Sistemi di Supervisione e Controllo

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1 Sistemi di Supervisione e Controllo Argomento Docente - Schemi e standard per i sistemi di controllo - Prof. Elio USAI eusai@diee.unica.it Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Università di Cagliari Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 1

2 Riferimenti bibliografici G.A. MAGNANI, G. FERRETTI, P. ROCCO Tecnologie dei sistemi di controllo seconda edizione McGraw-Hill, Milano ANSI/ISA (R1992) Instrumentation Symbols and Identification ISA-The instrumentation, Systems and Automation Society, 1992 Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 2

3 Sommario P&I Fogli di specifica Norme collegate Esempio: Lettura di un P&I Esempio: Impianto di pompaggio Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 3

4 P & I I Process and Instrumentation diagrams (P&I) definiscono le relazioni tra l impianto ed il sistema di controllo Dalla loro lettura si evincono: i sensori e gli attuatori installati i loop di controllo realizzati la struttura/tipologia di ciascun loop di controllo le modalità di collegamento della strumentazione Non è possibile rilevare: la legge di controllo Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 4

5 P & I Utilizzano una simbologia standard Italiani (Norme UNI/CEI) scarsamente utilizzati Americani (Norme ANSI/ISA) comunemente utilizzati e diventati standard internazionali de facto La norma ANSI/ISA 5.1 è stata pubblicata nel 1984 e successivamente confermata nel luglio 1992 La sua diffusione deriva dalla applicazione nell industria di processo, e petrolchimica in particolare Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 5

6 P & I La norma è utilizzabile per: Schemi di progetto Diagrammi della strumentazione del sistema di controllo Loop diagrams Diagrammi di flusso logico Diagrammi del flusso di processo Disegni costruttivi Fogli di specifica Ordini Identificazione della strumentazione Etc. L ambito di utilizzo è principalmente l industria di processo. Non sono considerati campi specifici quali quelli medico, astronomico e della navigazione Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 6

7 P & I Per l identificazione di ogni strumento o funzione viene utilizzato un codice alfanumerico comprendente identificativo funzionale una sequenza di lettere che indicano la funzione svolta dallo strumento FR (Flow Recorder) identificativo del loop di controllo un numero identificante il loop di controllo che può essere parallelo FE-100, FT-100, FC-100, FR-100 oppure seriale FE-100, FT-101, FC-102, FR-103 Possono essere utilizzati prefissi o suffissi per completare l identificazione Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 7

8 P & I Lo schema viene tracciato utilizzando simboli codificati. In alcuni casi sono indicati simboli equivalenti (specie per la parte di processo). Le etichette devono essere poste per lo più in orizzontale e possono utilizzarsi delle frecce per rendere più chiaro il flusso logico e/o di processo. Possono prevedersi brevi esplicazioni (ad esempio i campi in un controllo split-range) La sequenza con cui è connessa la strumentazione dovrebbe seguire il flusso logico del loop di controllo A meno che non sia strettamente necessario vengono sempre omesse le alimentazioni di potenza (ad esempio le linee elettriche di alimentazione dei motori) Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 8

9 P & I Struttura del tag identificativo Prima lettera Lettere successive Funzione Funzione Variabile misurata modificatore aggiuntiva d uscita C uso utente controllo D uso utente differenza F portata rapporto modificatore H manuale alto I corrente elettrica indicazione J potenza scan L livello luce basso P pressione, vuoto R radiazione registrazione S velocità, frequenza sicurezza interruttore T temperatura transmettitore W peso, forza Z posizione, dimensione asse z attuatore Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 9

10 P & I Blocchi funzionali Σ Somma k Proporzione Σ/n Media x Moltiplicazione Δ Differenza Divisione Integrale 2 Radice quadrata d/dt Derivata > Scelta del maggiore Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 10

11 P & I Linee Connessione al processo o alimentazione dello strumento Segnale di tipo non definito Segnale pneumatico Segnale elettrico. Anche Segnale idraulico Tubo capillare Segnale elettromagnetico o sonoro in guida d onda Segnale elettromagnetico o sonoro non guidato (in spazio aperto) Connessione interna, oppure connessione dati (bus) Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 11

12 P & I Strumenti Posizione primaria Montato in campo Posizione secondaria Strumento discreto Visualizzazione o controllo condiviso Funzione su elaboratore P.L.C. Qualora lo strumento non sia accessibile le linee media orizzontali sono tratteggiate Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 12

13 Fogli di specifica Contengono tutte le indicazioni utili nella vita di una apparecchiatura: l acquisto installazione manutenzione Sono riportate le condizioni di funzionamento: valori caratteristici del processo (min, max e nominale) materiali di costruzione valori di taratura Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 13

14 Fogli di specifica Ogni apparecchiatura deve essere corredata del suo foglio di specifica Qualora più apparecchiature abbiano le medesime caratteristiche può essere stilato un unico foglio di specifica su cui sono riportate tutte le loro sigle Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 14

15 Fogli di specifica È opportuno prevedere fogli specifica con campi differenti per le diverse tipologie di dispositivi In fase di richiesta di offerta può essere opportuno lasciare alcuni campi liberi per permettere al fornitore di adattare la sua offerta Solo specifiche non vincolanti possono essere omesse Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 15

16 Norme collegate Impianti elettrici utilizzatori in bassa tensione: la Norma CEI 64-8 La Norma CEI 64-8 fissa i criteri per l esecuzione di un impianto elettrico utilizzatore di bassa tensione per poter rispondere ai requisiti di regola d arte come richiesto dalla legge 168/68 e dalla legge 46/90 sulla sicurezza degli impianti tecnici. Questa Norma si applica a diversi tipi di impianti elettrici utilizzatori, tra cui tutti gli impianti utilizzatori esterni agli edifici. Suddivisa in sette fascicoli (CEI 64-8/1 7) CEI 64-8/1 Oggetto, scopo e principi fondamentali specifica il campo di applicabilità e di non applicabilità della Norma e vengono fissati i principi fondamentali che un impianto elettrico deve possedere ai fini di una corretta progettazione ed esecuzione secondo i criteri di sicurezza e di funzionalità CEI 64-8/2 Definizioni riporta le definizioni dei termini utilizzati nel testo della Norma. Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 16

17 Norme collegate CEI 64-8/3 Caratteristiche generali precisa i requisiti che deve possedere un impianto elettrico in termini di caratteristiche generali, relativamente alla sua configurazione circuitale, alla alimentazione, alle influenze esterne, alla compatibilità dei componenti elettrici tra di loro ed alle condizioni di manutenzione. CEI 64-8/4 prescrizioni per la sicurezza fornisce le prescrizioni necessarie a garantire la sicurezza delle persone e dei beni e le prescrizioni relative alla loro applicazione nelle varie situazioni. In particolare vengono trattate le prescrizioni riguardanti la protezione contro i contatti diretti ed indiretti, e le prescrizioni riguardanti il sezionamento e il comando. CEI 64-8/5 scelta ed installazione dei componenti elettrici fornisce le prescrizioni relative alla scelta ed alla installazione dei componenti elettrici necessari per l attuazione delle misure di protezione trattate nella Parte 4. In particolare vengono trattate le prescrizioni riguardanti la scelta delle costruzioni elettriche, le loro modalità di posa e la determinazione delle loro portate, gli impianti di terra, la scelta dei dispositivi destinati alla protezione contro i contatti elettrici e contro le sovracorrenti e dei dispositivi di sezionamento e di comando. Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 17

18 Norme collegate CEI 64-8/6 Verifiche tratta le verifiche, iniziali e periodiche costituite da esami a vista e da prove, che devono venire eseguite in un impianti elettrico per accertare che, per quanto praticamente possibile, le prescrizioni della Norma siano state rispettate. CEI 64-8/7 Ambienti ed applicazioni particolari vengono trattate le prescrizioni particolari alle quali devono soddisfare gli impianti elettrici realizzati negli ambienti e per le applicazioni particolari, quali ad esempio i sistemi fotovoltaici solari di alimentazione, le prescrizioni per la messa a terra di apparecchiature di elaborazione dati, gli ambienti a maggior rischio in caso di incendio, ecc. (l elenco degli ambienti particolari trattati in questo fascicolo è riportato nell indice del fascicolo stesso). Le prescrizioni trattate in questo fascicolo, integrano, modificano o annullano le prescrizioni generali delle altre parti della Norma CEI Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 18

19 Norme collegate Gradi di protezione elettrica e meccanica per la realizzazione di costruzioni elettriche Le seguenti Norme devono essere prese come riferimento per la scelta del grado di protezione elettrica e meccanica della strumentazione da utilizzare nell impianto. Tutta la strumentazione installata deve rispondere e deve essere certificata per i requisiti indicati nella Norma relativa al proprio grado di protezione. CEI EN Classificazione CEI 70-1 Titolo: Gradi di protezione degli involucri (Codice IP) Questa Norma stabilisce un sistema di classificazione dei gradi di protezione degli involucri delle apparecchiature elettriche con tensione nominale non superiore a 72.5 kv. Viene presa in considerazione la protezione delle persone contro l accesso alle parti interne all involucro considerate pericolose, la protezione contro la penetrazione di corpi solidi esterni e la protezione contro gli effetti dannosi provocati dalla penetrazione dell acqua. Per questa Norma esiste una variante: CEI EN 60529/A1 Classificazione CEI 70-2; V1. La variante apporta delle correzioni al testo della Norma. Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 19

20 Norme collegate CEI EN Classificazione CEI 70-3 Gradi di protezione degli involucri per apparecchiature elettriche contro impatti meccanici esterni (Codice IK) Questa Norma descrive un metodo relativo alla classificazione dei gradi di protezione degli involucri delle apparecchiature elettriche (con tensione nominale non superiore a 72.5 KV) contro gli impatti meccanici esterni. Per questa Norma esiste una variante: CEI EN 50102/A1 classificazione CEI 70-3; V1. La variante apporta delle correzioni al testo della Norma. CEI EN Classificazione CEI Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive per la presenza di gas. Parte 0: Regole generali. Questa Norma riguarda le prescrizioni generali per la costruzione, le prove e la marcatura delle costruzioni elettriche dei componenti Ex destinate ad essere utilizzate in atmosfere esplosive per la presenza di gas. Questa Norma considera la sicurezza nei confronti del rischio di esplosione e prevede la suddivisione in gruppi e sottogruppi (secondo la direttiva europea 94/9/CE) e la classe di temperatura delle apparecchiature. Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 20

21 Norme collegate Norme tecniche sulle aree con pericolo di esplosione per la presenza di gas Sono alcune Norme tecniche di riferimento in relazione alla individuazione e classificazione delle aree con pericolo di esplosione per la presenza di gas, diverse dalle miniere. Queste Norme sono da considerarsi come integrative delle Norme generali relative agli impianti elettrici costituite dalla Norma Solo in casi particolari, ad esempio in alcune zone di impianti di trattamento acque reflue, tali norme devono essere applicate nell ambito degli impianti di trattamento e pompaggio acque. CEI EN Classificazione CEI Classificazione dei luoghi pericolosi. tratta la classificazione dei luoghi pericolosi dove possono manifestarsi dei rischi associati alla presenza di gas o vapori infiammabili, allo scopo di consentire la corretta scelta e installazione delle costruzioni (apparecchi) idonee a questi luoghi pericolosi. In presenza di quantità e concentrazioni pericolose di gas o vapori infiammabili devono essere adottate adeguate misure di prevenzione, in modo da ridurre il rischio di esplosioni. La Norma indica i criteri essenziali necessari alla valutazione della possibilità che si venga a formare una atmosfera esplosiva e fornisce una guida sulle grandezze caratteristiche di progetto ed esercizio che possono essere utilizzati per ridurre tale possibilità. Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 21

22 Norme collegate CEI Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive per la presenza di gas Guida all applicazione della norma CEI EN (CEI 31-30) classificazione dei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas, vapori o nebbie infiammabili ha lo scopo di approfondire il tema della classificazione dei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas, vapori o nebbie infiammabili, relativa ad opere di nuova realizzazione e alle trasformazioni o ampliamenti di quelle esistenti, nel rispetto della Norma CEI EN (CEI 31-30). La Guida, e la relativa Norma sono destinate prevalentemente ai luoghi dove si svolgono attività industriali, nei quali vi possono essere dei pericoli di esplosione dovuti alla presenza di gas, vapori o nebbie infiammabili in miscela con l aria in condizioni atmosferiche. CEI 31-35/A Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive per la presenza di gas Guida all applicazione della norma CEI EN (CEI 31-30) classificazione dei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas, vapori o nebbie infiammabili: esempi di applicazione contiene le Appendici GE e GF alla guida CEI 31-35; in particolare le Appendici trattano i seguenti argomenti: Appendice GE, Esempi di classificazione dei luoghi con pericolosi esplosione; Appendice GF, Luoghi particolari. Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 22

23 Norme collegate CEI EN Classificazione CEI Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive per la presenza di gas. Parte 14: Impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas (diversi dalle miniere) contiene le prescrizioni specifiche relativamente alla progettazione alla scelta ed al montaggio degli impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas.le prescrizioni riportate in questa Norma sono integrative a quelle per gli impianti in zone non pericolose (CEI 64-8)]. La Norma si applica, indipendentemente dalla tensione utilizzata, a tutte le costruzioni e a tutti gli impianti elettrici nei luoghi pericolosi, indipendentemente dal fatto che essi siano di tipo permanente, provvisorio, trasportabile, mobile o portatile. CEI EN Classificazione CEI Costruzioni elettriche per atmosfere esplosive per la presenza di gas Parte 17: verifica e manutenzione degli impianti elettrici nei luoghi con pericolo di esplosione per la presenza di gas (diversi dalle miniere) La Norma è destinata agli utilizzatori e tratta gli aspetti direttamente connessi con la verifica e la manutenzione dei soli impianti elettrici situati entro luoghi pericolosi. Essa non comprende le prescrizioni convenzionali relative agli impianti elettrici, nè le prove o la certificazione relativa alle costruzioni elettriche. La Norma integra le prescrizioni della Norma CEI 64-8/6. Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 23 Progetto Noè - Sistemi di telegestione e telecontrollo Schemi e standard per i sistemi di controllo (P&I) Marxo 2008

24 Esempio: Lettura del P&I Si consideri il processo di separazione delle due componenti principali, C3 e C4, di una miscela di idrocarburi, realizzato mediante una colonna di distillazione. Lo schema e le condizioni nominali di esercizio sono riportate nello schema e nelle tabelle allegate, come pure i fogli di specifica relativi alla strumentazione utilizzata. Per ciascun loop di controllo se ne definisca la struttura in termini di schema a blocchi, e se ne discutano le caratteristiche fondamentali. Si analizzino i fogli di specifica allegati. Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 24

25 Esempio: Lettura del P&I PY 5 FUEL - GAS VR5 1 VR5 2 TT 4 PC 5 E10 T MISCELA 20 VR4 D10 IN CARICA VR3 TT TC 4 LT 2 FT 4 PT 5 LSH 2 LSL 2 TC 3 FT 3 LSH 1 E13 LC 2 LT 1 VAPORE B.P. E11 LSL 1 E14 MP10 VR2 LC 1 PROPANO A STOCCAGGIO E12 VR1 BUTANO A STOCCAGGIO Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 25

26 Esempio: Lettura del P&I Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 26

27 Esempio: Lettura del P&I Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 27

28 Esempio: Lettura del P&I Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 28

29 Esempio: Lettura del P&I Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 29

30 Esempio: Impianto di pompaggio L utilizzo delle pompe deve tener conto dei livelli nei serbatoi e dei consumi nei vari periodi dell anno e nelle varie fasce orarie Le procedure di avviamento delle pompe devono tener conto dello stato dell impianto Le pompe devono avere, in media, lo stesso numero di ore di marcia La stazione di pompaggio deve poter essere comandata a distanza e la sua modalità di funzionamento monitorata Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 30

31 Esempio: Impianto di pompaggio V41 S2 V42 V01 V43 P1 V11 VZ1 V12 S1 VZ3 V04 V02 P2 V03 V21 VZ2 V22 Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 31

32 Esempio: Impianto di pompaggio PLC V41 LSH 4 S2 LSL 4 V42 V01 LSH 0 ZSL 11 ZSH 11 M P1 M ZSL 12 ZSH 12 M V43 S1 LSL 0 ZSL 0 ZSH 0 M V02 ZSL 21 ZSH 21 V11 M P2 JT 1 VZ1 FT 1 M PT 1 ZSL 22 ZSH 22 V12 M FQT 3 VZ3 ZSL 3 ZSH 3 M V3 V03 V21 JT 2 VZ2 FT 2 PT 2 V22 Sistemi di supervisione e controllo Schemi e standard per i sistemi di controllo 32