BR102020021598A2

BR102020021598A2 - sistema para interfacear com uma máquina localizada em ambiente perigoso

Info

Publication number: BR102020021598A2
Application number: BR102020021598-1A
Authority: BR
Inventors: Vu K. Nguyen; Tom Herbert
Original assignee: Graco Minnesota Inc.
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-05-04
Also published as: MX2020010885A; CA3096326A1; PH12020050427A1; US20210121895A1; RU2020134753A; TW202135424A; US11679395B2; KR20210048432A; EP3812849B1; CN112701801A; JP2021078112A; EP3812849A1

Abstract

Aparelho e métodos associados relacionados ao provimento de controle elétrico seguro e/ou comunicação entre um controle remoto localizado em um local seguro e sistema de interface para uma máquina localizada em um local perigoso. O controle e/ou comunicação é provido por meio de cabos de energia de tensão industrial que atravessam uma barreira que separa o local seguro do local perigoso. O controle e/ou comunicação é provido pelo acoplamento reativo a cabos de energia industriais, que atravessam a barreira, de modo a sobrepor um sinal de controle e/ou comunicação à energia operacional de CA provida à máquina. Cada sistema de interface localizado no local perigoso e o módulo de controle remoto localizado em um local seguro provê tal acoplamento reativo aos cabos de energia de tensão industrial de modo a se comunicar entre os mesmos.

Description

SISTEMA PARA INTERFACEAR COM UMA MÁQUINA LOCALIZADA EM AMBIENTE PERIGOSO

FUNDAMENTOS

[001] Algumas indústrias exigem que o trabalho seja realizado em locais perigosos que tenham atmosferas contendo concentrações perigosas de gases inflamáveis ou poeira. Por exemplo, esses locais perigosos podem ser encontrados em locais industriais onde são usados tintas industriais e sistemas de manipulação de fluidos. Esses gases inflamáveis e poeira podem ser inflamados pelo provimento de calor ou faíscas elétricas suficientes para inflamar as atmosferas explosivas.

[002] A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) é uma organização internacional que promulgou vários padrões de segurança para a realização de operações em tais locais perigosos. Tais padrões incluem IEC 60079-0, IEC 60079-1, IEC 60079-11 e IEC 60079-25, que são aqui incorporados por referência. Padrões adicionais para a América do Norte incluem UL 1203, CSA 22.2 n° 30, FM 3615. Os locais perigosos são definidos pela IEC como “áreas perigosas”. Uma área perigosa é uma “área em que uma atmosfera explosiva está presente, ou pode-se esperar que esteja presente, em quantidades que requeiram precauções especiais para a construção, instalação e uso de aparelhos elétricos.” (Ver, por exemplo, IEC 60079-0, definição 3.2). Uma atmosfera explosiva é uma “mistura com o ar, em condições atmosféricas, de substâncias inflamáveis na forma de gás, vapor, poeira, fibras ou vapores que, após a ignição, permitem a propagação autossustentável.” (Ver, por exemplo, IEC 60079-0, definição 3.30). Um recinto à prova de chamas é definido como um recinto que “pode suportar a pressão desenvolvida durante uma explosão interna de uma mistura explosiva e que evita a transmissão da explosão para a atmosfera de gás explosivo ao redor do recinto. (Ver, por exemplo, IEC 60079-1). Outros padrões promulgados definem similarmente os recintos como sendo à prova de explosão. Aqui, os termos à prova de explosão e à prova de chamas são usados intercambiavelmente.

[003] Equipamentos elétricos operados em locais perigosos podem apresentar riscos de ignição de poeira ou gases inflamáveis. Vários métodos podem ser usados para proteger contra a ignição de tais atmosferas explosivas. Isso inclui o uso de câmaras à prova de explosivos, imersão de equipamentos elétricos em óleo ou areia, projeto seguro de equipamentos elétricos e outros. O projeto seguro de tais equipamentos elétricos para proteção contra esses riscos é denominado segurança intrínseca (IS). Equipamentos elétricos projetados com considerações de segurança intrínseca (IS) limitam a energia, elétrica e térmica, disponível para a ignição de atmosferas explosivas. A segurança intrínseca é definida como um “tipo de proteção com base na restrição de energia elétrica dentro do equipamento e de fiação de interconexão exposta à atmosfera explosiva a um nível abaixo do que pode causar ignição por faíscas ou efeitos de aquecimento.” (Ver, por exemplo, IEC 60079-11, definição 3.1.1).

[004] Em operação normal, alguns equipamentos elétricos podem criar arcos elétricos, por exemplo, em comutadores, escovas de motor, conectores e em outros lugares. Equipamentos elétricos também podem gerar calor, que em algumas circunstâncias pode se tornar uma fonte de ignição. Mesmo se o equipamento, em operação normal, não gerar fontes de ignição, diversas falhas de componentes podem fazer com que esse equipamento tenha o potencial de produzir tais fontes de ignição. Por exemplo, se um componente falhar em um curto-circuito ou circuito aberto, um conjunto de circuitos que antes era incapaz de produzir uma fonte de ignição pode se tornar capaz de produzir tal fonte.

[005] Portanto, a comunicação e o controle do equipamento através da barreira segura/perigosa devem ser realizados de acordo com os padrões de segurança, a fim de manter a operação segura do equipamento localizado na área perigosa.

SUMÁRIO

[006] Aparelhos e métodos associados se referem a um sistema para interfacear com uma máquina localizada em um ambiente perigoso. O sistema inclui um alojamento à prova de explosão, um acoplador reativo, uma interface de comunicação e uma interface local. O acoplador reativo está localizado dentro do alojamento à prova de explosão. O acoplador reativo é configurado para se acoplar reativamente a um condutor de linha de força de tensão industrial, fornecendo energia operacional de CA de uma frequência de linha para a máquina localizada em ambiente perigoso. A interface de comunicação está localizada dentro do alojamento à prova de explosão e eletricamente acoplada ao acoplador reativo. A interface de comunicação é configurada para receber sinais de controle de frequências dentro de uma banda de frequência de comunicação do condutor de linha de força de tensão industrial por meio do acoplador reativo e para gerar sinais operacionais para a máquina localizada em ambiente perigoso com base nos sinais de controle recebidos. A interface local é eletricamente acoplada à interface de comunicação e configurada para acoplar à máquina localizada em ambiente perigoso, de modo a prover os sinais operacionais gerados para ela.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um sistema industrial incluindo uma máquina localizada em uma área de ambiente perigoso controlada por um controlador remoto localizado em uma área de ambiente não perigoso.

[008] A Figura 2 é um desenho esquemático de um sistema industrial incluindo uma máquina localizada em uma área de ambiente perigoso controlada por um controlador remoto localizado em uma área de ambiente seguro.

[009] A Figura 3 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema para interfacear com uma máquina localizada em um ambiente perigoso.

[0010] A Figura 4 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema para remotamente controlar, de um ambiente seguro, de uma máquina localizada em ambiente perigoso.

[0011] A Figura 5 é um diagrama de blocos de uma interface de máquina localizada em um ambiente perigoso conectada por meio de condutores de linha de força de tensão industrial a um controlador remoto localizado em uma área de ambiente seguro.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0012] Aparelho e métodos associados relacionados ao provimento de controle elétrico seguro e/ou comunicação entre um controle remoto localizado em um local seguro e sistema de interface para uma máquina localizada em um local perigoso. O controle e/ou comunicação é provido por meio de condutores de linha de força de tensão industrial que atravessam uma barreira que separa o local seguro do local perigoso. O controle e/ou comunicação é provido pelo acoplamento reativo a cabos de energia industriais, que atravessam a barreira, de modo a sobrepor um sinal de controle e/ou comunicação a sinais de energia operacional de CA fornecidos à máquina. Cada sistema de interface localizado no local perigoso e o módulo de controle remoto localizado em um local seguro provê tal acoplamento reativo aos condutores de cabos de energia de tensão industrial de modo a se comunicar entre os mesmos. Aqui, os parâmetros elétricos relativos aos condutores de linha de força de tensão industrial incluem amplitudes de tensão entre 50 e 1000 volts, entre 120 e 480 volts ou entre 240 e 480 volts, por exemplo.

[0013] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um sistema industrial incluindo uma máquina localizada em uma área de ambiente perigoso controlada por um controlador remoto localizado em uma área de ambiente seguro. Na Figura 1, o sistema industrial 10 inclui máquina 12 com interface de máquina 14, controlador remoto 16 e conduíte à prova de explosão 18, dentro do qual correm condutores de linha de força de tensão industrial 20. O controlador remoto 16 está localizado na área de ambiente seguro 26, enquanto a máquina 12 e a interface da máquina 14 estão localizadas na área de ambiente perigoso 28. A área de ambiente seguro 26 e a área de ambiente perigoso 28 são separadas uma da outra por meio da barreira de isolamento 24.

[0014] Os condutores de linha de força de tensão industrial 20 atravessam a barreira de isolamento 24 de modo a formar um trajeto elétrico condutivo entre a interface de máquina 14 e o controlador remoto 16. Portanto, os condutores de linha de força de tensão industrial podem não apenas prover energia elétrica de tensão industrial para a máquina 12 e a interface da máquina 14, mas podem ser usados como um canal de comunicação entre a interface da máquina 14 e o controlador remoto 16.

[0015] Na modalidade da Figura 1, a interface da máquina 14 e a máquina 12 são unidades separadas. Na área de ambiente perigoso 28, os circuitos eletrônicos da máquina 12 e a interface da máquina 14 estão contidos em alojamentos à prova de explosão. O conduíte à prova de explosão 18 e os alojamentos à prova de explosão da máquina 12 e a interface da máquina 14 conectam-se um ao outro por meio de conexões à prova de explosão. Tais alojamentos e conduítes à prova de explosão, portanto, formam um sistema à prova de explosão que isola o conjunto de circuitos elétricos e a fiação interna do ambiente perigoso externo.

[0016] A Figura 2 é um desenho esquemático de um sistema industrial incluindo uma máquina localizada em uma área de ambiente perigoso controlada por um controlador remoto localizado em uma área de ambiente seguro. Na Figura 2, o sistema industrial 10 inclui máquina 12 com interface de máquina 14, controlador remoto 16 e conduto à prova de explosão 18, dentro do qual correm condutores de linha de força de tensão industrial 20, que conduzem energia de CA de tensão industrial provida pela fonte de energia de tensão industrial 22. A fonte de energia de tensão industrial 22 pode ser um transformador local, uma subestação de energia regional ou uma usina de energia, por exemplo. A fonte de energia de tensão industrial 22 provê energia operacional de CA para a máquina localizada em ambiente perigoso 12 por meio de condutores de linha de força de tensão industrial 20. Os condutores de linha de força de tensão industrial 20 se estendem da fonte de energia de tensão industrial 22 para a máquina localizada em ambiente perigoso 12. Para estender entre eles, os condutores de linha de força de tensão industrial 20 atravessam a barreira 24 separando a área de ambiente seguro 26 da área de ambiente perigoso 28.

[0017] Os condutores de linha de força de tensão industrial 20 conduzem energia operacional de CA da fonte de energia de tensão industrial 22 para a máquina localizada em ambiente perigoso 12. Os condutores de linha de força também conduzem vários sinais de comunicação entre o controlador remoto 16 e a interface da máquina 14. Por exemplo, o controlador remoto 16 pode enviar vários sinais de controle para a interface de máquina 14 por meio de condutores de linha de força de tensão industrial 20, e/ou a interface de máquina 14 pode enviar vários sinais de informação para o controlador mais remoto 16. O controlador remoto 16 tem a primeira interface de comunicação 30 conectada ao computador programável industrial 32 via rede de controle industrial 34. A primeira interface de comunicação 30 pode receber/transmitir vários sinais de controle de/para o computador programável industrial 32 e outros dispositivos conectados à rede via rede de controle industrial 34. Por exemplo, o computador programável industrial 32 pode ser programado para controlar a operação da máquina localizada em ambiente perigoso 12, bem como outras máquinas conectadas por meio de condutores de linha de força de tensão industrial 20.

[0018] Tal operação de máquina localizada em ambiente perigoso 12 pode ser controlada usando uma série de sinais de controle de rede que são enviados para o controlador remoto 16, onde são recebidos pela primeira interface de comunicação 30. A primeira interface de comunicação 30 determina se o sinal de controle de rede recebido se destina à máquina localizada em ambiente perigoso 12. Se assim for, a primeira interface de comunicação 30 converte os sinais de controle de rede recebidos em sinais de controle de máquina de frequências dentro de uma banda de frequência de comunicação. Esses sinais de controle de máquina são reativamente acoplados a condutores de linha de força de tensão industrial 20 via primeiro acoplador reativo 36, sobrepondo assim os sinais de controle de máquina no sinal de energia operacional de CA.

[0019] O sinal de controle da máquina conduzido por condutores de linha de força de tensão industrial 20 é conduzido para a interface da máquina 14. A interface de máquina 14 tem um segundo acoplador reativo 38 e uma segunda interface de comunicação 40. O segundo acoplador reativo provê acoplamento reativo entre os condutores de linha de força de tensão industrial 20 e a segunda interface de comunicação 40 dentro do alojamento à prova de explosão 42. A segunda interface de comunicação 40 pode receber os sinais de controle da máquina de condutores de linha de força de tensão industrial 20 por meio do segundo acoplador reativo 38. A segunda interface de comunicação 40 pode gerar sinais operacionais da máquina para a máquina localizada em ambiente perigoso com base nos sinais de controle da máquina recebidos. A segunda interface de comunicação 40 envia os sinais operacionais da máquina para a máquina localizada em ambiente perigoso 12 através da rede de controle da máquina local 44. Na modalidade da Figura 2, a interface da máquina 14 é parte integrante da máquina 12. Um único alojamento à prova de explosão - alojamento à prova de explosão 42 - pode ser usado tanto para a máquina 12 quanto para a interface da máquina 14 usando esse sistema integral.

[0020] Em algumas modalidades, a interface de máquina 14 também pode enviar comunicações para o controlador remoto 16. Essas comunicações podem incluir sinais de informação, como sinais indicativos de parâmetros operacionais sensoreados. Em algumas modalidades, tais sinais de informação podem ser enviados em resposta à segunda interface de comunicação que recebe um pedido de comando de informação do controlador remoto 16. Em algumas modalidades, tais sinais de informação podem incluir sinais indicativos de várias condições de alarme.

[0021] A Figura 3 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema para interfacear com uma máquina localizada em um ambiente perigoso. Na Figura 3, a interface de máquina 14 está eletricamente conectada à máquina localizada em ambiente perigoso 12 via condutores de linha de força de tensão industrial 20 e rede de controle de máquina local 44. A máquina 12 pode ser qualquer máquina projetada para funcionar em uma área em ambiente perigoso. Por exemplo, a máquina localizada em ambiente perigoso 12 pode ser uma bomba de tinta elétrica. A máquina localizada em ambiente perigoso 12 inclui módulo de controle 46 e sensores 48.

[0022] A interface de máquina 14 inclui acoplador reativo 38, interface de comunicação 40, filtro front end analógico 50, interface local 52, filtro de isolamento 56 e controlador local 58, todos alojados dentro do alojamento à prova de explosão 42. O alojamento à prova de explosão 42 é mostrado acoplado ao conduíte à prova de explosão 18. Tal acoplamento resulta em uma barreira combinada à prova de explosão que evita que uma atmosfera do ambiente perigoso seja violada ou que um evento interno de explosão seja violado.

[0023] O acoplador reativo 38 é configurado para se acoplar reativamente a condutores de linha de força de tensão industrial, que fornecem energia operacional de CA de uma frequência de linha para a máquina localizada em ambiente perigoso 12. O filtro front end analógico 50 filtra a frequência de linha da energia de CA de tensão industrial provida à máquina 12, enquanto passa as frequências dentro da banda de frequência de comunicação de modo a passar sinais de comando da máquina para a interface de comunicação 40. Os sinais de controle da máquina têm frequências dentro de uma banda de frequência de comunicação. A banda de frequência de comunicação não inclui a frequência de linha da energia operacional de CA.

[0024] A interface de comunicação 40 é configurada para receber os sinais de controle da máquina do condutor de linha de força de tensão industrial 20 via acoplador reativo 38 e filtro front end analógico 50. A interface de comunicação 40 é adicionalmente configurada para gerar sinais operacionais locais para a máquina localizada em ambiente perigoso 12 com base nos sinais de controle da máquina recebidos. A interface de comunicação 40 envia o sinal operacional local gerado para a máquina localizada em ambiente perigoso 12 via interface local 52.

[0025] O filtro de isolamento 56 é configurado para atenuar os sinais de controle da máquina transmitidos por condutores de linha de força de tensão industrial 20, de modo que tais sinais de controle da máquina não interfiram na operação da máquina localizada em ambiente perigoso 12 ou forneçam o potencial de arco devido aos sinais de controle da máquina de alta frequência. Na modalidade representada, o filtro de isolamento 56 é uma combinação de um indutor ou um estrangulador de radiofrequência (RF) junto com um ou mais capacitores.

[0026] O controlador local 58 inclui processador(es) μP e memória de armazenamento MEM. O(s) processador(es) μP podem receber instruções de programa da memória de armazenamento MEM. O(s) processador(es) μP pode(m) ser configurado(s) para a interface da máquina 14, com base nas instruções do programa recebidas. Por exemplo, o(s) processador(es) μP pode(m) ser configurado(s) para enviar sinais de operação local para a máquina 12 em resposta aos sinais de comando da máquina recebidos. O(s) processador(es) μP também podem ser configurados para enviar sinais de informação para o controlador remoto 16 em resposta aos sinais de solicitação de informação recebidos pela interface de comunicação 40.

[0027] Como ilustrado na Figura 3, a interface de máquina 14 inclui acoplador reativo 38, interface de comunicação 40, filtro front end analógico 50, interface local 52, filtro de isolamento 56 e controlador local 58 com processador(es) μΡ e memória de armazenamento MEM. No entanto, em certos exemplos, a interface de máquina 14 pode incluir mais ou menos componentes. Por exemplo, a interface de máquina 14 também pode incluir uma interface de usuário.

[0028] O(s) processador(es) μΡ, em um exemplo, é/são configurado(s) para implementar funcionalidade e/ou instruções de processo para execução na interface de máquina 14. Por exemplo, processador(es) μΡ pode(m) ser capaz(es) de processar instruções armazenadas na memória de armazenamento MEM. Exemplos de processador(es) μΡ podem incluir qualquer um ou mais de um microprocessador, um controlador, um processador(es) de sinal digital (DSP), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um arranjo de portas programável em campo (FPGA), ou outro conjunto de circuitos lógicos discretos ou integrados equivalente. O(s) processador(es) μP pode(m) ser configurado(s) para controlar a operação da interface da máquina 14, bem como a máquina localizada em ambiente perigoso 12.

[0029] A memória de armazenamento MEM pode ser configurada para armazenar informações na interface da máquina 14 durante a operação. A memória de armazenamento MEM, em alguns exemplos, é descrita como meio de armazenamento legível por computador. Em alguns exemplos, um meio de armazenamento legível por computador pode incluir um meio não transitório. O termo “não transitório” pode indicar que o meio de armazenamento não está incorporado em uma onda portadora ou um sinal propagado. Em certos exemplos, um meio de armazenamento não transitório pode armazenar dados que podem, ao longo do tempo, mudar (por exemplo, em RAM ou cache). Em alguns exemplos, a memória de armazenamento MEM é uma memória temporária, o que significa que uma finalidade principal da memória de armazenamento MEM não é o armazenamento de longo prazo. A memória de armazenamento MEM, em alguns exemplos, é descrita como memória volátil, o que significa que a memória de armazenamento MEM não mantém o conteúdo armazenado quando a energia para a interface de máquina 14 é desligada. Exemplos de memórias voláteis podem incluir memórias de acesso aleatório (RAM), memórias dinâmicas de acesso aleatório (DRAM), memórias de acesso aleatório estáticas (SRAM) e outras formas de memórias voláteis. Em alguns exemplos, a memória de armazenamento MEM é usada para armazenar instruções de programa para execução por processador(es) μP. A memória de armazenamento MEM, em um exemplo, é usada por software ou aplicativos em execução na interface de máquina 14 (por exemplo, um programa de software implementando operações específicas relacionadas ao controle da máquina 12) para armazenar temporariamente informações durante a execução do programa.

[0030] A memória de armazenamento MEM, em alguns exemplos, também pode incluir um ou mais meios de armazenamento legíveis por computador. A memória de armazenamento MEM pode ser configurada para armazenar maiores quantidades de informações do que a memória volátil. A memória de armazenamento MEM pode ser adicionalmente configurada para armazenamento de longo prazo de informações. Em alguns exemplos, a memória de armazenamento MEM inclui elementos de armazenamento não voláteis. Exemplos de tais elementos de armazenamento não voláteis podem incluir discos rígidos magnéticos, discos ópticos, memórias flash ou formas de memórias eletricamente programáveis (EPROM) ou memórias eletricamente apagáveis e programáveis (EEPROM).

[0031] A interface local 52, em alguns exemplos, inclui um módulo de comunicação. A interface local 52, em um exemplo, utiliza o módulo de comunicação para se comunicar com dispositivos externos por meio de uma ou mais redes, como uma ou mais redes sem fio ou com fio ou ambas. O módulo de comunicação pode ser uma placa de interface de rede, como uma placa Ethernet, um transceptor óptico, um transceptor de radiofrequência ou qualquer outro tipo de dispositivo que pode enviar e receber informações. Outros exemplos de tais interfaces de rede podem incluir dispositivos de computação de rádio Bluetooth, 3G, 4G e Wi-Fi 33, bem como Barramento Serial Universal (USB).

[0032] Se a interface de máquina 14 inclui uma interface de usuário, tal interface de usuário, em alguns exemplos, pode ser configurada para receber entrada de um usuário. Exemplos de tal interface de entrada do usuário podem incluir um mouse, um teclado, um microfone, um dispositivo de câmera, um visor sensível à presença e/ou sensível ao toque, botões de pressão, teclas de seta ou outro tipo de dispositivo configurado para receber entrada de um usuário. Em uma modalidade exemplificativa, a comunicação de entrada de usuário do usuário pode ser realizada através de um barramento de comunicações, como, por exemplo, um barramento de Rede de Área do Controlador (CAN).

[0033] A interface do usuário pode ser configurada para prover saída a um usuário. Exemplos de tal interface de usuário podem incluir um dispositivo de exibição, uma placa de som, uma placa gráfica de vídeo, um alto-falante, um monitor de tubo de raios catódicos (CRT), um visor de cristal líquido (LCD), um visor de diodo emissor de luz (LED), um visor de diodo emissor de luz orgânico (OLED) ou outro tipo de dispositivo para enviar informações de uma forma compreensível para usuários ou máquinas. Em uma modalidade exemplificativa, a comunicação de saída para o usuário pode ser realizada através de um barramento de comunicações, como, por exemplo, um barramento de Rede de Área do Controlador (CAN).

[0034] A Figura 4 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema para remotamente controlar, de um ambiente seguro, de uma máquina localizada em ambiente perigoso. Na Figura 4, o controlador remoto 16 está eletricamente conectado à fonte de energia de tensão industrial 22 e ao controlador de máquina 14 por meio de condutores de linha de força de tensão industrial 20. O controlador remoto 16 também está conectado a um ou mais nós de rede 60 via rede de controle industrial 34.

[0035] O controlador remoto 16 inclui acoplador reativo 36, interface de comunicação 30, filtro front end analógico 62, interface de rede 64, filtro de isolamento 66 e controlador local 68. O acoplador reativo 36 é configurado para se acoplar reativamente a condutores de linha de força de tensão industrial, que fornecem energia operacional de CA de uma frequência de linha para a máquina localizada em ambiente perigoso 12. Em algumas modalidades, os condutores de linha de força de tensão industrial 20 também fornecem energia operacional de CA para o controlador remoto 16. O filtro front end analógico 62 filtra a frequência de linha da energia de CA de alta tensão provida à máquina 12, enquanto passa as frequências dentro da banda de frequência de comunicação de modo a passar sinais de comando da máquina da interface de comunicação 40. Os sinais de controle da máquina têm frequências dentro de uma banda de frequência de comunicação. A banda de frequência de comunicação não inclui a frequência de linha da energia operacional de CA.

[0036] A interface de comunicação 30 é configurada para acoplar os sinais de controle da máquina ao condutor de linha de força de tensão industrial 20 via acoplador reativo 36 e filtro front end analógico 62. A interface de comunicação 30 é adicionalmente configurada para gerar tais sinais de comando de máquina ou para receber tais sinais de comando de máquina de um ou mais nós de rede 60 via interface de rede 64. A interface de rede 64 provê comunicações de rede entre os nós de rede 60 e o controlador remoto 16.

[0037] O filtro de isolamento 66 é configurado para atenuar os sinais de controle da máquina transmitidos por condutores de linha de força de tensão industrial 20, de modo que tais sinais de controle da máquina não interfiram na operação de outro equipamento para o qual a energia operacional de CA é provida por condutores de linha de força de tensão industrial 20. Na modalidade representada, o filtro de isolamento 66 é uma combinação de um indutor ou um estrangulador de radiofrequência (RF) junto com um ou mais capacitores.

[0038] O controlador local 68 inclui processador(es) μP e memória de armazenamento MEM. O(s) processador(es) μP podem receber instruções de programa da memória de armazenamento MEM. O(s) processador(es) μP podem ser configurados para a interface da máquina 14, com base nas instruções do programa recebidas. Por exemplo, o(s) processador(es) μP pode(m) ser configurado(s) para enviar sinais de máquina para a máquina 12 em resposta aos sinais de controle de rede recebidos. O(s) processador(es) μP também pode(m) ser configurado(s) para receber sinais de informação da interface de máquina 14 em resposta aos sinais de solicitação de informação enviados pela interface de comunicação 30.

[0039] Como ilustrado na Figura 4, o controlador remoto 16 inclui acoplador reativo 36, interface de comunicação 30, filtro front end analógico 62, interface de rede 64, filtro de isolamento 66 e controlador local 68. No entanto, em certos exemplos, o controlador remoto 16 pode incluir mais ou menos componentes. Por exemplo, o controlador remoto 16 também pode incluir uma interface de usuário.

[0040] O(s) processador(es) μP, em um exemplo, é/são configurado(s) para implementar funcionalidade e/ou instruções de processo para execução no controlador remoto 16. Por exemplo, processador(es) μΡ podem ser capazes de processar instruções armazenadas na memória de armazenamento MEM. Exemplos de processador(es) μP podem incluir qualquer um ou mais de um microprocessador, um controlador, um processador(es) de sinal digital (DSP), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um arranjo de portas programável em campo (FPGA), ou outro conjunto de circuitos lógicos discretos ou integrados equivalente. O(s) processador(es) μP pode(m) ser configurado(s) para controlar a operação do controlador remoto 16, bem como controlar comunicações com os nós de rede 60.

[0041] A memória de armazenamento MEM pode ser configurada para armazenar informações no controlador remoto 16 durante a operação. A memória de armazenamento MEM, em alguns exemplos, é descrita como meio de armazenamento legível por computador. Em alguns exemplos, um meio de armazenamento legível por computador pode incluir um meio não transitório. O termo “não transitório” pode indicar que o meio de armazenamento não está incorporado em uma onda portadora ou um sinal propagado. Em certos exemplos, um meio de armazenamento não transitório pode armazenar dados que podem, ao longo do tempo, mudar (por exemplo, em RAM ou cache). Em alguns exemplos, a memória de armazenamento MEM é uma memória temporária, o que significa que uma finalidade principal da memória de armazenamento MEM não é o armazenamento de longo prazo. A memória de armazenamento MEM, em alguns exemplos, é descrita como memória volátil, o que significa que a memória de armazenamento MEM não mantém o conteúdo armazenado quando a energia para o controlador remoto 16 é desligada. Exemplos de memórias voláteis podem incluir memórias de acesso aleatório (RAM), memórias dinâmicas de acesso aleatório (DRAM), memórias de acesso aleatório estáticas (SRAM) e outras formas de memórias voláteis. Em alguns exemplos, a memória de armazenamento MEM é usada para armazenar instruções de programa para execução por processador(es) μΡ. A memória de armazenamento MEM, em um exemplo, é usada por software ou aplicativos em execução no controlador remoto 16 (por exemplo, um programa de software implementando operações específicas relacionadas ao controle da máquina 12) para armazenar temporariamente informações durante a execução do programa.

[0042] A memória de armazenamento MEM, em alguns exemplos, também pode incluir um ou mais meios de armazenamento legíveis por computador. A memória de armazenamento MEM pode ser configurada para armazenar maiores quantidades de informações do que a memória volátil. A memória de armazenamento MEM pode ser adicionalmente configurada para armazenamento de longo prazo de informações. Em alguns exemplos, a memória de armazenamento MEM inclui elementos de armazenamento não voláteis. Exemplos de tais elementos de armazenamento não voláteis podem incluir discos rígidos magnéticos, discos ópticos, memórias flash ou formas de memórias eletricamente programáveis (EPROM) ou memórias eletricamente apagáveis e programáveis (EEPROM).

[0043] A interface de rede 60, em alguns exemplos, inclui um módulo de comunicação. A interface de rede 60, em um exemplo, utiliza o módulo de comunicação para se comunicar com dispositivos externos por meio de uma ou mais redes, como uma ou mais redes sem fio ou com fio ou ambas. O módulo de comunicação pode ser uma placa de interface de rede, como uma placa Ethernet, um transceptor óptico, um transceptor de radiofrequência ou qualquer outro tipo de dispositivo que pode enviar e receber informações. Outros exemplos de tais interfaces de rede podem incluir dispositivos de computação de rádio Bluetooth, 3G, 4G e Wi-Fi 33, bem como Barramento Serial Universal (USB).

[0044] Se o controlador remoto 16 inclui uma interface de usuário, tal interface de usuário, em alguns exemplos, pode ser configurada para receber entrada de um usuário. Exemplos de tal interface de entrada do usuário podem incluir um mouse, um teclado, um microfone, um dispositivo de câmera, um visor sensível à presença e/ou sensível ao toque, botões de pressão, teclas de seta ou outro tipo de dispositivo configurado para receber entrada de um usuário. Em uma modalidade exemplificativa, a comunicação de entrada de usuário do usuário pode ser realizada através de um barramento de comunicações, como, por exemplo, um barramento de Rede de Área do Controlador (CAN).

[0045] A interface do usuário pode ser configurada para prover saída a um usuário. Exemplos de tal interface de usuário podem incluir um dispositivo de exibição, uma placa de som, uma placa gráfica de vídeo, um alto-falante, um monitor de tubo de raios catódicos (CRT), um visor de cristal líquido (LCD), um visor de diodo emissor de luz (LED), um visor de diodo emissor de luz orgânico (OLED) ou outro tipo de dispositivo para enviar informações de uma forma compreensível para usuários ou máquinas. Em uma modalidade exemplificativa, a comunicação de saída para o usuário pode ser realizada através de um barramento de comunicações, como, por exemplo, um barramento de Rede de Área do Controlador (CAN).

[0046] A Figura 5 é um diagrama de blocos de uma interface de máquina localizada em um ambiente perigoso conectada por meio de condutores de linha de força de tensão industrial a um controlador remoto localizado em uma área de ambiente seguro. Na Figura 5, a interface de máquina 14 está em comunicação elétrica com o controlador remoto 16 via condutores de linha de força de tensão industrial 20. Tal comunicação elétrica pode ser unilateral, como do controlador remoto 16 para a interface da máquina 14, ou bidirecional. O controlador remoto 16 inclui interface reativa 70, modulador/demodulador 72, processador de comunicação 74, processador de aplicativo 76, interface de usuário 78, filtro EMC 80 e conversor de energia 82.

[0047] A interface reativa 70 inclui acoplador reativo 36 e filtro de isolamento 66 (representado nas FIGURAS 2 e 4). A interface reativa 70 é configurada para transmitir o sinal de comunicação modulado para o modulador/demodulador 72 e para evitar que tais sinais de comunicação modulados poluam o sinal de energia operacional de CA entregue a outro equipamento. O modulador/demodulador 72 é configurado para modular os sinais de comunicação a serem transmitidos pelo controlador remoto 16 e para demodular os sinais de comunicação recebidos pelo controlador remoto 16. Sinais demodulados ou não modulados são transmitidos entre o modulador/demodulador 72 e o processador de comunicação 74, que por sua vez está em comunicação com o processador de aplicativo 76. O processador de aplicativo 76 é configurado para prover controle mestre do controlador remoto 16.

[0048] A interface de usuário 78 é configurada para se comunicar com um usuário fornecendo entradas de usuário ao controlador de aplicativo 76 e fornecendo saídas a um usuário a partir do controlador de aplicativo 76. O conversor de energia 82 é configurado para prover todos os sinais de energia de CA e/ou CC exigidos pelos vários componentes 70-82 do controlador remoto 16. O filtro EMC 80 é configurado para filtrar ruído de condutores de linha de força de tensão industrial 20.

[0049] A interface de máquina 14 inclui interface reativa 84, modulador/demodulador 86, processador de comunicação 88, processador de aplicativo 90, filtro EMC 92 e conversor de energia 94. A interface reativa 84 inclui acoplador reativo 38 e filtro de isolamento 56 (representado nas FIGURAS 2 e 3). A interface reativa 84 é configurada para transmitir o sinal de comunicação modulado para o modulador/demodulador 86 e para evitar que tais sinais de comunicação modulados poluam o sinal de energia operacional de CA entregue a outro equipamento. O modulador/demodulador 86 é configurado para modular os sinais de comunicação a serem transmitidos pelo controlador de máquina 14 e para demodular os sinais de comunicação recebidos pelo controlador de máquina 14. Sinais demodulados ou não modulados são transmitidos entre o modulador/demodulador 86 e o processador de comunicação 88, que por sua vez está em comunicação com o processador de aplicativo 90. O processador de aplicativo 90 é configurado para prover controle mestre da interface de máquina 14.

[0050] O conversor de energia 94 é configurado para prover todos os sinais de energia de CA e/ou CC exigidos pelos vários componentes 84-94 da interface de máquina 14. O filtro EMC 92 é configurado para filtrar ruído de condutores de linha de força de tensão industrial 20.

[0051] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a modalidade(s) exemplificativa(s), será entendido por aquele versado na técnica que podem ser feitas várias alterações e equivalentes podem ser substituídos por elementos da mesma sem sair do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção, sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada às modalidades particulares descritas, mas que a invenção inclua todas as modalidades que fazem parte do escopo das reivindicações anexas.

Claims

Sistema para interfacear com uma máquina localizada em ambiente perigoso, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende:
um alojamento à prova de explosão;
um acoplador reativo dentro do alojamento à prova de explosão, o acoplador reativo configurado para acoplar reativamente a um condutor de linha de força de tensão industrial que provê energia operacional de CA de uma frequência de linha para a máquina localizada em ambiente perigoso;
uma interface de comunicação dentro do alojamento à prova de explosão e eletricamente acoplada ao acoplador reativo, a interface de comunicação configurada para receber sinais de controle de frequências dentro de uma banda de frequência de comunicação do condutor de linha de força de tensão industrial por meio do acoplador reativo e para gerar sinais operacionais para a máquina localizada em ambiente perigoso com base nos sinais de controle recebidos; e
uma interface local eletricamente acoplada à interface de comunicação e configurada para acoplar à máquina localizada em ambiente perigoso, de modo a prover os sinais operacionais gerados à mesma.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a máquina localizada em ambiente perigoso é uma bomba de tinta elétrica.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
a bomba de tinta elétrica, em que o alojamento à prova de explosão é parte integrante da bomba de tinta elétrica.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os sinais de controle incluem pelo menos um de um sinal de comando de velocidade da bomba e um sinal de controle de modo.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
um agitador de tinta elétrico, em que o alojamento à prova de explosão é parte integrante do agitador de tinta elétrico.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
um proporcionador de tinta elétrico, em que o alojamento à prova de explosão é parte integrante do um proporcionador de tinta elétrico.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface de comunicação é adicionalmente configurada para gerar sinais de informação, que são enviados a um controlador remoto através do condutor de linha de força de tensão industrial por meio do acoplador reativo.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acoplador reativo é um transformador.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente
um sensor de condições de alarme dentro do alojamento à prova de explosão configurado para sensorear uma condição de alarme da máquina localizada em ambiente perigoso.
Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sensor de condições de alarme é adicionalmente configurado para gerar um sinal de alarme em resposta à condição de alarme sendo sensoreada pelo sensor de condições de alarme.
Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a condição de alarme é sensoreada com base, pelo menos em parte, na energia operacional de CA provida à máquina localizada em ambiente perigoso.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
um filtro de isolamento eletricamente acoplado ao condutor de linha de força de tensão industrial entre o acoplador reativo e a máquina localizada em ambiente perigoso, o filtro de isolamento configurado para passar a frequência de linha e atenuar as frequências dentro da banda de frequência de comunicações.
Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o filtro de isolamento inclui um elemento indutivo.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
um controlador local dentro do alojamento à prova de explosão e tendo um processador e memória.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface de comunicação é uma primeira interface de comunicação, o sistema compreendendo adicionalmente:
um controlador remoto configurado para controlar a máquina localizada em ambiente perigoso a partir de um local em ambiente seguro, o controlador remoto incluindo:
uma segunda interface de comunicação configurada para gerar os sinais de controle para a máquina localizada em ambiente perigoso.
Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o acoplador reativo é um primeiro acoplador reativo, o controlador remoto incluindo adicionalmente:
um segundo acoplador reativo configurado para acoplar reativamente ao condutor de linha de força de tensão industrial que provê a energia operacional de CA da frequência de linha para a máquina localizada em ambiente perigoso de modo a transmitir os sinais de controle gerados para ela.
Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o segundo acoplador reativo é um transformador.
Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o filtro de isolamento é um primeiro filtro de isolamento, o controlador remoto incluindo adicionalmente:
um segundo filtro de isolamento configurado para passar a frequência de linha e atenuar as frequências dentro da banda de frequência de comunicações, o segundo filtro de isolamento localizado entre o segundo acoplador reativo e uma fonte de energia de tensão industrial, pela qual a energia operacional de CA é provida.
Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o controlador remoto compreende adicionalmente:
uma interface de rede configurada para se acoplar a uma rede de controle industrial de modo a receber sinais de controle da mesma e prover sinais de informação à mesma.
Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o controlador remoto compreende adicionalmente:
uma interface de usuário configurada para se acoplar a uma rede de controle industrial de modo a receber sinais de controle da mesma e prover sinais de informação à mesma.