Baixe automação pdf e outras Notas de estudo em PDF para Cultura, somente na Docsity! CPM – Programa de Certificação do Pessoal de Manutenção___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 1 Instrumentação Automação Básica ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 2 Automação Básica e Circuitos de Intertravamento e Alarmes  SENAI – ES, 1999 Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão) Coordenação Geral Evandro de Figueiredo Neto (CST) Robson Santos Cardoso (SENAI) Supervisão Rosalvo Marcos Trazzi (CST) Fernando Tadeu Rios Dias (SENAI) Elaboração Flavio Morais de Souza (SENAI) Aprovação Marcos Antônio R. Nogueira (CST) Wenceslau de Oliveira (CST) SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Espírito Santo CTIIAF – Centro Técnico de Instrumentação Industrial Arivaldo Fontes Av. Marechal Mascarenhas de Moraes, 2235 Bento Ferreira – Vitória – ES CEP 29052-121 Telefone: (27) 334-5200 Telefax: (27) 334-5211 CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão Departamento de Recursos Humanos Av. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro – Serra – ES CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1286 Telefax: (027) 348-1077 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 5 i) AA = j) A.BB.A ABBA = +=+ k) C).B.A()C.B.(A C)BA()CB(A = ++=++ l) A)BA.(A AB.AA =+ =+ m) C.AAB)CB.(A )CA).(BA(C.BA +=+ ++=+ n) B.A)BA.(A BAB.AA =+ +=+ o) BAB.A B.ABA += =+ 1.1.2 - Circuitos Sequenciais a) Circuito Liga Na figura 1.1, temos a chave A e a lâmpada X. Quando a chave A está aberta ( estado “0” ), a lâmpada X está apagada ( estado “0”). Quando a chave A está fechada ( estado “1” ), a lâmpada X está acesa ( estado “1”). A equação deste circuito é A=X. Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela verdade 1.1. Figura 1.1 Tabela 1.1 b) Circuito Desliga ( NOT) Na figura 1.2a, temos a chave A e a lâmpada X. Quando a chave A está aberta ( estado “0”), a lâmpada X está acesa ( estado “1”). Quando a chave A está fechada ( estado “1”), a lâmpada X está apagada ( estado “0”). ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 6 A equação deste circuito é XA = . Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela 1.2. Esta lógica é, geralmente, realizada com contato normalmente fechado, como mostrado na figura 1.2b. Figura 1.2a Figura 1.2b Tabela 1.2 c) Circuito E (AND) Na figura 1.3 temos as chaves A e B em série e a lâmpada X. Somente quando ambas as chaves, A e B, estão ligadas ( estado “1”) , a lâmpada X está acesa ( estado “1”). A equação deste circuito é XB.A = . Os possíveis estados de A, B e X são mostrados na tabela 1.3. Figura 1.3 Tabela 1.3 d) Circuito ou (OR) Na figura 1.4 temos as chaves A e B em paralelo e a lâmpada X. Quando uma das chaves, A ou B, ou ambas, estão fechadas ( estado “1”), a lâmpada X está acesa (estado ”1”). A equação deste circuito é XBA =+ . Os possíveis estados de A, B e X são mostrados na tabela 1.4. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 7 Figura 1.4 Tabela 1.4 Apresenta-se no quadro abaixo um resumo de bloco lógicos básicos e algumas combinações comuns: ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 10 Figura 1.6 Exemplo 02: Simplificar o circuito da figura 7. Figura 1.7 Solução : A equação deste circuito é : YX.CL += Onde : B.AYeBAX =+= ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 11 CBA BB.CA BAC.B.A B.A)BA.(CYX.CL ++= ++= ++= ++=+= A figura 08 representa o circuito simplificado. Figura 1.8 1.2.2 – Simplificação com Mapa de KARNAUGH Quando utilizamos os teoremas e postulados Booleanos para simplificação de uma circuito lógico qualquer não podemos afirmar, que a equação resultante está na sua forma minimizada. Existem métodos de mapeamento de circuitos lógicos, que possibilitam a minimização de expressões com N variáveis. Um desse métodos é a utilização do mapa de KARNAUGH e é indicado para minimização de até 4 variáveis. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 12 Exemplo 1 : Simplificar o circuito da figura 1.9. Figura 1.9 Figura 1.10 Solução: A equação deste circuito é : B.AB.AB.AL ++= Marcamos no mapa de Karnaugh, figura 1.11, as regiões correspondentes a cada parcela da equação do circuito. Figura 1.11 Tomamos o menor número de pares de parcelas vizinhas. A mesma região pode pertencer a pares diferentes. As regiões 1 ( parcela A ) e 2 ( parcela B) correspondem à simplificação do circuito que é : BAL += A figura 1.10 representa o circuito simplificado. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 15 tomamos o menor número de duplas vizinhas. As regiões 1 ( parcela A.B), 2 (parcela B.C) e 3 ( parcela C.A), correspondem à simplificação do circuito que é : A.CC.BB.AL ++= A figura 1.17 representa o circuito simplificado. Figura 1.17 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 16 2–PRINCÍPIO DE CONTROLE SEQUENCIAL E CIRCUITOS BÁSICOS 2.1 – CONTROLE SEQUENCIAL O controle sequencial é o comando passo a passo de uma série de eventos no tempo e numa ordem predeterminada. 2.1.1 - Exemplo Como exemplo de controle sequencial, um processo industrial de aquecimento é mostrado na figura 2.1. Temos que : a) encher o tanque com matéria-prima até certo nível; b) aquecer o conteúdo do tanque, com uso de vapor, agitando o conteúdo atá certa temperatura; c) dar vazão à matéria aquecida. A operação descrita acima é executada manualmente nesta sequência : 1- abrir a válvula manual “V1” para que a matéria prima chegue ao tanque; 2- fechar “V1” quando a matéria prima atingir certo nível marcado pelo indicador “L”; 3- abrir a válvula manual “V2” para aquecimento com passagem de vapor pelo tubo e ligar o motor “M” fazendo girar o homogenizador, para agitar a matéria; 4- quando a indicação do termômetro “TH” atingir certo valor, interromper a passagem de vapor fechando “V2” e parar a agitação desligando o motor “M”; 5- dar vazão à matéria aquecida. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 17 6- Quando o tanque esvaziar, fechar “V3”. Os passos de 1 a 6 são repetidos quantas vezes forem necessárias. Este processo pode ser realizado automaticamente, figura 2.2, nesta sequência : 1- Apertando-se a botoeira de partida, o processo irá iniciar com a abertura da válvula solenóide “VS1”, e a matéria prima chegará ao tanque. 2- Quando for atingido certo nível de matéria, a válvula solenóide “VS1” irá fechar devido à atuação do sensor de nível “SN”. 3- Fechando-se a válvula solenóide “VS1”, a chave de fluxo “CFC1” irá abrir a válvula solenóide “VS2” para aquecimento com passagem de vapor e também ligar o motor “M” do homogenizador para agitar a matéria. 4- Quando a matéria atingir certa temperatura, a válvula solenóide “VS2” irá fechar, e o motor “M” irá parar devido à atuação do sensor de temperatura “ST”. 5- Fechando-se a válvula solenóide “VS2”, a chave de fluxo “CFC2” irá abrir a válvula solenóide “VS3”, dando vazão à matéria e acionando um temporizador. 6- Após certo tempo, a válvula solenóide “VS3”, irá fechar e acionará a chave fluxo “CFC3”, que fará abrir a válvula solenóide “VS1”, recomeçando o processo. Este processo será interrompido apertando-se a botoeira de parada quando a válvula solenóide “VS3” estiver terminando de fechar. Um número predeterminado de execuções do processo pode ser conseguido usando-se um contador. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 20 Exemplo : Equações : 321 2313 12 01 d.d.dh d).dd(d bd bd = += = = O funcionamento do circuito da figura 2.4 é mostrado nos diagramas de tempo (figura 2.5a e 2.6a) e de transição (figura .2.5b e 2.6b). a) Com acionamento de “b0” em primeiro lugar: ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 21 OBSERVAÇÃO: No diagrama de transição, a indicação de um passo sem círculo representa um estado transitório. Por exemplo, na figura 2.5b, na posição 4, o relé “d3” está na energização e em 1 está na desenergização. Na mesma figura as indicações “1” e “0” significam lâmpada “h” acesa e apagada, respectivamente. b) Com acionamento de “b1” em primeiro lugar: Comparando os procedimento descritos anteriormente, verifica-se que a lâmpada “h” acende- se somente quando “b0” é acionado em primeiro lugar. 2.2.3 – Montagem de circuito com condições estabelecidas O circuito é montado a partir da equação que pode ser obtida do diagrama de tempo ou do diagrama de transição, com condições estabelecidas. Exemplo : Montar um circuito que contém duas botoeiras “b0” e “b1”, um contador auxiliar “d” e uma lâmpada “h”, de modo que : ① quando se apertar a botoeira “b1”, a lâmpada “h” se acenda e permaneça acesa; ② quando se apertar a botoeira “b0”, a lâmpada “h” se apague e permaneça apagada; ③ quando se apertar as duas botoeiras “b0” e “b1” juntas , a lâmpada “h” permaneça acesa. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 22 Usando-se o diagrama de tempo da figura2.7. No diagrama de tempo temos : Passo ① - o circuito não se altera; Passo ② - aciona-se “b1”, energizando “d”, e a lâmpada “h” se acende; Passo ③ - libera-se “b1”, e a lâmpada “h” permanece acesa; Passo ④ - aciona-se “b0”, desenergizando “d”, a lâmpada “h” se apaga e permanece apagada. Quando “b0” é liberado, o circuito volta à condição inicial. ou Passo ① - o circuito não se altera; Passo ② - aciona-se “b1”, energizando “d”, e a lâmpada “h” se acende; Passo ③’ - com “b1” acionado, aciona-se “b0” e a lâmpada “h” permanece acesa; Passo ④ - libera-se “b1” com “b0” ACIONADO, e a lâmpada “h” se apaga e permanece apagada. Quando “b0” é liberado, o circuito volta à condição inicial. Para se obter a equação do circuito, procede-se da seguinte maneira : 1 – Na sequência ①→②→③→④ Nesta sequência, o sinal que atua o relé “d” ( passo ② ) é retirado, enquanto este está atuando (passo ③), sendo necessário neste caso a retenção. A equação de “d” é : d. d"" relé do retenção de condição d"" relé do atuação de inicial condição d     +    = Considera-se a condição inicial de atuação do relé ( no passo ②) , que é 10 b.b , e a seguir considera-se a condição de retenção do relé “d”(no passo ③), que é ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 25 Quando apertar as duas botoeiras “b0” e “b1” ao mesmo tempo, no circuito da figura 2.9a , a lâmpada “h” não se acende, porque a botoeira “b0” tem preferência na desenergização, e no circuito da figura 2.9b a lâmpada “h” se acende, porque a botoeira “b1” tem preferência na energização. 2.3.2 – Circuito de Intertravamento Nos circuitos da figura 2.10, apertando-se a botoeira “b12” (ou ‘b13”), a bobina do contator “d1” (ou “d2”) é energizada, impossibilitando a energização da outra, e não deixando energizar as duas ao mesmo tempo, porque estão intertravadas. Figura 2.10 Quando se apertar as duas botoeiras “b12” e depois “b13”, no circuito da figura 2.10(a), que tem intertravamento mecânico, com os contatos normalmente fechados das botoeiras conjugadas, as lâmpadas não se acendem, e, no circuito da figura 2.10(b), o intertravamento é elétrico com os contatos normalmente fechados dos contatores. Neste caso, a lâmpada “h12” se acende e “h13” não se acende. Na figura 2.11 é mostrado um circuito com retenção (selo) e intertravamento elétrico. Figura 2.11 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 26 Apertando-se a botoeira “b12” (ou “b13”) a bobina do contator “d1”( ou “d2”) é energizada, o contato de selo “d1” (ou “d2”) fecha-se mantendo a energização, o contato de intertravamento de “d1” (ou “d2”) ligado em série com “d2” (ou “d1 “) impossibilita a energização das duas bobinas ao mesmo tempo. Para se energizar a bobina “d2” (ou “d1 “) é necessário apertar a botoeira “b0”, desenergizando a bobina “d1” (ou “d2”) antes de apertar “b13” (ou “b12”). Neste circuito, quando se apertar “b12” e “b13” ao mesmo tempo, os dois contatores serão energizados instantaneamente até que um dos contatos de intertravamento abra. Na figura 2.12 são mostrados os circuitos de intertravamento mecânico e elétrico que oferecem maior segurança pela sua constituição. Figura 2.12 Quando a bobina do contator “d1” (ou “d2”) estiver energizada, para se energizar a bobina do contator “d2” (ou “d1”) no circuito da figura 2.12(a), é necessário primeiro apertar a botoeira “b0” e depois ‘b13” (ou “b12”), ao passo que, no circuito da figura 2.12(b), não há necessidade de tal procedimento, porque, apertando-se “b13” (ou “b12”), a bobina do contator “d1” (ou “d2”) é desenergizada pelo contato de intertravamento da respectiva botoeira. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 27 2.3.3 – Circuito de Prioridade a) Primeira ação Este circuito, figura 2.13, permite energizar somente o contator atuado em primeiro lugar. Figura 2.13 b) Última ação Este circuito, figura 2.14, permite a energização do contator acionado em último lugar. Figura 2.14 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 30 b) Desliga retardado No circuito da figura 2.18(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” acende-se no mesmo instante. Liberando-se a chave “a”, após um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d2”, a lâmpada “h” se apaga. O circuito da figura 2.18(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. Figura 2.18 c) Liga-desliga retardado No circuito da figura 2.19(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, depois de um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d1”, a lâmpada “h” acende-se. Liberando-se a chave seccionadora “a”, depois de um certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2” a lâmpada “h” se apaga. O circuito da figura 2.19(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 31 Figura 2.19 d) Ação temporizada No circuito da figura 2.20(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” se acende no mesmo instante e se mantém acesa durante um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d”. O circuito figura 2.20(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. Figura 2.20 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 32 e) Liga retardado com ação temporizada No circuito da figura 2.21(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, após um certo “t1”, ajustado no temporizador “d1”, a lâmpada “h” se acende e se mantém acesa durante um certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2”. O circuito da figura 2.21(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. Figura 2.21 f) Ação liga-desliga (pisca-pisca) No circuito da figura 2.22(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” se acende no mesmo instante e se mantém acesa durante um certo tempo “t1”, ajustado no temporizador “d1”, e se mantém apagada durante um certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2”. A lâmpada “h” se mantém nesses estados, acesa e apagada, até que a chave seccionadora “a” seja liberada. O circuito da figura 2.22(b) tem a mesma função do anterior, só que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 35 Para a interpretação dos circuitos elétricos , três aspectos básicos são importantes, ou seja: - os caminhos da corrente, ou os circuitos que se estabelecem desde o início até o fim do processo de funcionamento; - a função de cada elemento no conjunto, sua dependência e interdependência em relação a outros elementos; - a localização física dos elementos. Em razão das dificuldades apresentadas pelo diagrama tradicional, esses três aspectos importantes foram separados em duas partes, representadas pelo diagrama funcional e pelo diagrama de execução ou de disposição. Na primeira parte, os caminhos da corrente, os elementos, suas funções, interdependência e sequência funcional são representados de forma bastante prática e de fácil compreensão (diagrama funcional) figuras 3.2 e 3.3. Figura 3.2 Figura 3.3 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 36 Na Segunda parte temos a representação, a identificação e a localização física dos elementos (diagrama de execução ou de disposição ) figura 3.4. Figura 3.4 Assim, o funcional se preocupa com os circuitos, elementos e funções; o de disposição, com a disposição física desses elementos. Combinando-se esses dois tipos, os objetivos propostos são alcançados de maneira prática e racional. O diagrama de execução pode apresentar também o circuito de força. 3.1.2 – Identificação dos componentes no diagrama funcional Os componentes no diagrama são representados conforme a simbologia adotada e identificados por letras e números ou símbolos gráficos. Identificação por letras e números: ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 37 Identificação por símbolos gráficos: Dessa forma, os retângulos ou círculos simbolizam os componentes, e as letras C1, C2, C3 ou L, Y e ∆ indicam, respectivamente, um determinado contator que está localizado no circuito de potência. A letra L e os símbolos Y e ∆ indicam sua função que pode ser : L corresponde à linha, Y corresponde à ligação estrela, ∆ corresponde à ligação triângulo. Da mesma forma, as indicações C1, C2, e C3, etc, correspondem a contatores cujas funções serão conhecidas pelo diagrama de potência ( figuras 3.5 à 3.7). continuação Denominação *e4, 85.66 BA Mar Tg reemsrsos ss. um. Rh St Ty N Pp Ny Ran ST Na R,S,T,N AB CD ESEST COMPANHIA “EE” SIDERÚRGICA DE TUBARÃO Aparelho Relé bimetálico Fusível para voltimetro Fusível para comando Relé de proteção Segurança de sobretensão Termostato para aquecimento Transformador potencial Transformador de corrente Transformador de corrente auxiliar Voltímetro Fregquencimetro Voltimetro duplo Frequencimetro duplo Sincronoscópio Contator de hora/indicador de sequência de fases Amperimetro Wattimetro Medidor de potência reativa Cosifimetro Contator watt-hora Contator de potência reativa Armação de sinalização - desliga Armação de sinalização - liga Armação de sinalização - direita/esquerda Armação de sinalização - alarme Buzina Condensador Motor, transformador principal Autotransformador Transformador de comando Aquecedor Travamento de eletromagnético Combinação de aparelhos Circuito de comando C.A. Circuito de comando €.€. Circuito de medição, tensão, C.A. Circuito de medição, corrente, G.A. Fileira de bomes para AT e MT Fileira de bomes para BT SENAI Departamento Regional do Espírito Santo ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 41 3.2 – INTERTRAVAMENTO DE CONTATORES É um sistema elétrico ou mecânico destinado a evitar que dois ou mais contatores se fecham, acidentalmente, ao mesmo tempo provocando curto-circuito ou mudança de sequência de funcionamento de um determinado circuito. Figura 3.8 3.2.1 – Intertravamento Elétrico a) Por contatos auxiliares do contator : Neste processo é inserido um contator auxiliar tipo “NF” (normalmente fechado) de um contator do circuito de comando, que alimenta a bobina de outro controlador. Deste modo, faz-se com que o funcionamento de um dependa do outro ( figura 3.8). ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 42 b) Por botões conjugados : Neste processo, os botões são inseridos no circuito de comando de forma que, ao ser acionado para comandar um contator, haja a interrupção do outro ( botão b1, fechador(contato normalmente aberto - NA) de C1, conjugado com b1, abridor(NF) de C2 , e b2, fechador de C2, conjugado com b2, abridor de C1). OBS.: Quando possível, devem-se usar os dois processos ( a e b) de intertravamento. 3.2.2 – Intertravamento Mecânico por balancim Neste processo é colocado nos contatores um dispositivo mecânico, composto por um apoio e uma régua ( balancim) . Esse balancim faz intertravamento dos contatores. Quando um contator é acionado, atua sobre um extremo de régua, fazendo com que a outra extremidade impeça o acionamento do outro contator. Este processo é muito usado, quando a corrente é bastante elevada e há possibilidade de soldagem dos contatos. Figura 3.9 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 45 Como exemplo, nas figuras 3.11 e 3.12 temos a ligação estrela-triângulo de um motor, com cargas diferentes, apresentando dados comparativos em % pelas curvas de corrente e conjugados. Na figura 3.11 temos um alto conjugado resistente MR. Se a partida for em Y, o motor acelerará a carga até a velocidade ny, ou aproximadamente 85% da rotação nominal. Nesse ponto, a chave deverá ser ligada em ∆. Acontece nesse caso que a corrente, que era aproximadamente a nominal, ou seja, 100%, passa repentinamente para 300%, o que não é nenhuma vantagem, uma vez que na partida a corrente era somente 170 %. Na figura 3.12, temos o motor com as mesmas características, porém o momento resistente MR é bem menor. Na ligação Y, o motor acelera a carga até 95% da rotação nominal. Quando a chave é ligada em ∆, a corrente, que era aproximadamente 60 %, sobe para 190 %, ou seja, praticamente igual à da partida em Y. Nesse caso, a ligação estrela-triângulo apresenta vantagem, porque, se fosse ligado direto, absorveria na rede 500% da corrente nominal. A chave estrela-triângulo em geral só pode ser empregada em partidas de máquinas a vazio, isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido 95% da rotação nominal, a carga poderá ser ligada. O exemplo típico acima pode ser de um grande compressor. Na figura 3.11, seria partida com carga, isto é, assim que começa a girar, ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 46 a máquina já comprime o ar, mas geralmente isso não acontece. Os compressores partem a vazio, isto é, com todas as válvulas abertas (figura 3.12). Só quando atinge a rotação nominal, as válvulas se fecham, e a máquina começa a comprimir o ar. Partida com a chave compensadora Podemos usar a chave compensadora para dar partida em motores sob carga A chave compensadora reduz a corrente de partida, evitando uma sobrecarga na rede de alimentação, deixando, porém, o motor com um conjugado suficiente para a partida e aceleração. Figura 3.13 A tensão na chave compensadora é reduzida através de autotransformador, que possui normalmente “taps” de 65 a 80% da tensão nominal. Exemplo: Um motor ligado à rede de 220V absorve 100A. Se for ligado ao autotransformador no “tap” de 65%, a tensão aplicada nos bornes será de: U . 0,65 = 220 x 0,65 = 143V A corrente nos bornes do motor, em virtude da redução da tensão, é reduzida também em 65%: Im = I .0,65 = 100 x 0,65 = 65A. Como a potência em VA no primário do autotransformador é aproximadamente igual à do secundário, temos: VA no secundário = VA161003x65x143 = Para encontrarmos a corrente absorvida da linha, temos: A25,42 3x220 16100 3.U VAIL === O conjugado de partida é proporcional ao quadrado da tensão aplicada aos bornes do motor. No caso do exemplo anterior, é 0,65 x 0,65 = 0,42, ou seja, aproximadamente metade do conjugado nominal. No “tap” de 80% teríamos um conjugado de 0,8 x 0,8 = 0,64, ou seja, dois terços do conjugado nominal. A corrente seria: A648,0x808,0xII ML === ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 47 Partida rotórica É o sistema de partida de onde se utiliza um motor de rotor bobinado com reostato regulável. Esse motor apresenta elevado torque na partida em baixa velocidade. É de construção bem mais cara, porém, apresenta grandes vantagens, conforme a aplicação. Pelo gráfico (3.14) abaixo, podemos comparar o torque com resistências desse tipo de motor que possui características peculiares. Verificamos que a corrente de partida é aproximadamente 2 vezes a nominal (curva a) e que o torque é aproximadamente 240% do torque nominal (curva b). Pode partir, portanto, com baixa rotação e torque elevadíssimo. Figura 3.14 3.3.2 – Ligação de Motores Trifásicos de 6 terminais para tensão nominal de 220 ou 380V. • Ligação em triângulo para 220V Figura 3.15 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 50 3.3.5 – Ligação de Motores Monofásicos de fase auxiliar para tensão nominal de 110 ou 220V. • Ligação para 110V Figura 3.21 • Ligação para 220V Figura 3.22 3.4 – COMANDO DE UM CONTATOR POR BOTÕES OU CHAVE Comandar um contator é a ação que se executa ao acionar um botão abridor, botão fechador ou chave de pólo. Isto é feito para que a bobina do eletroimã seja alimentada e feche os contatos principais, ou perca a alimentação, abrindo-os. 3.4.1 – Sequência operacional Start: Estando sob tensão os bornes R, S e T ( figura 3.23 e 3.24), e apertando-se o botão b1 , a bobina do contator C1 será energizada. Esta ação faz fechar o contato de retenção C1, que manterá a bobina energizada; O s contatos principais de fecharão, e o motor funcionará. Stop : Para interromper o funcionamento do contator, pulsamos o botão b0; este abrirá, eliminando a alimentação da bobina, o que provocará a abertura de contato de retenção C1 e, consequentemente, dos contatos principais, e a partida do motor. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 51 Nota : Um contator pode ser comandado também por uma chave de um pólo (figura 3.25). Neste caso, eliminam-se os botões b0 , b1 e o contato de retenção C1, e introduz-se no circuito de comando a chave b1. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 52 Figura 3.25 3.5 – REVERSÃO DE ROTAÇÃO DE MOTOR TRIFÁSICO COM CONTATORES COMANDADOS POR BOTÕES A reversão do sentido de rotação de um motor trifásico é feita pela inversão de duas de suas fases de alimentação. Esse trabalho é realizado por dois contatores, comandados por 2 botões conjugados, cujo acionamento permite obter-se rotações no sentidos horário e anti-horário. 3.5.1 – Sequência operacional a) Ligação do motor em um sentido: (figuras 3.26 e 3.27). Estando sob tensão os bornes R, S e T e pulsando-se o botão conjugado b1, a bobina do contator C1 será alimentada, fechando o contato de retenção C1, o qual a mantém energizada. Permanecendo energizada a bobina do contator C1, haverá o fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor num sentido. b) Inversão do sentido de rotação de motor: Pulsando-se o botão conjugado b2, a bobina do contator C2 será alimentada, provocando o fechamento do contato de retenção C2, o qual mantém energizada. Permanecendo energizada a bobina do contator C2, haverá o fechamento dos contatos. Permanecendo energizada a bobina do contator C2, haverá o fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor no sentido inverso. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 55 Desenergizada a bobina C1, os contatos principais se abrem, cortando a alimentação do motor. b) inversão do sentido de movimento do dispositivo: Pulsando-se o botão conjugado b2, a bobina do contator C2 será alimentada, fechando o contato de retenção C2, o qual mantém energizada. Estando energizada a bobina de C2, haverá o fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor e do dispositivo da máquina, até que esta atinja o limite de “fim de curso”. Quando a chave de fim de curso for atingida, seu contato b4 se abrirá, desligando a bobina de C2. Desenergizada a bobina de C2, os contatos principais se abrem, cortando a alimentação do motor. 3.6.2 - Acionamento parcial do dispositivo Quando o motor está funcionando, pulsando-se o botão b0, para-se o movimento do dispositivo em qualquer ponto de percurso. A retomada do movimento no mesmo sentido ou no inverso é possível, pulsando-se os botões b1 ou b2. 3.6.3 - Segurança do sistema pelos botões conjugados Pulsando-se o botão conjugado b1 ou b2, são simultaneamente acionados os seus contatos abridor e fechador, de modo que o contato atue antes do fechador, proporcionando intertravamento mecânico. 3.6.4 - Segurança do sistema pelos contatos auxiliares Os contatos abridores C1 e C2 impossibilitam a energização de uma bobina, quando a outra está energizada. (Intertravamento elétrico). 3.7 – PARTIDA COM COMUTAÇÃO AUTOMÁTICA ESTRELA-TRIÂNGULO DE UM MOTOR É a partida executada automaticamente de um motor trifásico em Y, com comutação para ∆ ; feita por meio de 3 contatores comandados por botões. Este sistema de ligação é utilizado para reduzir a tensão de fase do motor( LLF V.58,03 VV == ) durante a partida. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 56 3.7.1 - Sequência operacional Partida do motor em estrela, estando C1, C2 e C3 desligados (figuras 3.30 e 3.31). Estando sob tensão os bornes R, S e T, e pulsando-se o botão b1, a bobina do contator C2 e o relé temporizador d1 serão alimentados, fechando o contato de retenção de C2 que mantêm energizadas as bobinas dos contatores C1 e C2, respectivamente, e o relé temporizador d1. Permanecendo energizadas as bobinas dos contatores C2 e C1, haverá o fechamento dos contatos principais e, consequentemente, o acionamento do motor em estrela. Decorrido o tempo para o qual foi ajustado o relé temporizador d1, este opera, desligando o contato abridor d1, que desenergizará a bobina do contator C2, acarretando a abertura de seus contatos principais. Estando desenergizada a bobina C2, o contato abridor C2 (31 - 32) retorna, energizando a bobina C3, que acionará o motor em triângulo. 3.7.2 – Parada do motor Estando o motor funcionando em triângulo e pulsando-se o botão b0, interrompe-se a energização da bobina C1, que abrirá os contatos C1 ( 13-14) e C1 (23 –24), interrompendo a corrente da bobina C3. Consequentemente, o motor ficará energizado. 3.7.3 – Segurança do sistema Estando o motor em marcha na ligação triângulo, o contato C3 (31-32) fica aberto, impedindo a energização acidental da bobina C2. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 57 3.8 – PARTIDA AUTOMÁTICA DO MOTOR TRIFÁSICO COM AUTOTRANSFORMADOR A partida automática com autotransformador permite que o motor inicie seu funcionamento com tensão reduzida e, após um tempo determinado, passe automaticamente à plena tensão. Tem sobre a partida manual estas vantagens : - Não exige esforço físico do operador; - Permite comando à distância; - A comutação da tensão reduzida para tensão realiza-se no tempo previsto e ajustado, independente da ação do operador. Figura 3. 32 Figura 3.33 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 60 4° estágio de partida: Decorrido o tempo ajustado para d1, ocorre a sua operação, e seu contato d1 (15 - 18) se fecha, alimentando C13, que permanece energizado por seu contato de retenção, e abre o contato de C13 (41 - 42), que volta os demais à condição inicial. Energizando C13, seus contatos principais fecham-se, o resistor r3 é eliminado, e o rotor é curto-circuitado. 3. 10 – PARTIDA CONSECUTIVA DE MOTORES COM RELÉS TEMPORIZADOS É um sistema de comando automático que permite a partida de 2 ou mais motores, obedecendo a uma sequência preestabelecida. Os intervalos de tempo entre as sucessivas partidas são determinados pela regulagem de relés temporizados ( figuras 3.36 e 3.37). SENAI ESEST cOMPANHA “= SIDERÚRGICA DE TUBARÃO Espírito Santo R 3v60 Hz 220V Dlogramo do circuito principal s T N «Da to eso sapo Figura 3.36 2-60H220V Diagrama do circuito de comando R ta bons! 2 , 3 ta da da | “os amos I3 23 13 “ipa tag Estia gl It tt IL 5 fiz ow Checa Tha 8a a c q d c d c. c: A ep a es ef % ESG b b s—= toz . Figura 3.37 SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 61 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 62 3.10.1 – Sequência operacional Pulsando-se b1 , o contator C1 e o relé d1 são energizados e o motor m1 parte. Decorrido o tempo ajustado para d1, este energiza C2 e d2 e o motor m2 parte. Decorrido o tempo ajustado para d2, este energiza C3 e d3 e o motor m3 parte. Após o tempo ajustado para d3, este energiza C4, dando a partida a m4 , último motor de sequência. Se houvesse mais motores, o processo continuaria de forma idêntica. 3.11 – PARTIDA AUTOMÁTICA E FRENAGEM ELETROMAGNÉTICA DE MOTOR TRIFÁSICO NOS DOIS SENTIDOS DE ROTAÇÃO É um sistema de comando elétrico que permite a partida automática, a troca de sentido de rotação e a frenagem eletromagnética por corrente retificada (figuras 3.38 e 3.39). 3.11.1 – Sequência operacional Partida e rotação no sentido anti-horário : Pulsando-se b1, energiza-se C1. O motor será ligado e girará no sentido anti-horário. Obs.: É imprescindível que o motor esteja parado para que se possa dar partida no sentido desejado. Partida no sentido anti-horário :Pulsando-se b2, energiza-se C2. O motor será ligado no sentido anti-horário. Frenagem : Estando o motor girando num sentido ou noutro, pulsando-se b0, desenergiza-se C1 ou C2, energiza-se C3 e C4 e o motor é frenado. C1 e C2 se intertravam. C3 e C4 travam C1 e C2. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 65 2a. Geração : Aparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão dependentes do hardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um “Programa Monitor “ no PLC , o qual converte ( no jargão técnico ,Compila), as instruções do programa , verifica o estado das entradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera o estados das saídas. Os Terminais de Programação ( ou Maletas, como eram conhecidas ) eram na verdade Programadores de Memória EPROM . As memórias depois de programadas eram colocadas no PLC para que o programa do usuário fosse executado. 3a. Geração : Os PLC’s passam a ter uma Entrada de Programação, onde um Teclado ou Programador Portátil é conectado, podendo alterar, apagar , gravar o programa do usuário, além de realizar testes ( Debug ) no equipamento e no programa. A estrutura física também sofre alterações sendo a tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks. 4a. Geração : Com a popularização e a diminuição dos preços dos micro - computadores (normalmente clones do IBM PC ), os PLCs passaram a incluir uma entrada para a comunicação serial. Com o auxílio do microcomputadores a tarefa de programação passou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilização de várias representações das linguagens , possibilidade de simulações e testes , treinamento e ajuda por parte do software de programação, possibilidade de armazenamento de vários programas no micro, etc. 5a. Geração : Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicação para os PLCs, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse” com o equipamento outro fabricante, não só PLCs , como Controladores de Processos, Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação e etc., proporcionando uma integração afim de facilitar a automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada Globalização. Existe uma Fundação Mundial para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicação. 4.2 - INTRODUÇÃO DA TECNOLOGIA DE CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS – PLC’s 4.2.1- Hard Logic para Soft Logic a) Hard Logic Quando se elabora uma sequência de controle utilizando os relés convencionais e/ou módulos lógicos de estado sólido, a lógica do sistema será de acordo com a fiação executada entre esses dispositivos, sendo que a sequência de controle é do tipo hard wired logic” ou simplesmente “hard logic” (lógica de interligação dos dispositivos por meio de fiação elétrica). A alteração na lógica significa realizar alterações na fiação. Dessa forma existem diversos pontos deficientes, enumerados a seguir: 1. Problemas relacionados ao projeto e fabricação: A elaboração do diagrama da sequência depende, na maioria dos casos, da capacidade ou ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 66 experiência pessoal do indivíduo. Assim, além do diagrama de sequência propriamente dito, outros inúmeros serviços relacionados, como diagrama de fiação entre os componentes, lay- out dos componentes, determinação das espécies de fios e cabos e outros, têm que ser projetados. Por outro lado, quando se deseja introduzir alterações do sistema já pronto, tem-se que efetuar adição e/ou deslocamento de componentes e da fiação, acarretando um alto custo com relação ao tempo e à mão-de-obra. 2. Problemas relativos à operação experimental e ajustes: Para efetuar a verificação no caso em que o projeto da sequência foi elaborado corretamente ou as fiações foram executadas conforme o projeto, é necessário efetuar testes de continuidade, utilizando aparelhos de testes apropriados. Além disso, nos ajustes de campo com a sequência acoplada às partes mecânicas há a necessidade de assistência e orientação de técnicos de grande experiência. 3. Problemas relativos à instalação, montagem e manutenção: Como o hard logic toma um espaço muito grande, encontra-se normalmente dificuldade no lay-out, além da necessidade de se efetuar a manutenção periódica das partes móveis (contatos, etc.) e, ainda, manter um estoque de peças sobressalentes considerando-se a vida útil das mesmas. 4. Problemas relativos à função: Como existe um limite de tempo para acionamento dos relés, o hard logic não é indicado para equipamentos que requerem alta velocidade de controle. Além disso, torna-se extremamente difícil o controle de um sistema com hard logic quando o mesmo necessita de memorização temporária, processamento e comparação de valores numéricos. b) Soft Logic O computador nada poderá fazer se for constituído apenas por “hardware”. As suas funções serão ativadas somente quando houver um programa denominado “software”. Os computadores, através de programas ou software, podem realizar cálculos das folhas de pagamentos, assim como, cálculos de equações das mais complexas. Isto significa que, com um mesmo hardware, a lógica poderá ser alterada através de um software denominado programa. Ou seja, a lógica do computador é um “soft logic”. Aplicando o mesmo raciocínio de controle sequencial, pode-se dizer que as fiações que compõem a lógica do circuito de relés, poderão ser substituídas pelo software, denomina-se soft wired logic” (lógica de interligação dos dispositivos por meio de programas). Para realizar o controle sequencial através do soft Iogic, ter-se-á que dotar o hardware de um dispositivo de memória, tal qual no computador, e nele armazenar uma série de programas. Esses equipamentos que objetivam o controle sequencial, são denominados “Stored Program System Controller” ou “Programmable Controller’ (PLC) - Controlador Programável, ou ainda, abreviadamente, “PLC”. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 67 c) Significado da lógica por software O fato de se transformar a lógica da sequência em software significa que as atribuições das fiações do hard logic serão executadas pelo soft logic. Por conseguinte, o hardware poderá ser constituído por um equipamento standard. Isso foi possível através da padronização do controle sequencial, solucionando uma grande parte dos problemas que existiam tradicionalmente nos painéis de relés, além de possibilitar a promoção da automação e racionalização em níveis cada vez mais elevados. Na tabela 4.1, indica-se a comparação entre o tradicional painel de relés e o PLC e verifica-se que, em praticamente todos os aspectos, o PLC apresenta-se com maiores vantagens. Dessa forma, com a introdução da tecnologia de computação, surgiu o controlador programável, proporcionando uma evolução excepcional no controle sequencial. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 70 4.2.3 - Evolução do Controle Sequencial O controle sequencial evoluiu de painel de relés para o método de programa armazenado. No período inicial, o método de programa armazenado partiu do método ‘discreto” com circuitos transistorizados e, em termos de funções não passava de simples substituição dos painéis de relés. Contudo, ultimamente, com o advento do microcomputador que surgiu da tecnologia do LSI (Large Scale Integration - Integração de Grande Capacidade), foram adicionadas as funções que não havia nos painéis de relés, como cálculo comparativo, computação e outros. Além disso, esse método não se restringe apenas ao controle sequencial, sendo utilizado, por exemplo, no controle digital a realimentação (feed-back) e, assim, tendo a sua utilização ampliada para o controle de uma forma global. O microprocessador é excelente para essas funções e pode-se dizer que o controle sequencial está passando da fase do PLC de simples substituição de painéis de relés (primeira geração) para o PLC de alto nível (segunda geração). 4.3- ARQUITETURA DO CONTROLADOR PROGRAMAVEL 4.3.1 - Constituição Geral, Princípio de funcionamento e Operação a) Constituição geral Como o controlador programável - PLC - será instalado na estação de trabalho da linha de produção para operação e controle de equipamentos, dispositivos e máquinas, o mesmo é constituído com robustez para resistir às condições desfavoráveis de um local de produção, como vibração, ruídos, partículas em suspensão. etc., além da facilidade na sua manipulação. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 71 Outro aspecto e a sua composição, que é executada de tal forma que possibilite a utilização através de combinações mais adequadas, selecionando a escala e funções segundo o objeto de controle. Indica-se na figura 4.1 a constituição de um PLC. Assim, tem-se a CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento), que corresponde ao cérebro humano, as unidades de entradas e saídas para intercâmbio de sinais entre os equipamentos, dispositivos e máquinas, a fonte para fornecimento de energia elétrica, além dos equipamentos periféricos para incrementar a operacionalidade do PLC. Figura 4.1 – Constituição fundamental de um PC b) Princípio de Funcionamento - Diagrama em Blocos Figura 4.2 – Diagrama em Blocos do Funcionamento de um PLC ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 72 Inicialização No momento em que é ligado o PLC executa uma série de operações pré – programadas, gravadas em seu Programa Monitor : - Verifica o funcionamento eletrônico da C.P.U. , memórias e circuitos auxiliares; - Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados; - Verifica o estado das chaves principais ( RUN / STOP , PROG, etc. ); - Desativa todas as saídas; - Verifica a existência de um programa de usuário; - Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe. Verificar Estado das Entradas O PLC lê o estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura ( Scan ) e normalmente é de alguns micro – segundos ( scan time ). Transferir para a Memória Após o Ciclo de Varredura, o PLC armazena os resultados obtidos em uma região de memória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe este nome por ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo PLC no decorrer do processamento do programa do usuário. Comparar com o Programa do Usuário O PLC ao executar o programa do usuário , após consultar a Memória Imagem das Entradas , atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa. Atualizar o Estado das Saídas O PLC escreve o valor contido na Memória das Saídas , atualizando as interfaces ou módulos de saída. Inicia – se então, um novo ciclo de varredura. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 75 Circuitos Auxiliares São circuitos responsáveis para atuar em casos de falha do PLC. Alguns deles são : - POWER ON RESET : Quando se energiza um equipamento eletrônico digital, não é possível prever o estado lógico dos circuitos internos. Para que não ocorra um acionamento indevido de uma saída , que pode causar um acidente , existe um circuito encarregado de desligar as saídas no instante em que se energiza o equipamento. Assim que o microprocessador assume o controle do equipamento esse circuito é desabilitado. - POWER–DOWN: O caso inverso ocorre quando um equipamento é subitamente desenergizado . O conteúdo das memórias pode ser perdido. Existe um circuito responsável por monitorar a tensão de alimentação, e em caso do valor desta cair abaixo de um limite pré – determinado, o circuito é acionado interrompendo o processamento para avisar o microprocessador e armazenar o conteúdo das memórias em tempo hábil. - WATCH-DOG – TIMER : Para garantir no caso de falha do microprocessador , o programa não entre em “ loop” , o que seria um desastre, existe um circuito denominado “Cão de Guarda “ , que deve ser acionado em intervalos de tempo pré – determinados . Caso não seja acionado , ele assume o controle do circuito sinalizando um falha geral. Módulos ou Interfaces de Entrada : São circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para que possa ser processado pela CPU ( ou microprocessador ) do PLC . Temos dois tipos básicos de entrada: as digitais e as analógicas. Entradas Digitais São aquelas que possuem apenas dois estados possíveis, ligado ou desligado , e alguns dos exemplos de dispositivos que podem ser ligados a elas são : - Botoeiras; - Chaves ( ou micro ) fim de curso; - Sensores de proximidade indutivos ou capacitivos; - Chaves comutadoras; - Termostatos; - Pressostatos; - Controle de nível ( bóia );Etc. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 76 As entradas digitais podem ser construídas para operarem em corrente contínua ( 24 Vcc ) ou em corrente alternada ( 110 ou 220 Vca ). Podem ser também do tipo N ( NPN ) ou do tipo P(PNP ). No caso do tipo N , é necessário fornecer o potencial negativo ( terra ou neutro ) da fonte de alimentação ao borne de entrada para que a mesma seja ativada. No caso do tipo P é necessário fornecer o potencial positivo ( fase ) ao borne de entrada. Em qualquer dos tipos é de praxe existir uma isolação galvânica entre o circuito de entrada e a CPU. Esta isolação é feita normalmente através de optoacopladores. As entradas de 24 Vcc são utilizadas quando a distância entre os dispositivos de entrada e o PLC não excedam 50 m. Caso contrário , o nível de ruído pode provocar disparos acidentais. Exemplo de circuito de entrada digital 24 Vcc Figura 4.3 – Entrada Digital 24Vcc Exemplo de circuito de entrada digital 110 / 220 Vca : Figura 4.4 – Entrada Digital 110/220 Vca ENTRADA 24 VCC CPU C.P.U.110/220 ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 77 Entradas Analógicas As Interfaces de Entrada Analógica , permitem que o PLC possa manipular grandezas analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As grandezas analógicas elétricas tratadas por estes módulos são normalmente tensão e corrente. No caso de tensão as faixas de utilização são : 0 á 10 Vcc, 0 á 5 Vcc, 1 á 5 Vcc, -5 á +5 Vcc, -10 á +10 Vcc ( no caso as interfaces que permitem entradas positivas e negativas são chamadas de Entradas Diferenciais), e no caso de corrente, as faixas utilizadas são : 0 á 20 mA , 4 á 20 mA. Os principais dispositivos utilizados com as entradas analógicas são : - Sensores de pressão manométrica; - Sensores de pressão mecânica ( strain gauges - utilizados em células de carga ); - Taco-geradores para medição rotação de eixos; - Transmissores de temperatura; - Transmissores de umidade relativa; - Etc. Uma informação importante a respeito das entradas analógicas é a sua resolução. Esta é normalmente medida em Bits. Uma entrada analógica com um maior número de bits permite uma melhor representação da grandeza analógica. Por exemplo : Uma placa de entrada analógica de 0 á 10 VCC com uma resolução de 8 bits permite uma sensibilidade de 39,2 mV, enquanto que a mesma faixa em uma entrada de 12 bits permite uma sensibilidade de 2,4 mV e uma de 16 bits permite uma sensibilidade de 0,2 mV. Exemplo de um circuito de entrada analógico : Figura 4.5 – Entrada Analógica C.P.U. ENTRADA ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 80 Exemplo de circuito de saída analógico : Figura 4.9 – Saída Analógica Existem também módulos de saída especiais. Alguns exemplos são : - Módulos P.W.M. para controle de motores C.C.; - Módulos para controle de Servomotores; - Módulos para controle de Motores de Passo ( Step Motor ); - Módulos para I.H.M. ( Interface Homem Máquina ); - Etc. 4.3.3 - Auto-avaliação de Defeitos O PLC é o centro nervoso do sistema, de sorte que, se ocorrer alguma falha no mesmo, poderá causar erro na execução do programa, colocando em risco todo o sistema sob controle. Assim sendo, quando ocorrer alguma falha no sistema do PLC, é muito importante identificar rapidamente a localização do defeito, se é interno ou externo ao PLC. Caso o defeito for interno, verificar se é no hardware ou no software; se não ruídos, etc. Para fazer frente a esses problemas, formam-se diversas providências, como, por exemplo, a elaboração de programa do sistema que permite descobrir facilmente os defeitos, mesmo sendo no próprio sistema do PLC. A função de auto-avaliação de defeitos é muito importante como meio de prevenção de falhas, reduzindo significantemente o tempo inativo (Down time). Através dessa função, o próprio PLC faz a avaliação do defeito que tenha ocorrido no hardware, indicando o local avariado. Dessa forma, descobre-se o local defeituoso, permitindo então uma rápida restauração do sistema. 8 bits ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 81 O exemplo constante da tabela 4.5 refere-se a um modelo de auto-avaliação de defeitos, apresentado normalmente pelos fabricantes. Isto é, no que se refere à unidade de computação, existem: verificador de processamento e computação, que faz executar um programa de processamento modelo e compara o seu resultado com um valor correto existente; o watch dog timer, que faz a verificação quanto ao congestionamento do processamento e computação; e, também, o verificador de programas, que efetua a checagem dos erros de determinação de endereços, erros de sintaxe, erro de estrutura de circuito programado, etc. Na unidade de memória, por exemplo, existe o verificador de paridade que, acessado o conteúdo da memória tipo RAM, verifica se a quantidade de números “1’ existente em cada endereço se encontra permanentemente ordenada em número ímpar (ou par). Quando o sistema utiliza memória tipo ROM. devido às suas características, não se utiliza o método de verificação de paridade e sim o chamado verificador de soma total de memória (Sum check), que soma os dados de cada endereço de memória, gravando o valor total no último endereço, desconsiderando OVERFLOW. Desta forma, quando em operação, pode-se verificar se a comunicação entre a CPU e a unidade de memória tipo ROM está correta, somando-se os dados de cada endereço e comparando a soma total com o valor gravado no último endereço. Para as unidades de entrada/saída, existe o verificador de barramento (bus check), que efetua a verificação da paridade dos barramentos entre a CPU e unidade E/S e também o sistema duplo de verificação (dual system), que, dobrando cada circuito de entrada, faz a comparação de ambos os dados de entrada para a verificação da coincidência (este tipo é utilizado em sistemas onde se exige grande segurança e alta confiabilidade). Na fonte de energia, existem os sistemas de anunciadores de alarme, que informam anormalidades como sobretensão, sobrecorrente, elevação de temperatura e outros. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 82 4.4 – PROGRAMAÇÃO DE PLC’S 4.4.1 - Considerações sobre programação e métodos de programação a) Considerações sobre programação Quando se deseja efetuar o controle de aparelhos, dispositivos e máquinas através de um PLC, é necessário que o conteúdo de controle seja previamente gravado na unidade de memória do PLC. Assim, o controlador programável executará fielmente o controle das máquinas e dispositivos, conforme a instrução do conteúdo de controle. Por exemplo, mesmo que se deseje gravar uma instrução de controle, como “A lâmpada h deverá acender-se somente quando as botoeiras b0 e b1 estiverem pressionadas ao mesmo tempo”, como o PLC não entende a linguagem humana de uso cotidiano, a gravação terá que ser efetuada com termos compreensíveis pelas máquinas. Assim, denomina-se “programa a frase escrita segundo uma sequência definida, observando rigorosamente uma determinada regra com os termos que podem ser compreendidos pelas máquinas, e “programação”, a elaboração desse programa e a subsequente gravação do mesmo na memória. b) Métodos de programação Na comunicação entre homens existe o português, o inglês, e assim por diante. Do mesmo modo, para a comunicação com PC’s, existem diversos tipos de linguagem de acordo com o fabricante e o modelo do equipamento. Em geral, os usuários dos PLCs são pessoas treinadas para a utilização de máquinas e equipamentos, manipulação de circuitos elétricos, etc. Assim, foram idealizadas diversas linguagens de programação para que fossem acessíveis para essas pessoas. Classificando essas linguagens, tem-se : método de diagrama de circuitos, que consiste em transformar diagrama de circuito elétrico em linguagem de programação; método de diagrama funcional, no qual programam-se os movimentos ou operação da máquina ao PLC. Figura 4.10 – Métodos de programação ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 85 Fig. 4.12 – Exemplo de programa com o método de diagrama funcional. O método sequencial é um método dos mais simples em termos de diagrama de tempo e é indicado para manipulação do programa do tipo em que a operação global de controle é dividida em pequenas etapas em uma determinada sequência; por exemplo: se a operação contida no 1° passo for encerrada, passará para o 2° passo e assim sucessivamente. Esse método surgiu como substituto ao do tipo came rotativo e quadro de controle perfurado (pin board), que eram destinados ao controle de programas de pequeno porte. Contudo, trata-se de método dotado de função de alto nível, utilizando as características como salto (jump), repetição, temporizador, contador e armazenamento de programas. 4.4.2 - Sequência para PLC’s Como o PLC surgiu inicialmente em substituição aos painéis de relés, o método de programação foi baseado principalmente nos circuitos a relés (doravante será designado sequência de relés) e, assim, utiliza-se com maior intensidade o método de diagrama de circuitos. Além disso, dentro do método de diagrama de circuitos, os mais adotados são o de equação lógica, que proporciona grande facilidade na representação de circuito a relés, e o de diagrama ladder. Assim, no presente item, será efetuada a explanação sobre o procedimento para programação, fundamentando-se nesses dois métodos. a) Significado de sequência para PLC Por princípio, a parte interna de um controlador programável é uma concentração de componentes eletrônicos como o LSI (Large Scale lntegration), de sorte que não há bobinas e contatos como no caso dos circuitos a relés, e, além disso, as fiações que unem os contatos’ com as “bobinas”, são processadas pelo software. Por outro lado, em se tratando de acionamento, o PLC é completamente diferente da sequência de relés, onde, com a excitação da bobina, ocorre o fechamento de um contato com a ativação do circuito. No caso do PC, trata-se do método em que se faz a exploração (scanning) periódica da memória com uma ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 86 frequência determinada e, procedendo a leitura do seu conteúdo, executa a operação conforme determinado pelo mesmo. Portanto, quando se for elaborar o programa da sequência para o PLC, ter-se-á que levar esse fato em conta. Por outro lado, ao se utilizar a sequência elaborada, tendo em mente a ação dos relés, será necessário introduzir no PLC algumas adaptações. Os programas para PLC assim elaborados serão doravante denominados “sequência para PLC”. b) Considerações sobre sequência para PLC Na elaboração de sequência para PLC, o primeiro item a ser considerado é a diferença de função proveniente da diferença de principio de funcionamento. (1 ) O controle do PLC é do tipo processamento linear ou seriado. Conforme explanado anteriormente, como o PLC executa a computação pelo método de exploração, se tomar um instante qualquer durante o seu processamento, observa-se que o mesmo estará executando apenas uma tarefa. (2) Limitação no que se refere ao número de contatos a serem utilizados. Para cada relé, normalmente há uma limitação no número de contatos que esse poderá possuir. Para tanto, quando se elabora uma sequência de relés, procura-se economizar o número de contatos, para reduzir o número de relés a serem utilizados. Em relação a isso, o sinal de entrada do PLC, uma vez tendo sido introduzido, pode ser utilizado inúmeras vezes dentro da sequência, e o próprio sinal de saída também poderá ser utilizado inúmeras vezes. Portanto, a sequência poderá ser elaborada sem maiores problemas, não havendo necessidade de se preocupar com o número de contatos como no caso da sequência de relés. (3) Circuito de interligação e circuitos em ponte No circuito a relés, há casos em que inesperadamente ocorre algum desvio e ocasiona erro de operação. Além disso, com o intuito de economizar o número de contatos, pode-se montar circuitos em ponte. Na sequência para PLC, um mesmo contato poderá ser utilizado ilimitadamente. Assim, no PLC não haverá necessidade de utilizar esses circuitos perigosos, que poderão tornar-se causadores de erros, ou outras técnicas mais complexas. Portanto, ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 87 utilizando ilimitadamente os contatos, pode-se elaborar sequências simples e de fácil compreensão. 4.4.3 - Sequência de Programação O programa deverá ser elaborado obedecendo a seguinte rotina: - distribuição das entradas e saídas; - elaboração do diagrama de conexão de entradas e saídas; - elaboração da sequência para PLC; - distribuição das saídas internas, temporizadas e contadores; - codificação (coding) e carregamento (loading) a) Distribuição das entradas e saídas Inicialmente, deve-se classificar o número dos equipamentos externos que serão conectados às unidades de entradas e saídas e, efetuando uma nova classificação, de acordo com as especificações elétricas, deve-se definir a quantidade de módulos de entradas e saídas necessárias. No que se refere aos módulos de E/S, geralmente cada módulo pode controlar 8 ou 16 pontos dos equipamentos externos. Assim, deve-se dividir o total de pontos a serem controlados pelo número de pontos de cada módulo e, definir a quantidade de módulos de entradas e saídas. Assim que a quantidade de módulos E/S for definida, deve-se definir o seu lay-out. Para tanto, é necessário distribuir os módulos nas posições que facilitam a execução da fiação dos equipamentos externos. Existem inúmeros equipamentos que são conectados como elementos de entradas e saídas e assim, no diagrama de circuito elétrico, os mesmos são normalmente identificados com abreviaturas como b0 (botoeira), VS (válvula solenóide), etc. Entretanto, essas abreviaturas adotadas são incompreensíveis para os PLC’s. As únicas palavras compreensíveis para os PLC’s são os números específicos atribuídos aos seus terminais de entrada e saída. Assim, os equipamentos representados pelas abreviaturas (b0, VS, etc.) são identificados pelos números dos terminais onde serão conectados, para que o controlador programável possa identificá-los. Por exemplo, na tabela 4.7, distribuíram-se os módulos de entrada de n° 100 e os de saídas na de n° 300 e fez-se, a seguir, a distribuição dos equipamentos externos em cada um dos números (terminais) de entradas e saídas correspondentes. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 90 Figura 4.16 – Rotina para elaboração da sequência lógica 1) Deve-se extrair os elementos do programa de tal forma que permaneçam uma bobina e o bloco de contatos a ela conectados. 2) A fiação de conexão série entre os contatos, ou entre os contatos e o circuito paralelo, deve ser substituída pelo símbolo “.” que significa “AND” (E). 3) A fiação da parte inicial do circuito paralelo deve ser substituída pelo símbolo “(“ (abertura de parênteses). 4) O circuito paralelo deve ser substituído pelo símbolo “+”, que significa “OR” (OU). 5) A fiação na parte final do circuito paralelo deve ser substituída pelo símbolo “)” (fechamento de parênteses). 6) A fiação à bobina deve ser substituída pelo símbolo “=”. 7) Como o terminal de número 100 é do tipo contato abridor (NF), então, invertendo a entrada 100, obtém-se 100 e assim o programa será: 100. (101 + 300) = 300. Na sequência descrita, todas as fiações foram substituídas por instruções. A sequência lógica representada pelas instruções AND “.“, OR “+” e IGUAL “=” será compreensível pelo PLC e esse será o seu programa. d) Distribuição das saídas internas, temporizadores e contadores No PLC existem as unidades de entrada e saída que realizam o intercâmbio de sinais entre os equipamentos externos. Contudo, dentre os sinais de saídas, existem aqueles que, embora não sejam enviados para fora do equipamento, são mantidos armazenados temporariamente para efeito de controle. Esta é a função dos relés auxiliares na sequência de controle de relés, sendo ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 91 estes denominados saídas internas. Trata-se de modelos padrões que são utilizados nas diversas partes da sequência de relés, que, agrupados, recebem o tratamento como se fossem saídas provisórias, equivalentes aos relés auxiliares num circuito de relés. Em relação a isso, há casos em que se denominam as saídas normais como sendo “saídas externas” apenas para efeito de diferenciação. Durante a elaboração do diagrama de sequência, deve-se atribuir números correspondentes às saídas internas, temporizadores e contadores. Por exemplo, como no caso da tabela 4.8, deve- se efetuar a distribuição de números como segue: ZO, Z1, Z2, ... para saídas internas, TD para temporizador com retardo na energização (ON DELAY TIMER), TF para temporizador com retardo na desenergização (0FF DELAY TIMER), CU para contador (COUNTER) e assim sucessivamente. Com relação ao método das saídas internas, temporizadores e contadores, observam-se diferenças de acordo com os fabricantes de PLC. Assim sendo, é necessário compreender suficientemente o seu método, através da leitura do seu manual de instruções. e) Codificação e carregamento Assim que o programa for elaborado, deve-se então armazená-lo na memória do usuário. inicialmente, conforme se observa na figura 4.17, deve-se efetuar a codificação a fim de saber a partir de qual endereço de memória o programa será armazenado e quantos endereços (palavras de memória) serão utilizados para o armazenamento. Essa atividade de “distribuição dos endereços de memória”, e ao papel utilizado para a distribuição é denominado “folha de codificação”. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 92 Figura 4.17 – Exemplo de programação A atividade de gravar o programa na memória utilizando os equipamentos periféricos denomina-se carregamento (loading). Para realizar o carregamento, deve-se inicialmente ativar os endereços de memória. Essa operação deve ser efetuada apenas na primeira vez, pois, posteriormente, ocorrerá o avanço automático, palavra por palavra de memória. A seguir, deve-se efetuar o carregamento do programa passo a passo, certificando-se de que não há erro de programação nos mesmos. Quando se for efetuar o carregamento pelo método de diagrama ladder, pelo fato do diagrama de sequência ser indicado no display por unidade de circuito, não há necessidade de se efetuar a codificação, isto é, pode-se executar o carregamento direto a partir da sequência para PLC. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 95 Figura 5.2 – Multiplexador com entrada em linha comum O multiplexador ao ser acessado por uma entrada do decodificador fecha a chave correspondente transferindo o sinal do canal respectivo para o próximo estágio do DAS. 5.2.3 - Amplificador A maioria dos sistemas de aquisição de dados incluem amplificador de ganho ajustável que possibilita ao usuário a possibilidade de compensação do nível do sinal de entrada. O conversor analógico-digital ( ADC) é usualmente projetado para trabalhar numa faixa de entrada unipolar ou bipolar tal que o nível do sinal de entrada possa variar na faixa de 0 a 5 volts. O ganho do amplificador tem como objetivo assegurar que o sinal de entrada se situe nessa faixa. Se houver uma grande diferença entre os níveis dos diversos sinais de entrada, condicionadores de sinal poderão ser empregados numa posição anterior ao DAS. 5.2.4 - Conversor analógico-digital (ADC) É evidente que uma das partes do DAS mais importante é o conversor analógico-digital. O conversor converte a faixa do sinal de tensão ( 0 ~ 5V) recebida da unidade anterior. Usualmente, o conversor pode ser configurado para receber entrada uni ou bipolares. Eles possuem normalmente os recursos de ajustes de off-set e de fim de faixa. Observações Adicionais Existem inúmeros fatores que devem ser considerados quando emprega-se um DAS, entre eles salienta-se: ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 96 a) Sample and Hold (amostragem e retenção) Ao se utilizar um DAS deve-se levar em conta o fato de que os sinais de entrada podem variar rapidamente se as variações são tão rápidas que o sinal mude de valor no intervalo de tempo de conversão,o dispositivo Sample and Hold deve ser usado nos canais de entrada correspondentes para manter o valor do sinal durante a conversão. Esse incremento, por sua vez, faz com que o programa (software) tenha comandos para o módulo Sample and Hold tornando mais complexo o programa. b) Compatibilidade com o computador Na maioria dos casos o módulo de dados é destinado a trabalhar com um modelo ou tipo de computador apenas. Essa é uma particularidade dos computadores baseados em microprocessador onde a arquitetura varia de acordo com a família dos mesmos. Assim é necessário selecionar o módulo de dados compatível com a entrada/saída característica do computador. c) Programação do hardware Muitos módulos de dados propiciam ao usuário o seu uso em operações de entrada ou saída de dados. Essas opções incluem as operações uni ou bipolares, seleção de endereços, ganho do amplificador, etc. As opções são tipicamente selecionadas por JUMPS entre os pinos do módulo ou por acréscimo de resistores recomendados no manual de especificação do módulo. d) Programação do software Outra importante característica ou propriedade da interface entrada/saída são as rotinas de software que são usadas nos módulos de dados. Essas rotinas precisam ser compatíveis com a programação do hardware e com as características do módulo. Os programas poderão incluir intervalos de tempo de atraso para permitir que o conversor ADC complete, por exemplo, a conversão dos dados. e) Tempo de resposta genérico Um sistema de aquisição de dados não permite que a conversão dos dados de um canal de entrada se faça no instante em que ocorre seleção, isto é, há um atraso entre os momentos de aquisição de dados pelo multiplexador, o acesso ao valor dos dados no canal de entrada pelo amplificador e o tempo de performance da operação de conversão descrita no tópico anterior, (Conversor Analógico –Digital - ADC). Esse tempo é importante e deve ser considerado na determinação da taxa máxima de amostragem do DAS. O tempo pode variar entre dezenas a centenas de microsegundos dependendo do número de bits convertido, ganho do amplificador e da velocidade de chaveamento do sinal. 5.2.5 – “DAS” como uma das arquiteturas de sistemas digitais Uma das primeiras aplicações de computadores digitais em processo industriais foi a aquisição e tratamento de dados e o fornecimento de informações sobre as variáveis do processo em tempo real. Nesses sistemas as variáveis chegam à bornes dos armários de entrada e saída sob a forma de grandezas elétricas analógicas e digitais, ou seja, sinais de 4 a ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 97 2O mA, tensão de 1 a 5V, 0 a 10V ou 0 50mV assim como contato fechado e aberto. Estas informações são multiplexadas e são convertidas para valores digitais por um conversor analógico/digital. Este trabalho é feito pelas interfaces de entrada e saída do minicomputador, existentes para os diferentes níveis de sinal Os valores destas variáveis sofrem um tratamento no qual são comparados com valores limites para validação, transformados em unidades de engenharia, comparados com limites de alarme alto e baixo e armazenados para posterior processamento, que pode envolver cálculos de performance, balanços de materiais e de energia, acumulações, médias, processamento estatístico e outros. Estes sistemas apresentam inúmeras vantagens para o pessoal de operação e de engenharia de produção, mas por serem pouco mensurável na maioria dos casos torna-se difícil justificar investimentos em tais sistemas. Os principais atributos de um sistema de aquisição de dados são: - Coleta de dados do processo com precisão, periodicidade e confiabilidade apuradas; - Informação dos valores das variáveis em unidades de engenharia; - Informação de valores de variáveis calculadas em função de outras; - Informação de cálculos de performance de equipamentos e do processo; - Relatórios de produção e cálculos de rendimento de produtos; - Supervisão de variáveis gerando alarmes quando detectadas condições anormais; - Envio de mensagens de alerta para o operador; - Armazenamento de dados históricos para verificação de tendência e realização de estatísticas. Todos esses atributos irão proporcionar aos operadores um acompanhamento mais apurado do processo tornando as ações de controle mais eficientes. Por outro lado, a engenharia de processo e de produção disporão de um maior volume de informações, permitindo conhecer melhor o processo e facilitando assim a sua modelagem e, como consequência, seu melhor controle e otimização. O operador obtém informações sobre o processo, dialogando com o computador através de terminais de vídeo alfanumérico e/ou semigráficos, monocromático e/ou colorido, e analisando relatórios de balanços, cálculos, registros, alarmes e eventos que são fornecidos pelos periféricos de impressão. Baseando-se nestas informações, o operador ajusta os pontos de controle dos instrumentos convencionais de controle analógico aos quais cabe o efetivo controle das variáveis do processo, como podemos verificar no esquema que segue.