operação da bomba reserva é iniciada, a bomba deve operar, mesmo com a perda da alimentação da lógica, até que a seqüência do processo seja terminada. A bomba deve operar se os comandos PARTIDA e PARADA existirem simultaneamente. Bomba reserva inicializada Seqüência terminada
MS R
Operar bomba reserva
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Diagramas Lógicos Binários Memória independe da falta de alimentação Similar à memória convencional, exceto que após a consideração ser julgada não importante, com relação ao processo, se a memória é mantida ou não quando há falta de energia de alimentação da lógica.
A
NS R
B
C D*
Exemplo Se o nível do tanque é baixo, operar a bomba de enchimento até que o nível fique alto ou que a qualidade da água seja insatisfatória. Não importa para o processo o que acontece com a bomba no caso de perda de energia da lógica. Se os comandos PARAR e PARTIR forem apertados simultaneamente, a bomba deve parar.
Nível baixo
Nível alto Qualidade insatisfatória
NS R OR
Operar bomba alimentação
Elemento temporizador (básico) Símbolo
B A
* t
B
Definição A saída lógica B existe com uma relação de tempo para a entrada lógica A. Esta relação de tempo pode assumir várias lógicas. Inicialização atrasada da saída (Delay Iniciation) A existência contínua da entrada lógica A durante o tempo t faz a saída B existir quando t expira. B termina quando A termina
B A
DI t
B
Exemplo Se a temperatura do reator exceder um determinado valor, continuamente durante 10 segundos, bloquear a vazão do catalisador. Recomeçar a vazão, quando a temperatura não exceder este valor.
Temperatura alta reator
DI 10
Boquear vazão do catalisador
Terminação atrasada da saída (Delay Termination ) A existência contínua da entrada lógica A faz a saída B existir imediatamente. B termina quando A terminar e não tem ainda existido durante um tempo t.
B A
D T
B
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Diagramas Lógicos Binários Exemplo Se a pressão do sistema cai abaixo de um limite de baixa, operar o compressor ainda. Parar o compressor quando a pressão ficar abaixo do limite continuamente por 1 minuto.
DT
Pressão baixa
60
Operar compressor
Saída de pulso A existência da entrada lógica A, independe de seu estado subsequente, faz a saída B existir imediatamente. B existe durante um tempo t e depois termina.
B A
PO t
B
Exemplo Se a purga do vaso falha por um período de tempo, operar a bomba de vácuo por 3 minutos e depois parar a bomba.
PO
Purga falha
3 min
Operar bomba vácuo
Outros símbolos Existem ainda outros métodos de representar as funções temporizadas, apresentando informações adicionais e mais detalhadas.
Apostilas\Intertravamento
SímbologiaISA52.doc
31 OUT 97
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Apêndice A
Fig. A.1. Diagrama de Fluxo da Operação de Enchimento do Tanque
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Descrição do Processo Partir a bomba O produto pode ser bombeado para o tanque A ou B. A bomba pode ser operada manualmente ou automaticamente, conforme a posição da chave seletora, HS7, que tem três posições: Ligada, Desligada e Automática. Quando a bomba estiver operando, a lâmpada piloto vermelha L8-A deve estar acesa e quando estiver para, a lâmpada verde L8-B deve estar acesa. Depois de ligada, a bomba contínua a operar até ser parada manualmente ou faltar a energia de alimentação. A bomba pode ser operada manualmente, a qualquer momento, desde que não exista defeito. A pressão de sucção não pode ser baixa, a pressão da água de selagem não pode ser baixa, o motor da bomba não pode ser sobrecarregado e a partida deve estar rearmada. Para operar a bomba automaticamente, todas as seguintes condições devem ser satisfeitas: 1. As botoeiras HS-1 e HS-2 devem ser ligadas para encher os tanques A e B, respectivamente. Cada chave tem 2 posições: PARTIR e PARAR. PARTIR desenergiza as válvulas solenóides associadas, HY-1 e HY2. Desenergizando uma válvula solenóide, faz a válvula ir para a condição de falha segura, que é aberta para a atmosfera (vent). A solenóide desligada despressuriza o atuador pneumático da válvula de controle associada, HV-1 e HV-2. Despressurizando uma válvula de controle faz a válvula ir para a posição segura, que é aberta. As válvulas de controle tem chaves associadas na posição aberta, ZSH1 e ZSH-2 e chaves de posição fechada, ZAL-1 e ZSL-2. 2. A posição PARAR das chaves HS-1 e HS-2 causa a ocorrência das ações opostas para quando as válvulas solenóides estiverem energizadas, os atuadores ficam
3.
4.
5.
6.
7.
8.
pressurizados e as válvulas de controle fechadas. Se a potência do circuito de partida é perdida, a memória de partida é perdida e a operação de enchimento é parada. O comando para parar o enchimento se sobrepõe ao comando de começar o enchimento. Para partir a bomba automaticamente, uma das válvulas de controle HV-1 ou HV-2 devem estar aberta e a outra deve estar fechada, dependendo se o tanque A ou B deve ser enchido. A pressão de sucção da bomba deve estar acima de um valor dado, que está ajustado no pressostato PSL-5. Se a válvula HV-1 é aberta para permitir o bombeamento no tanque A, o nível do tanque deve estar abaixo de dado valor, como ajustado na chave de nível LSH-3, que também atua uma lâmpada piloto de nível alto situado no painel de leitura, LLH-3. De modo similar, a chave de nível alto LSH-4, permite o bombeamento no tanque B, se não atuada e acende a lâmpada piloto LLH-4, se atuada. A pressão da bomba de água de selagem deve estar adequada, como indicado no manômetro montado no painel, PI-6. Esta é uma exigência que não interfere no intertravamento, que depende da atenção do operador antes de começar a operação. A chave de pressão, PSL-6, atrás do painel, atua o alarme de baixa pressão montado no painel de leitura, PAL-6. O motor de acionamento da bomba não pode estar sobrecarregado e seu starterr deve ter sido resetado.
Parar a bomba A bomba pára se existir alguma das seguintes condições: 1. Durante o bombeamento para o tanque, sua válvula de controle deixa a posição totalmente aberta ou a válvula do outro tanque deixa a condição totalmente fechada, desde que a bomba esteja em controle automático.
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Diagramas Lógicos Binários 2. O tanque selecionado para bombeamento se torna cheio, desde que a bomba esteja em controle automático. 3. A pressão de sucção da bomba fique continuamente baixa por 5 segundos. 4. O motor de acionamento da bomba esteja sobrecarregado. Não importa para o processo se a memória do motor da bomba sobrecarregado é retida na perda de potência neste sistema, por que a memória mantida que opera a bomba é definida como perdendo memória em caso de falta de potência e isto, por si, causa a bomba parar. Porém, uma condição existente de sobrecarga evita o starter do motor de ser resetado. 5. A seqüência é parada manualmente através da chave HS-1 ou HS-2. Se os comandos PARAR e PARTIR para a operação da bomba existirem simultaneamente, o comando PARAR prevalece sobre o comando PARTIR. 6. A bomba é parada manualmente através de HS-7. 7. A pressão da bomba de água de selagem é baixa. Esta condição não está no intertravamento e requer intervenção manual para parar a bomba.
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Operação
Válvula solenóide HY-1 HY-2 Atuador Válvula aberta Desenergizada Válvula Energizada fechada
Válvula controle HY-2 HY-2 Atuador Passagem Ventado Aberta Pressurizad Fechada o
A informação desta tabela é necessária para detalhar o trabalho a ser feito. A informação pode ser apresentada em qualquer outra forma conveniente. Tab. 1. Descrição do esquema de atuação da válvula Operação de enchimento do tanque Intertravamento 1, Rotina 1
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Fig. A.2. Operação de Enchimento do Tanque – Intertravamento – Parte I
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Fig. A.3. Operação de Enchimento do Tanque – Intertravamento – Parte II
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