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Laboratório de

Comandos Elétricos

Curso Técnico em Eletrotécnica NILTON CÉSAR FIGUEIRA

2 LABORATÓRIO DE COMANDOS ELÉTRICOS – ELETROTÉCNICA – COLÉGIO IGUAÇU – FOZ

Curso de Eletrotécnica Laboratório de Comandos Elétricos 4º Módulo

Esta apostila visa fornecer apóio teórico para os alunos do Curso de Eletrotécnica, na matéria de Laboratório de Comandos Elétricos. Serão abordados a arquitetura e princípios de funcionamento sobre CLP, Soft-Starters e Inversores de Freqüência, bem como, suas aplicações no acionamento, controle de partida e velocidade de motores.

Cabe frisar que cada uma destas tecnologias, acima citadas, merece muito mais atenção e são objetos que demandam várias páginas para abranger de forma completa todos os aspectos envolvendo suas características, arquiteturas e aplicações.

Abordarei os métodos de partida de motores assíncronos (direta, estrela-triângulo e compensada), a lógica de programação ladder, blocos lógicos da linguagem step 5, recapitulação da lógica booleana, circuitos combinacionais e seqüênciais com vários exercícios, visando aprimorar o desenvolvimento no campo do raciocínio lógico dos alunos e a capacidade para elaborar esquema de acionamento de motor no controle de processo industrial utilizando as tecnologias acima citadas.

Esta apostila não é específica a um modelo de fabricante e aborda aspectos gerais de cada tecnologia no que é de comum encontrar em cada uma, independentemente do fabricante. Todavia, sempre que a oportunidade permitir comentarei em sala de aula, sobre aplicações baseadas na vivência prática utilizando este ou aquele fabricante.

Cabe destacar que, para o aluno é neste momento, de suma importância desenvolver e adquirir a capacidade de raciocínio lógico e familiarização com estas tecnologias, já nesta fase de aprendizado técnico-escolar, pois quando estiver atuando na automação industrial (ou até comercial e residencial), terá apenas que se adaptar ao fabricante da tecnologia.

Com certeza, isto ocorrerá de uma forma mais natural, pois a linguagem de programação utilizada, a forma de comunicação com os dispositivos, as características básicas de cada tecnologia e até a arquitetura de hardware/software se mantém de um fabricante para o outro.

Nilton César Figueira Foz do Iguaçu, 31/07/2011

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Será aplicada uma prova durante o curso. Esta prova terá dez questões teóricas referentes à CLP, inversor de frequência e soft-starter, além de questões referentes à controle de processo onde o aluno deverá desenvolver o controle para a automação deste processo (não será permitido consulta e os diagramas referentes aos comandos serão desenhados à mão livre). Durante as aulas, serão elaborados exemplos e propostos exercícios de fixação aos alunos, onde alguns destes exercícios propostos deverão ser entregues durante uma data definida compondo no final, outra nota para avaliação do aluno. Estes exercícios poderão ser elaborados à mão livre ou elaborados em software. A terceira forma de avaliação serão exercícios propostos como forma de trabalho, elaborados em software para programação de CLP e entregues via e-mail.

recuperação

A nota final será composta pela média aritmética destas três avaliações. Os alunos que não atingirem a nota mínima para aprovação, serão submetidos a uma nova prova a título de

Os exercícios propostos, apostila, softwares livres para utilização, notas sobre as aulas e todas as informações referentes estarão no site: http: //sites.google.com/site/niltoncesarfigueira

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1. Controlador Lógico Programável5
1.1. Introdução ao CLP6
1.1.1. Descrição dos Principais Itens6
1. Fonte de Alimentação6
2. CPU7
3. BATEIRA7
4. MEMÓRIA DO PROGRAMA MONITOR7
5. MEMÓRIA DO USUÁRIO7
6. MEMÓRIA DE DADOS7
7. MEMÓRIA IMAGEM ENTRADAS/SAÍDAS7
8. CIRCUITOS AUXILIARES8
9. MÓDULOS OU INTERFACES DE ENTRADA8
10. MÓDULOS OU INTERFACES DE SAÍDA9
1.2. Funcionamento dos CLP10
1.3. Vantagens e Desvantagens do Uso do CLP13
1.4. Programação do CLP no Acionamento de Motores14
2. Soft-Start no Acionamento de Motores Elétricos15
2.1. Motores Assíncronos15
2.1.1. Métodos de Partida de Motores17
2.1.1.1. Partida Direta17
2.1.1.2. Partida Estrela-Triângulo18
2.1.1.3. Partida Compensada19
2.1.1.4. Partida Eletrônica (Soft-Starter)19
2.2. Funcionamento do Soft-Start20
2.3. Principais Funções da Soft-Starters21
2.4. Proteções24
2.5. Descrição dos Parâmetros26
2.6. Formas de Ligação26
3. Inversores de Freqüência no Acionamento de Motores29
3.1. Introdução ao Inversor de Freqüência29
3.2. Funcionamento ao Inversor de Freqüência30
3.3. Tipos de Inversor de Frequência31
3.3.1. Inversor Escalar31
3.3.2. Inversor Vetorial31
3.4. Blocos Componentes do Inversor32
3.5. Sistema de Entrada e Saída de Dados3
3.6. Formas de Variação de Velocidade em Um Inversor de Frequência34
3.7. Considerações Finais Sobre Inversores de Frequência36

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1. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

O primeiro controlador totalmente programável foi desenvolvido em 1969 pela empresa de engenharia Bedford Associates. Este primeiro CLP foi construído atendendo a uma especificação da General Motors em 1968.

A indústria automobilística é uma grande consumidora de relés eletromagnéticos para controlar os processos seriados de fabricação na sua linha de montagem. Nestas indústrias, a cada mudança no processo de montagem, erra muito trabalhoso alterar a lógica baseada em relés montados em painéis elétricos, além dos altos custos envolvidos.

Surgi então, a idéia de se desenvolver um dispositivo de estado sólido, com características de um computador e que pudesse ser reprogramado conforme a mudança de lógica na linha de produção sem a necessidade de alteração de hardware ou relés eletromagnéticos.

Baseado então, nas especificações da General Motors, a Bedford Associates apresentou o MODICON (Modular Digital Controller). O MODICON era um dispositivo que poderia funcionar em varias operações distintas e facilmente programável. O primeiro CLP comercial foi o MODICON 084.

Figura 1.1: MODICON 084 o primeiro CLP comercial. Uma classificação histórica do CLP, em função do sistema de programação utilizado:

1ª. Geração: Caracterizavam-se pela programação dependente do hardware utilizado. Sendo o Assembly a linguagem utilizada, esta linguagem depende do processador utilizado pelo hardware. O programa era gravado em uma memória EPROM gravada em laboratório durante a construção do CLP.

2ª. Geração: Aparecem as primeiras linguagens de programação não tão dependentes do hardware. Utilizavam terminais de programação para gravar nas EPROM o programa monitor do usuário. Após as EPROM serem programadas, eram colocadas no CLP.

3ª. Geração: O CLP já tem uma porta de programação, onde um terminal de programação pode ser conectado, sendo possível apagar e regravar a memória do CLP. A estrutura física também sofre alteração, seguindo a tendência de se tornarem dispositivos modulares.

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4ª. Geração: O CLP passa a ter uma porta de comunicação serial, podendo ser programados por microcomputadores. As vantagens eram poder ser utilizado varias linguagens de programação e poder fazer simulações e testes.

5ª Geração: Tendência de padronização dos protocolos de comunicação dos CLP, de modo que os dispositivos possam todos utilizar o mesmo protocolo de comunicação independentemente do modelo e fabricante do produto.

1.1INTRODUÇÃO AO CLP

DEFINIÇÃO ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas): É um equipamento digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.

DEFINIÇÃO NEMA (National Eletrical Manufacturers Associatian): Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenamento interno de instruções para implementações específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização, contagem aritmética, através de módulos de entrada e saída, vários tipos de máquinas ou processos.

Em outras palavras, o CLP é um dispositivo de estado sólido, microprocessado o qual possui um firmware residente em memória ROM e um programa de usuário em memória RAM e que permite ser alterado pelo próprio usuário.

O CLP é capacitado com módulos de entrada, onde são ligadas as variáveis de entrada para serem processadas pelo programa do usuário e apresentar saídas como respostas às variáveis de entrada. As saídas são conectadas ao módulo de saída. Veja a figura a baixo, representado a arquitetura básica de um CLP.

Figura 1.2: Arquitetura básica de um CLP. 1.1.1. DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS ITENS

1. FONTE DE ALIMENTAÇÃO A fonte de alimentação tem normalmente as seguintes funções básicas:

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Converter a tensão CA da rede elétrica (110 ou 220 volts) para as tensões de alimentação dos circuitos eletrônicos do CLP; Manter a carga na bateria que alimenta memórias do tipo RAM e os circuitos de clock que utilizam sistemas de tempo real; Fornecer tensão para os circuitos de entrada e saída, geralmente 12 ou 24 volts C.

2. UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL - CPU

A CPU do CLP é formada pelo microprocessador e seus circuitos de controle e comunicação. O microprocessador é o elemento principal da arquitetura do CLP, controlando os barramentos, a comunicação com as memórias e os dispositivos de entrada e saída, executando o programa do usuário.

O microprocessador pode ser de 8 ou 16 bits, dependendo da geração do CLP. O microprocessador, descrito de uma forma básica, lê as entradas, executa a lógica de controle segundo o programa do usuário escrito através de um software específico e envia ou não sinais para a saída.

3. BATERIA

As baterias são usadas no CLP para manter o circuito do relógio de tempo real, reter parâmetros ou programas em memórias do tipo RAM, mesmo no caso de falta de energia. Normalmente são do tipo Ni – Ca ou Li e possuem circuitos carregadores.

4. MEMÓRIA DO PROGRAMA OU MONITOR

O programa monitor (firmware do CLP) é o responsável pelo funcionamento geral do CLP. É gravado pelo fabricante em memórias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM e o usuário não pode alterá-lo. É o sistema operacional do CLP.

5. MEMÓRIA DO USUÁRIO

É onde está armazenado o programa do usuário, apresentando a flexibilidade de programação do CLP, já que o usuário pode alterá-lo de acordo com suas especificações. É constituída por memórias do tipo RAM, EEPROM e FLASH-EPROM, além de ser também comum o uso de cartões de memória.

6. MEMÓRIA DE DADOS

É a região de memória utilizada para armazenar os dados utilizados pelo programa do usuário. Representam valores que serão consultados e alterados durante a execução do programa do usuário.

7. MEMÓRIA IMAGEM DAS ENTRADAS/SAÍDAS

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