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Sinal de nível para PLC e DCS: conversão de escala e configuração
O transmissor mede corretamente o nível no campo, mas a HMI continua a apresentar um valor errado. Em quase todos os casos, a falha não está no instrumento, mas numa incompatibilidade de escala entre o que o transmissor envia e o que o sistema de controlo está configurado para receber. A conversão de escala faz a correspondência entre a malha de 4–20 mA e as unidades de engenharia no ecrã; um único pressuposto errado nesse ponto altera todas as leituras a jusante.
As duas extremidades da mesma escala
Uma malha de 4–20 mA transporta apenas um número: a corrente. O seu significado é definido em dois pontos que têm de concordar, o transmissor e o controlador.
O transmissor é configurado com uma gama, por exemplo de 0 a 5 metros, em que 4 mA = 0 m e 20 mA = 5 m. O controlador recebe uma gama de entrada correspondente: os mesmos 0 a 5 m, nas mesmas unidades e para os mesmos pontos de 4 e 20 mA.
Para uma correspondência linear, EU = LRV + (I − 4 mA)/16 mA × (URV − LRV). Com um transmissor atribuído a 0–5 m, 12 mA representa 2.5 m. Um controlador incorretamente configurado para 0–10 m apresenta 5 m. Uma diferença de amplitude produz um erro de razão, enquanto uma diferença de zero acrescenta também um desvio.
Os quatro erros clássicos de conversão de escala
Zero ou amplitude errados numa das extremidades. Limites diferentes produzem erro de ganho, desvio ou ambos. Faça corresponder a variável atribuída, as unidades e os limites de 4/20 mA, em vez de pressupor que qualquer incompatibilidade é uma razão constante.
Unidades erradas. O transmissor está em metros e o canal em pés, ou numa percentagem que pressupõe outra altura de reservatório. O erro é um fator de conversão constante.
Interpretação errada do sinal. Tratar um canal de 4–20 mA como 0–20 mA desloca todas as leituras pela diferença do zero vivo em falta, fazendo o zero aparecer como 20 %.
Extração de raiz quadrada ativada onde não deve. A medição de caudal por pressão diferencial precisa de extração de raiz quadrada; um sinal de nível não. Aplicar essa função a uma malha de nível distorce a leitura sobretudo na parte inferior da gama.
| Incompatibilidade | Sintoma | Verificação |
|---|---|---|
| Zero ou amplitude diferentes | Desvio, erro de razão ou ambos | Compatibilizar variável, limites e referência |
| Unidades diferentes | Conversão numérica errada | Registar as unidades de engenharia nas duas extremidades |
| 4–20 mA interpretado como 0–20 mA | 4 mA aparece como 20% da escala de entrada | Selecionar a gama correta do canal |
| Raiz quadrada indesejada | Distorção não linear | Confirmar se o sinal representa nível, caudal ou outra variável atribuída |
| Linearização efetuada duas vezes | Volume errado apesar do nível correto | Aplicar a conversão validada num único ponto definido |
Linearização para reservatórios não lineares
Um sinal de nível é linear em relação ao nível, mas em muitos reservatórios o volume não é. Um tanque cilíndrico horizontal ou esférico tem uma relação não linear entre nível e volume: a mesma variação de nível corresponde a variações de volume diferentes conforme a posição no tanque. Para apresentar volume em vez de nível, o sistema de controlo ou o transmissor aplica uma tabela de arqueação ou uma curva de linearização que faz a correspondência ponto a ponto entre nível e volume.
Se o transmissor atribuir a sua saída analógica ao volume e aplicar a tabela nesse ponto, a malha de corrente transporta volume e o DCS tem de converter a escala para volume. Se o transmissor fornecer nível e o DCS aplicar a tabela, a malha transporta nível. Alguns dispositivos mantêm várias variáveis digitais; por isso, verifique a atribuição analógica real. Aplique a conversão uma única vez e documente a origem da tabela do tanque.
Verificar toda a cadeia
A forma fiável de confirmar uma malha com conversão de escala é verificá-la de ponta a ponta:
Leia a gama configurada do transmissor no próprio menu ou através de HART.
Leia a gama configurada do canal na vista de engenharia do DCS.
Confirme que ambas coincidem nos valores e nas unidades.
Segundo o procedimento aprovado de ensaio e inibição temporária, injete ou comande correntes conhecidas, como 4, 12 e 20 mA, e verifique os valores correspondentes no visor, nos alarmes e no histórico de dados. Um ensaio de injeção de corrente verifica a cadeia recetora, não a exatidão da medição física de nível do sensor. Verifique separadamente as correntes de falha configuradas e o tratamento de qualidade inválida, quando exigido.
Uma verificação de dois pontos, a 4 mA e 20 mA, deteta um erro de zero/amplitude; uma verificação a meio da escala, a 12 mA, deteta um erro de raiz quadrada ou linearização que os extremos não revelariam.
Perguntas dos engenheiros
P1. Onde devo configurar a gama: no transmissor ou no DCS?
Primeiro identifique a variável da saída analógica: distância, nível, volume ou outra grandeza. Faça corresponder a escala do DCS a essa atribuição e aos seus limites. Distinga a configuração física do sensor de qualquer conversão posterior para volume do tanque e evite aplicar essa conversão duas vezes.
P2. Por que a leitura de nível é de 20 % com o tanque vazio?
Uma causa possível é a interpretação de um sinal de 4–20 mA numa escala de 0–20 mA. Verifique a corrente medida, a variável atribuída, o zero físico, a gama do canal e qualquer valor forçado ou retido antes de alterar a configuração.
P3. Preciso de raiz quadrada para um sinal de nível?
Não. A extração de raiz quadrada destina-se à medição de caudal por pressão diferencial. Uma malha de nível é linear; mantenha a raiz quadrada desativada.
P4. Como faço a linearização de um tanque horizontal?
Utilize uma tabela de arqueação, com pontos de nível e volume, gerada a partir da geometria real do tanque, aplicada no transmissor ou no DCS. Uma curva genérica produzirá valores errados para o seu reservatório.
