MEJORES PRÁCTICAS PARA CABLEADO DE INSTRUMENTACION

MEJORES PRÁCTICAS PARA CABLEADO DE INSTRUMENTACION

La salud y la eficacia de cualquier sistema de automatización de procesos de plantas (PAS) se basa en muchos factores.

Entre estos factores es la selección adecuada de los componentes de PAS, una integración perfecta, esquemas de control, la instalación del sistema de control, y por último pero no menos importante, la instalación eléctrica adecuada y la conectividad de los dispositivos de campo de la instrumentación.
Este último factor, que encola todo el sistema PAS juntos, implica el cableado, conexión a tierra, colocación de los cables, y la mitigación de las influencias externas como el ruido y las interferencias.
Las mejores prácticas para tratar con el cableado de instrumentación de procesos y la salud e integridad de la instrumentación bucles espejos de los requisitos establecidos en diversas normas aplicables de la industria, tales como NFPA 70, IEEE-518, API RP 552, PIP ACEL 001, y las normas de ingeniería Saudi Aramco.

Vamos a ver las clases de circuitos de instrumentación y cableado adecuados para cada clase, los ruidos de la señal, las técnicas que minimicen el impacto del ruido y la interferencia en las señales de instrumentos, y concluir con un sistema de automatización de procesos de puesta a tierra propuesto que las AP proveedores ayudaron a desarrollar.

El sistema de cableado del lado de la carga.

El mando a distancia, el circuito de señalización limitada, y el poder se define en la norma NFPA 70 como la porción del sistema de cableado entre el lado de carga del dispositivo de exceso de corriente o el suministro de energía limitada y todos los equipos conectados.

Estos circuitos están en tres clases.

Es importante tener en cuenta la mayor parte de señales de instrumentación están comprendidas en el circuito de Clase 2, excepto por el 120 Vac y 110 bucles VDC, que son de clase-1 circuitos. Algunos pueden argumentar el 110 señales Vdc 120 Vac y encajan mejor en la Clase-3. Sin embargo, a menos que la fuente de alimentación es de clase 3, la práctica de la industria es categorizar como Class-1.

En algunas instalaciones, la opción es utilizar la Clase-1 cableado a través del tablero. Esto evita problemas de señal de categorización. Esto no puede ser rentable, pero es definitivamente más seguro.

¿En qué difiere el cableado para diferentes clases de circuito?

Los requisitos de cableado varían. Por ejemplo, para los circuitos Clase-1, un cable con 600 Puntuación de aislamiento V es la elección, mientras que se requiere un cable con un aislamiento de 300 V para la Clase-2.

Cuando estos circuitos están en áreas clasificadas como el petróleo, el gas y las instalaciones petroquímicas, NFPA 70 mandatos requisitos de cableado adicionales más allá de las calificaciones de aislamiento.

Se debe utilizar tipos de cables especiales con marcado específico para estos bucles. Estos son los tipos de cables adecuados para cada circuito, suponiendo que la instalación está en un área clasificada.

Ruidos e interferencias.

 Los instrumentos digitales modernos han demostrado ser más sensible al ruido y las interferencias si se compara con los antiguos dispositivos de instrumentación analógicas. Además, los sistemas modernos de control también son más sensibles a cualquier distorsión de la señal en comparación con los controladores de bucle individuales de edad. Esto dicta evitando viejas prácticas de cableado y técnicas que permitan la transferencia de ruido en los circuitos de control. Antes de abordar los factores necesarios para minimizar la interferencia de la señal, vale la pena enumerar algunos de los tipos más comunes de ruido e interferencias.

El acoplamiento magnético: Este tipo de acoplamiento también se conoce como acoplamiento inductivo. La magnitud de interferencia es proporcional a la inductancia mutua entre el bucle de control y la fuente de corriente de interferencia. Este ruido es por ahí cuando varios alambres de diferentes circuitos están juntos en carreras paralelas en el mismo cable o en los caminos de rodadura.

Acoplamiento electrostático: Este acoplamiento es también acoplamiento capacitivo porque la magnitud de la interferencia es proporcional a la capacitancia entre un cable de control y una fuente de interferencia o tensión de ruido. Es similar al acoplamiento magnético en el sentido de que se manifiesta principalmente en el cableado paralelo. La longitud del cableado paralelo exacerba el efecto del ruido. Vemos esto más a menudo con discreta AC paralelo (conmutación) circuitos, especialmente cuando las longitudes de bucle superan los 1.000 pies. Vale la pena señalar que en alguna literatura, que llaman a este fenómeno 'capacitancia distribuida.

Acoplamiento electromagnético: Este problema se produce cuando derrotan a los circuitos de control dentro del perfil de la radiación electromagnética de fuentes de interferencia que irradian energía electromagnética durante su funcionamiento normal. Ejemplos de tales fuentes son transmisores de radio, canales de televisión, equipos de comunicaciones, motores de corriente alterna, y las líneas de transmisión de energía expuestos. Basado en el estándar IEEE-518, las tensiones inducidas por el acoplamiento electromagnético que llamamos 'efectos de campo cercano', porque la interferencia está cerca de la fuente de interferencia. El efecto de tal ruido depende de la susceptibilidad del sistema de control y la fuerza del campo electromagnético.

La reducción de la interferencia de señales.

A pesar de la completa eliminación de ruido puede no ser práctico en todos los casos, existen técnicas de cableado que ayudarán a reducir el ruido y sus efectos en la salud general de los bucles. Estas técnicas incluyen la construcción del cable adecuado, clasificación de las señales en niveles específicos de susceptibilidad, la señal de la segregación, separación de señales y conexión a tierra adecuada.

Construcción del cable: Como regla general, se recomienda encarecidamente retorcida e individualmente blindado de pares o tríadas pueden utilizar para todas las señales analógicas, como 4-20 mA, termopares (T / C), las señales de milivoltios, RTD, medidores de tensión, y los pulsos . Además, la misma construcción de cable debe trabajar y servir para todos los verdaderos señales digitales. Para una protección adecuada, la cobertura del protector debe ser del 100%.

Para las señales discretas (on / off), tales como interruptores de proceso, finales de carrera, los contactos de relé de solenoide, circuitos y pilotos luminosos, uno debe utilizar pares trenzados. Un blindaje general está muy bien para multipares / cables de la tríada, siempre que el cable de tierra blindado general se corta en la caja de conexiones y los terrenos fuera en el armario de cálculo de referencias.

En todos los casos (excepto a tierra T / C), se cortan los hilos de drenado del blindaje y se pegan en el campo, y puesto a tierra en los gabinetes de clasificación. Es de vital importancia para asegurar los hilos de drenado del blindaje se cierren correctamente e hilos de drenado para diferentes bucles no se toquen entre sí dentro de las cajas de conexión o armarios de clasificación.

Clasificación de cableado según el nivel de susceptibilidad al ruido (NSL): IEEE-518 clasificadas niveles de cableado en cuatro clases principales o niveles de susceptibilidad al ruido. Nosotros en la Saudi Aramco desarrollado una categorización ligeramente modificada para simplificar la segregación y separación. Los niveles IEEE NSL se establecieron en tres niveles basados en nuestras experiencias prácticas.

Nivel 1: Mayor a la susceptibilidad medio con señales analógicas de menos de 50 V y de instrumentos discreta señales de menos de 30 V. Ejemplos de estas señales son:

·         FIELD BUS.

·         4-20 mA y 4-20 mA con HART.

·         RDT.

·         Termocupla.

·          Milivoltios / pulso.

·          Entrada y salida de señales discretas, por ejemplo, interruptores de presión, interruptores de límite de posición de la válvula, luces indicadoras, relés, solenoides, etc.

·         Todo el cableado conectado a los componentes asociados con el hardware analógico sensible como un medidor de deformación.

Nivel 2: Inmunidad con señales de conmutación superior a 30 V, las señales analógicas superior a 50 V, 120-240 AC y distribuidoras de menos de 20 amperios. Los ejemplos de este nivel son:

·         De entrada y salida discreta señales de CC como interruptores de presión, interruptores de límite de posición de la válvula, luces indicadoras, relés, solenoides y otros.

·         De entrada y salida discreta señales de CA, incluyendo interruptores de presión, interruptores de límite de posición de la válvula, luces indicadoras, relés, solenoides, etc.

·         120-240 alimentadores de corriente alterna de menos de 20 amperios

Nivel 3: Los autobuses de CA y CC de 0-1000 V con corrientes de 20-800 amperios

la segregación de la señal en el cableado de instrumentación, es una buena práctica para segregar diferentes señales una de la otra. Para la segregación óptima, cada tipo de señal (dentro de cada NSL) transmitirá en cables dedicados y derrota a las cajas de conexiones dedicadas.

Por ejemplo, señales de 4-20 mA deberán derrotar en cables separados de todas las demás señales bajo NSL-1. Lo mismo se aplica en todos los otros tipos de señales. De las cajas de conexión a la sala de control, los cables para cada nivel de NSL pueden compartir la misma bandeja de cables o zanja.

También pueden compartir el mismo gabinete de cálculo de referencias proporcionan los cables quedan identificaciones suficiente aire y tiras de terminales adecuados estén en su lugar.

Además, todas las señales de parada de emergencia deben tener sus propios cables, cajas de conexiones, y los gabinetes de clasificación. También tienen que ser segregados en función del tipo de señal como se discutió anteriormente.

La separación entre los diferentes NSL: Las distancias de separación recomendadas son de IEEE-518 y PIP PCCEL001 estándar. Es importante tener en cuenta las distancias de separación cero entre las señales de la misma NSL no significan diferentes señales dentro de la misma NSL puede usar el mismo cable. Cables separados deben transportar y servir a diferentes señales, incluso si son de la misma Ley de Seguridad Nacional.

Cable de retorno común para múltiples señales: La utilización de un cable común para múltiples señales es una práctica mal cableada común que resulta en muchos problemas de ruido encubiertas. Esta práctica es común en el cableado de múltiples solenoides asociados a los equipos, cableado MOV, relés, y en algunos casos en DCS o PLC bucles.

La tentación de utilizar dicho cableado encuentra partidarios sobre todo cuando el diseño o la ejecución de proyectos o cuando hay proyectos internos que utilizar cableado de repuesto. Estaría justificado basado en el ahorro de costes, pero siempre tiene un impacto negativo sobre la integridad de los circuitos asociados.

Para protegerse de acoplamiento de impedancia común, cada señal debe tener su propio cable de retorno que se extiende desde el origen al destino. Evitar el uso de uno o dos cables de retorno para múltiples señales.

Sistema de automatización de procesos

En los sistemas de automatización, conexión a tierra adecuada juega un papel importante en la salud y la integridad de las señales de proceso en general. Protege los sistemas de automatización de los posibles daños debidos a sobretensiones, fluctuaciones de voltaje, rayos y cortocircuitos.

Además, la jerarquía adecuada conexión a tierra ayuda a mitigar los ruidos e interferencias de señal, proporcionando una vía de baja resistencia para estos voltajes y corrientes no deseadas que podrían dar lugar a riesgos para la seguridad o la degradación de procesar las señales de control. Al asistir al campo de los problemas asociados con el ruido de la señal, los picos erráticos, o problemas de interferencia, encontramos que la mayoría de estos problemas se deriva de una mala conexión a tierra.

Para garantizar la correcta conexión a tierra de sistemas de instrumentación, hay que seguir un esquema de conexión a tierra clara. Uno debe evaluar cuidadosamente el conjunto del sistema de puesta a tierra en el diagnóstico de un problema o en el diseño de nuevas plantas. Estas áreas están haciendo tierra en el campo, cableado de interconexión y puesta a tierra dentro de los edificios de control o la interfaz de proceso central.

Puesta a tierra en el campo: En el campo, los recintos de todos los dispositivos de instrumentos tiene que conectar a tierra, por lo general la red de puesta a tierra general de la planta, o un enlace a una estructura eléctricamente conductor que está conectado a la red. Pistas de rodadura tales como conductos y bandejas tienen a tierra en ambos extremos.

La manipulación de los cables de tierra blindado: Uno debe cortar correctamente la cinta y el escudo y su cable de tierra en el campo, cerca del instrumento. De los instrumentos de campo hasta el final a los gabinetes de clasificación, los hilos de drenado del blindaje deben ser tratados y terminados similares a los cables de señal.

Las partes expuestas de los cables de descarga dentro de las cajas de conexión o armarios de clasificación deben ser chaquetas de inserción en el interior para proteger contra la posibilidad de múltiples hilos de drenaje en contacto entre sí. Una vez que el bucle alcanza el gabinete de clasificación, los hilos de drenado del blindaje tienen que consolidar y terminar en el CC y el escudo de puesta a tierra de barra colectora.

Además, todos los pares de repuesto o tríadas que se extienden entre las cajas de conexiones de campo y los gabinetes de clasificación deben terminarse en ambos extremos. En algunos casos, sería útil para conectar a tierra el cableado de repuesto en los armarios de clasificación para minimizar el ruido potencial recoger.

Puesta a tierra en edificios de control o la interfaz de proceso: En la sala de control o la interfaz de proceso de los edificios, los gabinetes del sistema de automatización de procesos y gabinetes de clasificación deben estar equipados con dos bares: uno de bus de conexión a tierra de AC DC y otro para cables de descarga común y escudo. La barra de bus DC y tierra del blindaje deberá ser aislado eléctricamente de la estructura del armario.

Todos los cables de drenaje de la pantalla y los cables de CC, deben unirse y conectarse a las barras colectoras aisladas. Es de vital importancia para asegurar cables de descarga blindaje a tierra en un extremo, por lo general en los armarios de clasificación. Conexión a tierra de ellos en ambos extremos puede resultar en bucles de tierra, que pasan a ser una de las principales causas de ruido de la señal.

Las barras aisladas del bus de CC y puesta a tierra dentro de escudo a continuación, todos los armarios deben ser consolidar en un instrumento principal de puesta a tierra de barra colectora dentro de ese edificio.

Del mismo modo, todas las barras de distribución de CA dentro de estos gabinetes deben venir juntos en una barra colectora de tierra de seguridad maestro dentro del edificio.

Las dos barras de bus master tierra debe entonces ser conectados a la red global de la planta.

Según las razones que el contratista manifiesta en la respuesta de la no conformidad. Este no tiene en cuenta que la construcción del banco de ducto prevista por la ingeniería realizada por la firma CONCOL se consideraron ductos de reserva por consiguiente el uso de esta reserva estaría limitado por la potencia y corriente que utilizarían los equipos o dispositivos  en el futuro. Es decir,  para futuros trabajos de ampliación, la alimentación de cualquier  equipo deberá guardar las consideraciones de potencia y/o corriente que ellos manifiestan (menor a 20A).  Como se describe en la tabla que se muestra a continuación y que fue sacada de la recomendación IEEE 518 de 1992:

Por ende cuando se construyen banco de ductos que contienen cables de potencia o alimentación con cables de instrumentación, control y comunicaciones se guarda las distancias que se consideraron en la ingeniería.

En conclusión la NO CONFORMIDAD se puede cerrar con condicionamientos.

Este documento es extraído de la publicación de la isa desde el siguiente link:

https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-publications/intech/2008/march/networking-best-practices-for-process-instrumentation-cabling/