Automação Industrial: Conteúdos e Capítulos

CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 1 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 2 SUMÁRIO CAPÍTULO I Sistemas de Numeração e códigos 03 CAPÍTULO II Sistemas de Numeração e códigos 04 CAPÍTULO III Portas Logicas BOOLEANA e Álgebra 11 CAPÍTULO IV Automação 21 CAPÍTULO V Controlador Logico Programável CLP 31 CAPÍTULO VI Dispositivos de Proteção e Comando 43 CAPÍTULO VII Dispositivos e Acionadores de Sinalização 56 CAPÍTULO VIII Atuadores Hidráulicos e Pneumáticos 60 CAPÍTULO IX Comandos Elétricos 66 CAPÍTULO X Sistema de Partida de Motores 73 CAPÍTULO XI SOFT STARTER 81 CAPÍTULO XII Inversores de Frequência 83 Referência Bibliográfica 85 CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 3 CAPÍTULO 01 SISTEMAS DE NUMERAÇÃO E CÓDIGOS 11 Definições de Sinal Em um fenômeno é possível determinar certo número de grandezas que podem ser quantificadas e evoluem no tempo Essas grandezas são definidas como sinais e podem ser de excitação ou de repostas Os sinais de respostas saídas serão sempre dependentes do sinal de excitação entrada O mundo é essencialmente analógico onde os sinais que exibem informações parecem contínuos no tempo Um exemplo de grandeza analógica é o sinal da tensão senoidal Sinais digitais são discretos no tempo Geralmente aparece em forma de pulsos elétricos representado o valor de tensão em um dado instante e a ausência desta no instante subseqüente 12 Sistema Analógico x Digital O sistema pode ser definido como elemento ou agente transformador do sinal de entrada em especifico sinal de saída A natureza de tal sistema pode ser Química Física ou Biológica Um sistema digital é uma combinação de dispositivos projetados para manipular a informação lógica ou quantidades físicas que são representadas no formato digital Esses dispositivos podem ser eletrônico mecânico magnético e pneumático São exemplos de sistemas digitais computadores calculadoras equipamentos de áudio e vídeos etc Os sistemas analógicos correspondem à conjunto de dispositivos que manipulam quantidades físicas que são representadas na forma analógica Ou seja a variação contínua da entrada analógica produz uma variação contínua do sinal analógico de saída São exemplos de sistemas analógicos amplificadores de áudio a amplitude de um sinal de saída de um autofalante receptores de rádio etc As técnicas digitais possuem vantagens sobre as técnicas analógicas pois são fáceis de projetar possuir maior facilidade de armazenamento da informação maior precisão e exatidão programabilidade menos afetadas por ruído e possui maior grau de integração contudo o mudo real é analógico e manipular essas grandezas torna uso das técnicas digitais limitadas CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 4 CAPÍTULO 02 SISTEMA DE NUMERAÇÃO E CÓDIGO 21 Sistemas Numéricos Nos primórdios os homens primitivos não tinham a necessidade de contar porém este conceito foi se transformando com o decorrer da história o surgimento da escrita e do comércio nas civilizações mais antigas impulsionou a necessidade de se trabalhar com números aparecendo os primeiros sistemas de numeração de que se tem notícia O número é algo abstrato que representa a ideia de quantidade expressos através de símbolos previamente acordados O sistema de numeração é o conjunto desses símbolos destacando as regras que definem a forma de representação e correlação entre eles Em geral os sistemas de numeração definem dois grupos de regras para representação de quantidade os sistemas posicionais e os não posicionais Nos sistemas não posicionais como o sistema de algarismos romanos freqüentemente encontrados na atualidade cada símbolo tem um valor fixo não importando a posição ocupada no número Já em sistemas posicionais o valor de cada símbolo é obtido de acordo com a sua posição no número O sistema decimal amplamente difundido em nossa sociedade baseiase na posição do símbolo dentro do número para determinar o seu valor A base em um sistema de numeração determina a quantidade de símbolos disponíveis para utilização Ex Base 10 Decimal é composto por 10 símbolos 0123456789 Abaixo tabela mostrando a formação dos algarismos dentro de cada sistema numérico CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 5 22 Sistema Binário O sistema binário é muito difundido e utilizado para representar circuitos pois existe um representação natural entre seus símbolos 0 e 1 sendo o zero associado à ligado desligado com ausência de tensão ou sem pulso enquanto o numero um é associado a presença de pulso tensão sinal etc Contudo à partir do sistema binário surgiram outros sistemas tais como o octal e o hexadecimal estes diferemse do binário pelo número de símbolos que possuem contendo oito símbolos a numeração em octal e 16 a hexadecimal Estes sistemas tornamse eficientes pois a representação com apenas dois bits ou seja dois algarismos no sistema binário é trabalhosa para grandes quantidades Com os sistemas hexa e octal podemos representar um binário de quatro e três dígitos consecutivamente em um digito hexadecimal ou em um dígito octal O símbolo binário é chamado bit e o conjunto de oito dígitos binários ou oito bits é definido como byte temse também não tão usual o Nibble que corresponde a um conjunto de 4 bits Numa palavra binária uma associação de zeros e uns o primeiro bit é sempre o mais significativo ou MSB most significant bit e o último é convencionado como LSB least significant bit bit menos significativo A tabela abaixo mostra uma seqüência de contagem binária e o número equivalente em decimal CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 6 Figura 1 Seqüência de Contagem Binária Sistemas Digitais Roanld J Tocci e Neal S Widmer A regra básica de formação de um número equivale ao somatório de cada algarismo correspondente multiplicado elevada por um índice conforme o posicionamento de cada número Assim um sistema de numeração qualquer pode ser expresso da seguinte forma Onde N é a representação do número na base dn é o digito na posição n Bn a base do sistema utilizado n é peso posicional do número De acordo com esta definição o um número binário pode ser convertido em decimal conforme exemplo A conversão de um número binário fracionário em decimal é semelhante ao processo de conversão de binários inteiros Este consiste em enumerar a parte inteira do número a partir do bit menos significativo CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 7 e fazer o mesmo com a parte fracionária depois resolvemos elevando a base 2 à posição enumerada e multiplicamos pelo bit correspondeste à esta posição Veja o exemplo 101012 1 X 20 1 X 21 1 X 22 0 X 21 1 X 22 52510 Para converter números decimais em outra base qualquer consiste em realizar divisões sucessivas pela base escolhida para conversão do decimal no novo sistema de numeração desejado Na conversão de números decimais fracionários em números binários utilizamos a parte inteira ou seja os números anteriores a vírgula e realizamos divisões sucessivamente pela base dividimos por dois até que o quociente da divisão seja menor que o divisor em seguida anotase seqüencialmente o ultimo quociente seguido de todos os restos A parte fracionária é multiplicada sucessivamente por dois até que o produto seja zero Em alguns casos o existe uma repetição dos números com o processo de multiplicação processo equivalente a uma dízima periódica nesse caso esse método deve ser executado quantas vezes forem necessários para melhor determinar a precisão do binário Exemplo Converter o numero 88375 de decimal para binário Efetuando as divisões sucessivas à parte inteira do número Multiplicase a parte fracionária por 2 até que a parte decimal seja igual a 0 O número binário equivalente é 1000 0011 10000112 23 Sistema Octal É um sistema com oito algarismos que variam de 0 à 7 ou seja de base oito É muitas vezes usado no trabalho com computadores digitais Seguindo um a definição de sistema de representação de CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 8 um número assim como no exemplo dos binários podese converter um número na base oito para base 10 número decimal da seguinte forma A conversão de decimal pra octal segue a mesma regra utilizada com os binários Fazse divisões sucessivas pela base e escreve o número considerando o primeiro digito do último quociente da divisão Exemplo Seguindo a mesma regra de formação 9210 1348 A conversão de octal para binário é imediata Como 8 é a terceira potencia de 2 podese converter octal em binário convertendose cada digito octal em seu equivalente binário de três bits Temse como exemplo a conversão do octal 531 em binário Assim o número octal 531 é equivalente ao binário 101011001 O processo inverso também pode ser utilizado contudo neste transformase de binário para octal Agrupase os bits de três em três contando do LSB ao MSB e converte cada grupo ao seu equivalente em octal Abaixo exemplo da conversão Binário Octal Sendo o número 1001001101111012 44675 em octal 24 Sistema Hexadecimal Os símbolos do sistema hexa vão de 0 à 9 sendo complementados pelas letras A B C D E F Sendo que A equivalente ao numero 10 em decimal B ao 11 e assim por diante CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 9 A conversão do número Hexa em decimal é semelhante ao processo de conversão nas demais bases Enumerase a posição de cada digito à partir do menos significativo eleva a base 16 à posição de cada algarismo multiplicando pelo valor do digito naquela posição Para efetuar a conversão de decimal para Hexa o processo segue o mesmo principio dos demais sistemas de numeração efetuase divisões sucessivas pela base e escrevese o numero do ultimo quociente ao primeiro resto Como exemplo a conversão do número 1101 na base 10 no Hexadecimal 44D Se a conversão for de binário pra hexadecimal faremos processo semelhante ao utilizado com os octais Separa o numero binário em conjunto de 4 bits e converte cada conjunto no equivalente em Hexa Logo o binário 0100110111110011 equivale ao hexadecimal 4DF3 Se a intenção for converter de Hexa para binário o processo pode ser invertido ou seja cada símbolo hexadecimal deverá ser convertido em seu binário equivalente num conjunto de 4 bits Abaixo exemplo do numero C1316 convertido no Binário 110000010011 A vasta utilização do número em hexadecimal devese também ao fato da unidade fundamental em sistema digital ser um byte o equivalente a um conjunto de oito bits ou seja com dois símbolos em hexadecimal eu tenho um byte este se expresso em binário seriam necessários oito símbolos 25 Código BCD CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 10 Os circuitos digitais conseguem unir as vantagens do sistema binário e decimal através da utilização de códigos especiais que permitem a representação dos algarismos decimais como combinação de bits Sistemas de representação numérica diferente da representação natural são chamados de códigos numéricos Os códigos são sistemas especiais que permitem representar algarismos decimais como combinação de bits seguindo uma lei de formação Um dos códigos mais utilizados é o BCD e foi criado para facilitar a comunicação homemmáquina uma vez que o ser humano está acostumado a trabalhar com os números decimais um caractere BCD ocupa quatro bits conforme a tabela abaixo observase que cada dígito é codificado no seu equivalente em binário contudo o numero BCD não é equivalente ao binário puro pois em binário puro um número poder ser representado com qualquer quantidade de bits igual ou superior ao necessário 25 Aritmética Digital Para entender como máquinas digitais realizam as operações aritméticas básicas fazse necessário conhecer os princípios básicos de aritmética digital bem como circuitos aritméticos que realizam tal operação apresentase as operações básicas com finalidade de entender os projetos de circuitos somadores e subtratores Adição no Sistema binário A adição no sistema binário acontece de maneira semelhante ao sistema decimal contudo temos apenas quatro combinações na soma de dois dígitos binários CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 11 Abaixo exemplo de dois casos de adição Percebese que quando extrapolamos o ultimo algarismo da base transportase um ara a próxima casa decimal semelhante ao operarmos com os decimais Subtração no Sistema binário Semelhante ao processo de subtração com os decimais contudo também na subtração nos limitamos a quatro casos quando operamos com apenas dois bits Para o caso do 0 1 teremos sempre um carry numero emprestado transportao para coluna seguinte acumulandoo no subtraendo e subtraindoo do minuendo Conforme exemplo abaixo Multiplicação no Sistema binário Também semelhante ao sistema decimal temse Abaixo exemplo de multiplicação com números binários CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 12 CAPÍTULO 03 PORTAS LÓGICAS E ÁLGEBRA BOOLEANA É uma técnica matemática que é usada quando consideramos problemas de natureza lógica Em 1847 o matemático inglês George Boole desenvolveu leis básicas aplicadas em problemas de lógica dedutiva Até 1938 isto se restringia ao estudo de matemática quando então um cientista do Bell Laboratories Claude Shammon começou a utilizar tais leis no equacionamento e análise de redes com multicontatos Paralelamente ao desenvolvimento dos computadores a álgebra de Boole foi ampliada sendo hoje ferramenta fundamental no estudo de automação A álgebra Booleana utilizase de dois estados lógicos que são 0 zero e 1um os quais como se vê mantém relação íntima com o sistema binário de numeração As variáveis booleanas representadas por letras só poderão assumir estes dois estados 0 ou 1 que aqui não significam quantidades O estado lógico 0 representa um contato aberto uma bobina desenergizada uma transistor que não está em condução etc ao passo que o estado lógico 1 representa um contato fechado uma bobina energizada um transistor em condução etc Um dispositivo digital tem um determinado número de possíveis valores perfeitamente definidos ou estados Podem existir como máximo dois estado únicos como um interruptor de luz ou está aceso ou apagado A eletrônica digital moderna está baseada fundamentalmente nos circuitos que tem dois valores únicos por exemplo ou passa corrente ou não passa Por exemplo no nosso diaadia a abertura ou fecho de uma torneira não é mais que um sistema digital formado por dois estados aberto 0 fechado 1 Na figura 11 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 AX Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela verdade CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 13 Na figura abaixo 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 A equação deste circuito é A X Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela verdade Esta lógica é geralmente realizada com contato normalmente fechado A tabela verdade é um mapa onde se representa todas as possíveis combinações de entradas e os respectivos valores lógicos de saída para cada operação booleana O numero de combinações possíveis será sempre igual a 2N onde N representa a quantidade de variáveis de entradas Abaixo exemplos de tabela verdade para circuitos lógicos de duas três e quatro entradas CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 14 31 Operação OR e porta OR Na operação OR conhecida também como lógica ou será gerado nível lógico 1 na saída sempre que ao menos uma entrada for nível lógico 1 caso contrario o resultado será 0 A representação algébrica da operação OR é o símbolo logo a operação escrita X A B é lida X A or B Uma porta ou é um circuito lógico que realiza a operação ou sobre as entradas do circuito Abaixo o símbolo de uma porta OR ou figura b e a sua tabela verdade fig a Podemos ainda relacionar à lógica OR com lógica de contatos ou seja uma lógica ou simbolizada com contatos será descrita com duas chaves em paralelo com a carga conforme o circuito abaixo CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 15 32 Operação AND e porta AND A operação AND conhecida como lógica E é gerado nível lógico 1 na saída sempre que todas as entradas forem nível lógico 1 caso contrario o resultado será 0 ou ainda se pelo menos uma entrada for 0 a saída será nível lógico 0 A representação algébrica da operação AND é o símbolo que pode ser suprimido de modo análogo a álgebra convencional A operação pode ser escrita X AB ou X AB e é lida X A AND B Uma porta AND é um circuito lógico que realiza a operação ou sobre as entradas do circuito Abaixo o símbolo de uma porta AND ou figura b e a sua tabela verdade fig a Correlacionando uma lógica AND com lógica de contatos teremos com duas chaves em série com a carga descrita no circuito abaixo 33 Operação NOT e porta NOT A operação NOT diferente da OR e AND opera sobre uma única variável de entrada invertendo o sinal desta variável ou seja se a entrada é 0 ao passar pela porta NOT ficará 1 A lógica NOT também é conhecida como inversora ou negação é representada algebricamente com uma barra em cima da variável XA lêse NÃO A ou A BARRA O bloco lógico que executa a função NOT é a porta inversora Abaixo sua simbologia e tabela verdade CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 16 O circuito equivalente a operação NOT é representado abaixo com lógica de contatos 34 Função NOR e função NAND Estas funções são combinações de funções OR AND e NOT As funções NOR ou NÃO OU são combinações da lógica OR seguida da NOT ou seja a lógica OR invertida sua representação algébrica é onde o traço indica que ocorre uma inversão na operação booleana A B A figura abaixo indica a simbologia da porta NOR fig a e a tabela verdade da mesma fig c A função NAND conhecida também com NÃO E é uma junção da NOT com a AND sua representação algébrica é onde o traço inda que haverá inversão da operação AB Abaixo a simbologia da porta NAND e fig a sua tabela verdade fig c CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 17 34 Função XOR e XNOR A função XOR OU EXCLUSIVO apresenta a saída com valor 1 quando as entras tiverem valore diferentes entre si A notação algébrica para esta função é onde lêse A OU EXCLUSIVO B A figura abaixo ilustra o circuito equivalente da operação XOR seu símbolo fig a e a tabela verdade correspondente a essa operação A função XNOR NÃO OU EXCLUSIVO é uma XOR negada também conhecida como COINCIDÊNCIA apresenta a saída com valor 1 quando as entras tiverem valore iguais entre si A notação algébrica para esta função é onde lêse A COINCIDÊNCIA B A figura abaixo ilustra o circuito equivalente da operação XNOR seu símbolo fig b e a tabela verdade correspondente a essa operação a b Apresentase no quadro abaixo um resumo dos blocos lógicos básicos e algumas combinações comuns CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 18 37 Descrevendo Circuitos Lógicos a partir de Expressões Booleanas Todo circuito lógico por mais complexo que seja é constituído por portas lógicas básicas sendo assim podemos obter a expressão booleana que é executada por um circuito lógico qualquer ou a partir da expressão booleana podemos construir o circuito lógico equivalente A construção do circuito lógico a partir de expressão booleana deve obedecer a alguns critérios Identificamse as portas lógicas na expressão e desenheas com suas respectivas ligações respeitando a hierarquia das funções da aritmética elementar ou seja a solução iniciase primeiramente pelos parênteses Como exemplo será obtido o circuito que executa a expressão percebemos que os termos são entradas de uma porta AND e cada um deles é gerado por portas OR independente O circuito deverá possuir duas portas OR uma AND e uma INVERSORA CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 19 A operação inversa obter a tabela verdade tendo o circuito lógico também segue alguns critérios que necessitam ser observado tais como prioridade da operação AND frente à OR sempre que um inversor estiver presente em um circuito lógico a expressão de saída é igual a operação de entrada com uma barra em cima dela e o uso do parênteses deve indicar qual operação é realizada primeiro Exemplificado abaixo como obter a expressão booleana de um circuito lógico equivalente verificase que a identificação de cada expressão começa da entrada para a saída 37 Tabela Verdade obtida de Expressão Booleana Uma maneira de se fazer o estudo de uma função booleana é construir sua tabela verdade Para extrair a tabela verdade de uma expressão devemos seguir os seguintes procedimentos Montar um quadro de possibilidades Montar colunas para os vários membros da equação Preencha essas colunas com o seu resultado Montar coluna para o resultado final Preencher essa coluna com os resultados finais Utilizase a expressão abaixo para exemplifica este processo A expressão contém quatro variáveis A B C D logo existirá 16 possibilidades nas combinações de entrada Montase o quadro de entrada com 4 variáveis de entrada três colunas auxiliares para cada membro da equação e uma coluna para o resultado final CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 20 38 Teoremas Booleanos Toda a teoria de Boole está fundamentada nos postulados e teoremas representados a seguir Teorema para uma única variável CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 21 Teoremas para mais de uma variável CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 22 Teorema De Morgan O complemento dos produtos é igual à soma dos complementos O complemento da soma é igual ao produto dos complementos CAPÍTULO 04 AUTOMAÇÃO 41 História e definição da Automação Etimologia Da palavra Automation 1960 buscava enfatizar a participação do computador no controle automático industrial Definição atual Qualquer sistema apoiado em computadores que substitui o trabalho humano em favor da segurança das pessoas da qualidade dos produtos rapidez da produção ou da redução de custos assim aperfeiçoando os complexos objetivos das indústrias dos serviços ou bem estar Moraes e Castrucci 2007 CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 23 Automação é um sistema de equipamentos eletrônicos eou mecânicos que controlam seu próprio funcionamento quase sem a intervenção do homem Automação é diferente de mecanização A mecanização consiste simplesmente no uso de máquinas para realizar um trabalho substituindo assim o esforço físico do homem Já a automação possibilita fazer um trabalho por meio de máquinas controladas automaticamente capazes de se regularem sozinhas Podemos dizer que um sistema de automação industrial é um conjunto de equipamentos e tecnologias capazes de fazerem com que uma máquina ou processo industrial trabalhem automaticamente ou seja com a mínima intervenção humana cabendo a este o papel de programar parametrizar ou supervisionar o sistema para que trabalhe de acordo com os padrões desejados Para se efetuar uma automação qualquer que seja necessitamos realizar medições comparações e controles sob os diversos elementos que constituem a máquina ou processo em questão para que ele seja capaz de trabalhar sozinho e se autoregular além de tomar decisões seguras em caso de falhas e emergências Hoje em dia a automação exige cada vez mais a integração de diversas áreas de tecnologia tais como elétrica eletrônica informática mecânica pneumática hidráulica química física entre outras A automação é utilizada com a finalidade de trazer benefícios como aumento da produtividade segurança qualidade do produto confiabilidade melhor relação custo benefício de investimento substituição do homem em atividades de risco Evolução da automatização ao longo dos tempos 42 Tipos de Automação Embora a automação industrial tenha sido desencadeada fundamentalmente pela necessidade de melhorar os níveis de produtividade as alterações do tipo de mercado têm feito evoluir o conceito de CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 24 automação Quando o mercado era caracterizado pela abundância de produtos iguais e duradouros em que a economia de escala dominava a cena industrial a automação era fixa isto é a seqüência de operações no sistema era fixada pela configuração do equipamento projetado para um determinado produto Embora com taxas altas de produtividade essas alterações exigiam operações complexas demoradas e dispendiosas Com o aparecimento de um mercado caracterizado pela diversidade de produtos com vida útil reduzida o sistema produtivo para dar resposta teve de se flexibilizar sem contudo pôr em causa os níveis médios de produtividade Assim a seqüência de operações passa a ser controlada por um programa listagem de instruções permitindo a flexibilização do processo automático de produção Esta mudança provocou alterações ao nível da tecnologia utilizada nos dispositivos de controle A evolução tecnológica tem vindo a permitir a implementação de novos sistemas de automação que acompanham as novas concepções das linhas de produção Podemos distinguir genericamente os seguintes tipos de automação Automação fixa Automação programada Automação flexível Vamos seguidamente caracterizar de uma forma resumida cada um destes tipos de automação Automação Fixa Este tipo de automação é caracterizado pela rigidez da configuração do equipamento Uma vez projetada uma determinada configuração de controle não é possível alterála posteriormente sem realizar um novo projeto As operações a realizar são em geral simples e a complexidade do sistema tem sobretudo a ver com a integração de um elevado número de operações a realizar Os aspectos típicos da automação fixa são Investimentos iniciais elevados em equipamentos específicos Elevadas taxas de produção Impossibilidade em geral de prever alterações nos produtos Este tipo de automação justificase do ponto de vista econômico quando se pretende realizar uma elevada produção Como exemplos de sistemas deste tipo podemos citar as primeiras linhas de montagem de automóveis nos Estados Unidos Ex linha de produção do Ford T 1913 Automação Programável CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 25 Neste caso o equipamento é montado com a capacidade de se ajustar a alterações da seqüência de produção quando se pretende alterar o produto final A seqüência de operações é controlada por um programa Assim para cada novo produto terá que ser realizado um novo programa Os aspectos típicos da automação programável são Elevado investimento em equipamento genérico Taxas de produção inferiores à automação fixa Flexibilidade para alterações na configuração da produção Bastante apropriada para produção por lotes batch processing No final da produção de um lote o sistema é reprogramado Os elementos físicos envolvidos como por exemplo ferramentas de corte e parâmetros de trabalho das máquinas ferramentas devem ser reajustados O tempo despendido na produção de um lote deve incluir o tempo dedicado aos ajustamentos iniciais e o tempo de produção do lote propriamente dito Podemse referir como exemplos de sistemas de automação programável as máquinas de Comando Numérico CNC Computer Numeric Control com início de atividade em 1952 e as primeiras aplicações de robôs industriais em 1961 Ver Fig31 Figura 31 Exemplo de aplicação industrial de um robô alimentação de peças de uma máquinaferramenta Fonte Eshed Robotec Automação Flexível É uma extensão da automação programável A definição exata desta forma de automação está ainda em evolução pois os níveis de decisão que envolve podem neste momento incluir toda a CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 26 organização geral da produção Um sistema flexível de produção é capaz de produzir uma determinada variedade de produtos sem perda significativa de tempo de produção para ajustamentos entre tipos diferentes Assim o sistema pode produzir várias combinações de produtos sem necessidade de os organizar em lotes separados Os aspectos típicos da automação flexível são Elevados investimentos no sistema global Produção contínua de misturas variáveis de produtos Taxas de produção média Flexibilidade de ajustamento às variações no tipo dos produtos Os aspectos essenciais que distinguem a automação flexível da programável são Capacidade de ajustamento dos programas a diferentes produtos sem perda de tempo de produção Capacidade de ajustamento dos elementos físicos da produção sem perda de tempo de produção Fig32 Exemplo de um sistema automático flexível controlado por computador Fonte Eshed Robotec As alterações dos programas são feitas normalmente offline num nível hierárquico superior sendo transmitidas ao computador do processo via ligação em rede A evolução previsível da automação flexível no futuro próximo será função dos desenvolvimentos que se vierem a dar nas seguintes áreas Desenvolvimento de computadores cada vez mais rápidos e em comunicação com todos os sistemas envolvidos na produção através de redes industriais Ex redes Ethernet Telway PROFIBUS etc CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 27 Desenvolvimento de programas inteligentes Expert Systems Desenvolvimentos nos campos da robótica e da visão artificial Desenvolvimento nos veículos guiados automaticamente AGVs 43 Estruturas básicas do Controle Automático Controle em Malha Fechada No sistema clássico de controle em malha fechada que na sua forma mais usual é constituído por componentes contínuos ou analógicos o sinal de saída possui um efeito direto na ação de controle pelo que poderemos designálos por sistemas de controle com realimentação ou retroação feedback Neste tipo de sistemas o sinal de erro que corresponde à diferença entre os valores de referência e de realimentação que pode ser o sinal de saída ou uma função do sinal de saída é introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e a manter a saída do sistema num determinado valor pretendido pelo operador Por outras palavras o termo MALHA FECHADA implica necessariamente a existência de uma realimentação com o objetivo de reduzir o erro e manter deste modo a saída do sistema num determinado valor desejado A Fig41 representa a relação entradasaída de um sistema de controle típico em malha fechada Esta representação gráfica é designada na literatura de Controle por DIAGRAMA DE BLOCOS Ação de controle Figura 41 Para ilustrar o sistema de controle em malha fechada vamos considerar o sistema térmico da Fig42 na qual está representado um operador que desempenha a função de controlador Este operador pretende manter constante a temperatura da água à saída de um permutador de calor No coletor de CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 28 saída está montado um termômetro elemento de medida que mede a temperatura real da água quente variável de saída do sistema Deste modo em função das indicações fornecidas pelo elemento de medida o operador irá manipular a válvula de controle de vazão de vapor de aquecimento de modo a manter a temperatura da água o mais próxima possível do valor desejado Figura 42 Esquema de Controle Manual de um Sistema Térmico Se em vez do operador for utilizado um controlador automático conforme apresentado na Fig43 o sistema de controle passa a designarse por automático Neste caso o operador seleciona a temperatura de referência setpoint no controlador A saída do processo temperatura real da água quente à saída do permutador de calor é medida pelo transdutor de temperatura e comparada no controlador com a temperatura de referência de modo a gerar um sinal de erro Tomando como base este sinal de erro o controlador gera um sinal de comando para a válvula de regulação de vapor atuador Este sinal de comando permite variar gradualmente a abertura da válvula e por conseguinte a vazão de vapor a admitir no permutador Deste modo é possível controlar automaticamente a temperatura da água à saída do permutador sem que seja necessária a intervenção do operador CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 29 Figura 43 Esquema do sistema de regulação automática de um sistema térmico Figura 44 Dispositivo de regulação de temperatura com componentes atuais a Transdutor de temperatura b Controlador digital PID c Conversor correntepressão Conversor IP que converte o sinal de controle de 420 mA para pressão 315 psi d Válvula de regulação com comando por ar comprimido 315 psi 021105 bar Como podemos verificar através das figuras anteriores os dois sistemas funcionam de uma forma muito semelhante Deste modo os olhos do operador e o termômetro constituem o dispositivo análogo ao CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 30 sistema de medida de temperatura o seu cérebro é análogo ao controlador automático realiza a comparação entre os valores de temperatura desejada e medida e gera o respectivo sinal de comando Este sinal é veiculado pelos seus músculos que realizam a abertura ou fecho da válvula os quais têm um papel análogo ao motor da válvula de regulação de vapor Controle em Malha Aberta Neste tipo de sistemas de controle a saída não exerce qualquer ação no sinal de controle Deste modo a saída do processo não é medida nem comparada com a saída de referência A Fig45 representa o diagrama de blocos de um sistema deste tipo Fig45 Diagrama de blocos de um sistema de controle em malha aberto Como se pode observar na figura neste tipo de controle a saída não é comparada com a entrada de referência Deste modo para cada valor da saída irá corresponder uma condição de funcionamento fixa No entanto na presença de perturbações o sistema não irá atingir os objetivos desejados Na prática o controle em malha ou malha aberto somente deve ser utilizado em sistemas para os quais a relação entre a entrada e a saída seja bem conhecida e que não tenham perturbações internas ou externas significativas Comparação entre os sistemas em malha fechada e aberta A vantagem dos sistemas de controle em malha fechada relativamente aos de malha aberta consiste no fato da realimentação tornar a resposta do sistema relativamente insensível e perturbações externas e a variações internas dos parâmetros do sistema Deste modo é possível utilizar componentes mais baratos e de menor precisão para obter o controle preciso de um dado processo Esta característica é impossível de obter com um sistema em malha aberta Do ponto de vista da estabilidade os sistemas de controle em malha aberta são mais robustos uma vez que a estabilidade não constitui um problema significativo Nos sistemas de controle em malha fechada a estabilidade constitui um problema de primordial importância visto que o sistema pode tender a sobrepor erros produzindo oscilações de amplitude constante ou variável Assim podemos concluir que CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 31 Os sistemas em que são conhecidas as variáveis de entrada antecipadamente no tempo e nos quais não haja perturbações muito significativas é aconselhável a utilização do controle em malha aberta Para sistemas que estejam sujeitos a perturbações imprevisíveis eou variações não previstas nos componentes do sistema devese utilizar o controle em malha fechada Sempre que possível é aconselhável utilizar uma combinação apropriada de controle em malha aberta e fechada visto ser normalmente a solução mais econômica e que fornece um desempenho global do sistema mais satisfatório NOTA O conceito de controlador ou regulador é aplicado nestes apontamentos de forma indistinta No entanto existem diferenças entre as duas designações Assim temse Regulador dispositivo de controle utilizado preferencialmente quando se pretende manter fixa a referência rt e controlar as perturbações na saída ct É o caso usual do controle de processos utilizados na indústria pressão temperatura vazão nível etc Controlador dispositivo de controle utilizado preferencialmente quando se pretende que a saída ct acompanhe uma referência variável no tempo rt para além de efetuar também o controle das perturbações na saída Um exemplo típico deste dispositivo de controle designase por servomecanismo sendo muito utilizado em sistemas de controle de posição e velocidade 44 Controle Digital Conforme já foi referido anteriormente com o avanço cada vez maior da tecnologia dos microprocessadores o regulador clássico contínuos ou analógicos apresentado no ponto anterior têm vindo progressivamente a ser substituído por controladores ou reguladores digitais baseados em microprocessador Assim no sistema de controle contínuo representado na Fig46 podese substituir o controlador analógico por um controlador digital As diferenças básicas entre estes dois controladores residem no fato de o sistema digital funcionar com sinais discretos ou amostras do sinal contínuo medido pelo transdutor de medida em vez dos sinais contínuos utilizados no controlador analógico Os diversos tipos de sinais no esquema da Fig 210 estão representados na Fig211 CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 32 Fig46 Diagrama de blocos do esquema de controle digital em malha fechada Figur 47 Evolução temporal dos sinais num malha de controle digital No diagrama do sistema de controle digital da Fig 46 podemos ver que este contém elementos analógicos e digitais Deste modo o relógio clock ligado aos conversores AD e DA DA e AD converters fornece um pulso para cada T segundos Os conversores DA e AD enviam apenas os respectivos sinais quando chega o sinal pulsado de relógio O objetivo desta ação é o de fazer com que o processo Plant receba apenas amostras do sinal de entrada uk e envie apenas sinais de saída yk sincronizados com o sinal de relógio CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 33 Deste modo é necessário manter constante o sinal de entrada uk durante o intervalo de amostragem Assim vamos supor que o sinal uk representa a amostra do sinal de entrada Existem técnicas que permitem obter a amostra uk e manter ou reter hold o sinal de modo a produzir um sinal contínuo ûtO gráfico da Fig47 mostra que o sinal ût é mantido constante para uk no intervalo kT k1T Esta operação de retenção de ût constante durante o intervalo de amostragem é designada por retenção de ordem zero ou zeroorder hold CAPÍTULO 05 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL CLP 51 Características Basicamente um Controlador Lógico Programável apresenta as seguintes características Hardware eou dispositivo de controle de fácil e rápida programação ou reprogramação com a mínima interrupção da produção Capacidade de operação em ambiente industrial Sinalizadores de estado e módulos tipo plugin de fácil manutenção e substituição Hardware ocupando espaço reduzido e apresentando baixo consumo de energia Possibilidade de monitoração do estado e operação do processo ou sistema através da comunicação com computadores Compatibilidade com diferentes tipos de sinais de entrada e saída Capacidade de alimentar de forma contínua ou chaveada cargas que consomem correntes de até 2 A Hardware de controle que permite a expansão dos diversos tipos de módulos de acordo com a necessidade Custo de compra e instalação competitivo em relação aos sistemas de controle convencionais Possibilidade de expansão da capacidade de memória Conexão com outros CLPs através de rede de comunicação De acordo com Natale 2003 p11 o CLP É um computador com as mesmas características conhecidas do computador pessoal porém é utilizado em uma aplicação dedicada na automação de processos em geral e no comando numérico computadorizado CNC realiza a automação da manufatura 52 Constituição CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 34 Um CLP é constituído por módulos de entrada e de saída hardware onde as funções disponíveis podem ser programadas em uma memória interna software através de uma linguagem de programação que possui um padrão internacional chamado IEC 11313 uma fonte de alimentação e uma CPU Unidade Central de Processamento Cada unidade que compõe um CLP é responsável pelo seu funcionamento As configurações oferecidas pelos diversos fabricantes de CLPs podem ser divididas em duas formas básicas Compacta onde a CPU e todos os módulos de entrada e saída ES estão no mesmo rack Um CLP deste tipo pode atender cerca de 80 das aplicações de automação mais comuns Modular onde a CPU e cada um dos módulos de ES se encontram separados e são montados de acordo com a configuração exigida O diagrama de blocos abaixo representa a estrutura básica de um controlador programável com todos os seus componentes São estes componentes que irão definir a configuração do CLP CPU Segundo Moraes e Castrucci p31 2001 a CPU é responsável pela execução do programa do usuário atualização da memória de dados e memóriaimagem das entradas e saídas Inicialmente com a segunda geração de CLP barramento de dados endereço e controle a CPU era constituída por um microcontrolador A opção por microcontroladores baseavase pelo custobenefício facilidade de manuseio e também pela baixa complexidade dos softwares Com exceção dos CLPs de pequeno porte em geral eles apresentam um microprocessador na forma de um CI dedicado A CPU é o cérebro do sistema Atualmente é constituída por microprocessador ou microcontrolador de 8 16 ou 32 bits e em CPs maiores um coprocessador adicional para aumentar a capacidade de CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 35 processamento em cálculos complexos com aritmética de ponto flutuante uma memória RAM e uma memória Flash EPROM ou E2PROM para backup do programa A maioria dos fabricantes de CPs especificam os tempos de varredura como função do tamanho do programa pex 10 ms1k de programa e situamse na faixa de 03 à 10 msk caracterizando a existência de CPs rápidos e lentos Memórias As memórias podem ser divididas em dois grupos conforme a função Memória de Dados também conhecida como memória de rascunho Serve para armazenar temporariamente os estados de ES marcadores de presets de temporizadores contadores e valores digitais para que a CPU possa processálos A cada ciclo de varredura a memória de dados é atualizada Geralmente é uma memória do tipo RAM Memória de Usuário serve para armazenar as instruções do software aplicativo e do usuário programas que controlam a máquina ou a operação do processo que são continuamente executados pela CPU Pode ser memória RAM EPROM NVRAM ou FLASHEPROM Terminal de Programação TP Pode ser outro computador dedicado usado para elaborar os programas que serão usados no CLP Em geral usase um computador pessoal PC com um software emulador do TP dedicado Interface HomemMáquina IHM É responsável pela comunicação do operador com o sistema para atuar em variáveis do processo tais como temperatura pressão etc sem que se interfira com o programa ou que se entenda ele Existe uma enorme gama de IHMs displays de uma ou dezenas de linhas ou gráficos de acordo com a aplicação e necessidade Portas de Comunicação TER e AUX Permitem a comunicação da CPU com o TP TER e da CPU com a IHM AUX Interface para Comunicação em Rede Permite a comunicação do CLP com outros CLPs e com um PC É colocada no lugar de um dos módulos de ES ou em uma parte específica da CPU O tipo de interface e o cabo utilizado irão definir o padrão físico e o protocolo de rede Ex MPI ou PPI point to point MODEBUS FIELDBUS PROFIBUS CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 36 Comunicação Serial é a mais comumente utilizada e é feita utilizandose simples cabos de par trançado Os padrões mais utilizados são o RS232C loop de corrente 20 mA e o RS422RS485 em alguns casos RS232C é empregada para velocidades de transmissão de até 20k baud bitss e distância máxima de 15 metros que se utilizada com modems pode ser aumentada RS422RS485 é uma versão melhorada do padrão RS232C Ela possibilita o emprego de velocidades de transmissão de até 100k baud para distâncias de até 1200 m podendo alcançar velocidades da ordem de Mbaud para distâncias menores Loop de Corrente 20 mA é idêntica à RS232C e como é baseada em níveis de correntes ao invés de tensões permite o emprego de distâncias bem maiores Muitos CLPs oferecem ambos os padrões RS232C e loop de corrente Blocos de EntradaSaída São responsáveis pela aquisição de dados de variáveis do processo e acionamento de dispositivos físicos como relés sinalizadores etc O acesso a esta interface pode ocorrer por bornes blocos de bornes ou cabos e conectores As entradas e saídas de um CLP podem ser divididas em duas categorias as analógicas e digitais Na figura abaixo são ilustrados estes dois modelos de interfaces IO Na entrada o módulo aceita as tensões usuais de comando 24 Vcc 110220 Vca que chegam e as transforma em tensões de nível lógico aceitos pela CPU As entradas analógicas são referentes aos dispositivos que trabalham com grandezas analógicas como por exemplo temperatura umidade relativa pressão entre outras Para que a CPU trabalhe com esses valores analógicos é necessário que essas entradas sejam convertidas usando conversores AD analógico para digital CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 37 O módulo de saída comuta as tensões de controle fornecidas necessárias para acionar vários dispositivos conectados O isolamento é feito através de optoacopladores ou transformadores isolamento galvânico As entradas e saídas são organizadas por tipos e funções e agrupadas em grupos de 2 4 8 16 e até 32 pontos ou circuitos por interface cartão eletrônico de ES Os cartões são normalmente do tipo de encaixe e configuráveis de forma a possibilitar uma combinação adequada de pontos de ES digitais e analógicas A quantidade máxima de pontos de ES disponíveis no mercado de CPs pode variar de 16 a 8192 pontos normalmente o que caracteriza a existência de pequenos médios e grandes CPs Fonte de alimentação A alimentação de energia do CLP utiliza uma fonte chaveada e uma única tensão de saída de 24 V Esse valor já é utilizado com a finalidade de alimentar os módulos de entrada e saída de dados e a CPU ao mesmo tempo Outra característica importante é que normalmente as máquinas industriais funcionam com essa tensão por ser bem menos suscetível a ruídos Outro ponto destacável é que essa tensão já é compatível com o sistema de comunicação RS232 53 Linguagens de Programação A programação traduz as funções a serem executadasPara isso ela deve ser a mais simples possível A linguagem de programação é baseada na mnemotécnica e através de uma linguagem específica que usa abreviações figuras e números se torna acessível a todos os níveis tecnológicos principalmente aos técnicos e engenheiros lógica de relés Hoje a linguagem de programação é padronizada segundo a norma IEC 11313 estabelecida em 1993 e visa atender tanto os conhecimentos da época do relé ditos comandos elétricos onde os sistemas eram automatizados fazendose uso destes como os conhecimentos da era digital onde os sistemas são automatizados usandose CLPs No primeiro caso adequase a representação da linguagem pelos diagramas de contatos e no segundo a representação pelos diagramas lógicos da tecnologia digital ou ainda a representação matemática Na execução de tarefas ou resolução de problemas com dispositivos microprocessados se faz necessária a utilização de uma linguagem de programação através da qual o usuário se comunica com a máquina A linguagem de programação é uma ferramenta necessária para gerar o programa que vai coordenar e seqüenciar as operações que o microprocessador deve executar São linguagens de programação CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 38 Linguagem de Máquina É a linguagem corrente de um microprocessador ou microcontrolador onde as instruções são escritas em código binário bits 0 e 1 Para minimizar as dificuldades de programação usando este código podese utilizar também o código hexadecimal como vistos nos exemplos abaixo Linguagem Assembler Na linguagem assembler o programa é escrito com instruções abreviadas chamadas mnemônicos Cada microprocessador ou microcontrolador possui estruturas internas diferentes portanto seus conjuntos de registros e instruções também são diferentes Compiladores e Interpretadores Quando um microcomputador utiliza uma linguagem de alto nível é necessária a utilização de compiladores e interpretadores para traduzirem este programa para a linguagem de máquina CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 39 Uma linguagem de alto nível é uma linguagem próxima da linguagem corrente utilizada na comunicação de pessoas De maneira geral o programa do CLP é um conjunto de expressões booleanas As expressões são avaliadas uma a uma seqüencialmente a cada ciclo de varredura e o resultado correspondente é armazenado na memória intermediária do CLP Ao terminar a avaliação a parte da memória intermediária correspondente às saídas é copiada nas saídas Normalmente programase um controlador através de um software que possibilita a sua apresentação ao usuário em diferentes formas A norma IEC 11313 define as seguintes linguagens de programação Linguagens Gráficas Diagramas de Funções Seqüenciais Sequential Function Chart SFC evolução do graphcetfrancês Diagramas de Contatos Ladder Diagram LD programação como esquemas de relés Diagramas de Blocos de Funções Function Block Diagram FBD blocos lógicos representando portas E OU Negação Ou exclusivo etc Linguagens Textuais Lista de Instruções Instruction List IL Texto Estruturado Structured Text ST linguagem que vem substituir todas as linguagens declarativas tais como linguagem de instruções BASIC estruturado e inglês estruturado Esta linguagem é novidade no mercado internacional e é baseada no Pascal A linguagem mais difundida é o diagrama de contatos Ladder devido à semelhança com os esquemas elétricos usados para o comando convencional e a facilidade de visualização nas telas de vídeo dos programadores CRT O software pode apresentarse de forma linear onde o programa é varrido desde a primeira até a última instrução não importandose com a necessidade ou não de ser executada uma parte do programa É uma característica dos processadores mais simples Bit Processor Por outro lado na programação estruturada um programa principal é lido e conforme a seqüência de eventos os blocos de programa e funções são executados Uma grande vantagem está na otimização do software que oferece a possibilidade de utilização de subrotinas e subprogramas CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 40 Alguns CLPs possibilitam a apresentação do programado usuário em uma ou mais formas enquanto alguns softwares de programação permitem migrar de uma linguagem para outra como p ex de Ladder para Lista de Instrução de Ladder para Diagrama Lógico e viceversa Cabe ressaltar que cada um dos métodos de representação tem suas propriedades e limitações não sendo universal a intercambialidade entre eles Por ex um programa escrito em IL nem sempre pode ser escrito em LAD ou FBD As vantagens e desvantagens de cada uma das formas de linguagem de programação são dependentes dos conhecimentos do programador Diagramas de Contatos Segundo Moraes e Castrucci 2001 a Linguagem Ladderou a Linguagem de Diagrama de Contatos LADDER Diagram ou Diagrama de Relés ou Diagrama Escada originouse dos diagramas elétricos em LADDEREscada cuja origem provém da Lógica de Relês Esta forma gráfica de apresentação está muito próxima à normalmente usada em diagramas elétricos como visto abaixo Diagrama de Blocos Lógicos Mesma linguagem utilizada em lógica digital onde sua representação gráfica é feita através das chamadas portas lógicas Lista de Instrução CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 41 Linguagem semelhante à utilizada na elaboração de programas para computadores 54 Programando em LADDER Os diagramas de contato são uma forma de programação de CLPs por meio de símbolos gráficos representando contatos contacts e bobinas coils Pelo fato de utilizar a lógica de relé é a linguagem de programação de CLP mais simples de ser assimilada por quem já tenha conhecimento de circuitos de comando elétrico Compõese de vários circuitos dispostos horizontalmente com a bobina na extremidade direita alimentados por duas barras verticais laterais Por esse formato é que recebe o nome de ladder ou escada em português Existe uma linha vertical de energização a esquerda e outra linha a direita Entre estas duas linhas existe a matriz de programação formada por xy células dispostas em x linhas e y colunas No exemplo abaixo temse um caso de 32 células dispostas em 4 linhas e 8 colunas No exemplo acima cada conjunto de 32 células é chamado de uma lógica do programa aplicativo As duas linhas laterais da lógica representam barras de energia entre as quais são colocadas as instruções a serem executadas As instruções podem ser contatos bobinas temporizadores etc A lógica deve ser programada de forma que as instruções sejam energizadas a partir de um caminho de corrente entre as duas barras através de contatos ou blocos de funções interligados Entretanto o fluxo de corrente elétrica simulado em uma lógica flui somente no sentido da barra de CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 42 energia esquerda para a direita diferentemente dos esquemas elétricos reais As células são processadas em colunas iniciando pela célula esquerda superior e terminando pela célula direita inferior Cada célula pode ser ocupada por uma conexão fio por um bloco relé de tempo operação aritméticaetc ou ainda por um contato ou bobina Cada uma das linhas horizontais é uma sentença lógica onde os contatos são as entradas das sentenças as bobinas são as saídas e a associação dos contatos é a lógica Os contatos e bobinas são conectados por ligações links em ramos rungs como num diagrama de lógica a relé As ligações são os fios de interconexão entre as células da lógica Ladder contatos bobinas e blocos de funções Podemos ter ligações na horizontal na vertical e ainda uma ligação negada inversora As ligações horizontais e verticais simplesmente conectam saídas de células as entradas de outras células Já a ligação negada inverte o sinal na sua entrada como mostrado abaixo Podese observar a diferença entre uma ligação negada que inverte o valor binário em sua entrada com a chave NF que abre a ligação entre sua entrada e sua saída quando a bobina associada a ela é energizada As expressões booleanas calculadas a cada ciclo de varredura do CLP correspondem à avaliação lógica seqüencial do diagrama de contatos Contatos Um contato é representado abaixo associado à variável booleana A interna ao CLP e suas ligações A Os contatos são usados como acesso ao estado de uma variável interna no cálculo de expressões booleanas CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 43 Bobinas Uma bobina é representada abaixo associada a uma variável booleana Q Q As bobinas alteram os estados das variáveis associadas No Ladder cada operando nome genérico dos contatos e bobinas é identificado com um endereço da memória à qual se associa no CLP Esse endereço aparece no ladder com um nome simbólico para facilitar a programação e é arbitrariamente escolhido pelo fabricante Ladder e equivalência com álgebra booleana Diagrama Ladder equivalente à lógica NOT CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 44 Diagrama Ladder para uma porta AND CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 45 Diagrama Ladder para uma porta OR Diagrama Ladder para uma porta NAND Diagrama Ladder para uma porta NOR Diagrama Ladder para uma porta XOR Associação de contatos em paralelo em Ladder Associação de contatos em série em Ladder CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 46 CAPÍTULO 06 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E COMANDO 61 Fusíveis O princípio de funcionamento do fusível baseiase na fusão do filamento e conseqüente abertura do mesmo quando por este passa uma corrente elétrica superior ao valor de sua especificação Para entender esta operação veja a figura abaixo O elemento fusível é um fio ou uma lâmina de metal alocado no interior do fusível um corpo geralmente de porcelana e hermeticamente fechado A maioria dos fusíveis possui um elemento indicador indicado por 3 na Figura 43 que indica a integridade do dispositivo Este elemento é um fio ligado em paralelo com o elemento fusível e que libera uma mola após a sua operação o que provoca o aparecimento do sinalizador na carcaça do fusível O meio extintor do fusível é um material granulado geralmente areia de quartzo O elemento fusível assume diversas formas de acordo com a sua corrente nominal podendo ser composto por um ou mais fios de lâminas ligados em paralelo com trechos de seção reduzida No fusível existe um ponto de solda em que a temperatura de fusão é menor que a do elemento fusível Operação do Fusível Quando o elemento fusível opera em regime permanente onde a corrente que circula na carga em série é estável o condutor e o elemento fusível obviamente têm a mesma corrente elétrica a qual produz aquecimento em ambos CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 47 A temperatura do condutor atinge então a temperatura 1 Já o elemento fusível que possui uma resistência elétrica mais alta fica com uma temperatura superior 2 o aquecimento é maior pelo efeito Joule Esta temperatura mais elevada ocorre no ponto médio do elemento fusível como se vê na curva da Figura 44 A temperatura se comporta da seguinte forma decresce do ponto médio até as extremidades do elemento fusível Notase que os pontos de conexão e o ponto médio não têm a mesma temperatura mas possuem uma temperatura maior que a dos condutores A corrente que percorre o fusível sem ultrapassar este valor é a corrente nominal do mesmo Um valor acima da corrente nominal provoca o rompimento do elemento fusível de acordo com a sua curva de atuação e aí o circuito se abre Os FUSÍVEIS são dispositivos de segurança e proteção que são inseridos nos circuitos elétricos para interrompêlos quando alguma anomalia acontece situações anormais de corrente com o curto circuito ou sobrecargas de longa duração Classificação De um modo geral os fusíveis são classificados segundo a tensão de alimentação em alta ou baixa tensão e também segundo as características de desligamento em efeito RÁPIDO ou RETARDADO Fusíveis de Efeito Rápido os fusíveis de efeito rápido são empregados em circuitos em que não há variação considerável de corrente entre a fase de partida e a de regime normal de funcionamento Esses fusíveis são ideais para a proteção de circuitos resistivos lâmpada fornos etc Fusíveis de Efeito Retardado os fusíveis de efeito retardado são apropriados para uso em circuitos cuja corrente de partida atinge valores muitas vezes superiores ao valor da corrente nominal e em circuitos CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 48 que estejam sujeitos a sobrecarga de curta duração Como exemplos podem ser citados motores elétricos e cargas capacitivas em geral As formas construtivas mais comuns dos fusíveis aplicados nos circuitos de motores elétricos são os tipos D Diazed diametral e NH de maior capacidade de corrente Abaixo fusível Diazed fig a e NH fig b Características Os fusíveis D e NH também conhecidos como fusíveis de força atuam como dispositivos de proteção em circuitos de motores elétricos principalmente protegendoos contra correntes de curto circuito de forma seletiva em combinação com relés contra sobrecargas de longa duração Suas principais características são Corrente nominal corrente máxima que o fusível suporta continuamente sem interromper o funcionamento do circuito Esse valor é marcado no corpo de porcelana do fusível Corrente de curto circuito corrente máxima que deve circular no circuito e que deve ser interrompida instantaneamente Capacidade de ruptura KA valor de corrente que o fusível é capaz de interromper com segurança Não depende da tensão nominal da instalação Tensão nominal tensão para a qual o fusível foi construído Os fusíveis normais para baixa tensão são indicados para tensões de serviço de até 500 V em CA e 600 V em CC Resistência elétrica ou resistência ôhmica grandeza elétrica que depende do material e da pressão exercida A resistência de contato entre a base e o fusível é responsável por eventuais aquecimentos que podem provocar a queima do fusível O fusível tipo D é recomendado para o uso residencial e industrial uma vez que possui proteção contra contatos acidentais podendo ser manuseado por pessoal não qualificado Faixa de corrente de 2 a 63 A capacidade de ruptura de 50 kA e tensão máxima de 500 V Fusíveis DIAZED Os fusíveis Diazed podem ser de ação rápida ou retardada CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 49 Os de ação rápida são usados em circuitos resistivos ou seja sem picos de corrente Os de ação retardada são usados em circuitos com motores e capacitores sujeitos a picos de corrente Esses fusíveis são construídos para valores de no máximo 100 A e capacidade de ruptura é de 70 kA com uma tensão de 500 V Na figura abaixo é mostrado o aspecto construtivo do fusível tipo D Fusíveis Tipo D UltraRápidos Silized Os fusíveis ultrarápidos SILIZED são utilizados na proteção de curtocircuito de semicondutores tiristores GTOs e diodos Estão adaptados às curvas de carga dos tiristores e diodos de potência permitindo quando da sua instalação seu manuseio sem riscos de toque acidental Possuem categoria de utilização gR em três tamanhos e atendem às correntes nominais na faixa de 16 a 100 A Fusíveis NEOZED Tipo D0 Os fusíveis NEOZED possuem tamanho reduzido e são aplicados na proteção de curtocircuito em instalações típicas residenciais comerciais e industriais Possuem categoria de utilização gLgG atendendo as correntes nominais de 2 a 63 ampères Categoria de utilização gG para aplicação geral e com capacidade de interrupção em toda zona tempocorrente CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 50 Tensão nominal 400 VCA 250 VCC Capacidade de interrupção nominal 50 kA até 400 VCA e 8 kA até 250 VCC Atendem às Normas NBR IEC 60 269 e VDE 0636 Fusíveis tipo NH Os fusíveis tipo NH devem ser manuseados por pessoas qualificadas sendo recomendados para ambientes industriais e similares Faixas de 4 a 630 A capacidade de ruptura de 120 kA e tensão máxima de 500 V NH são as iniciais de Niederspannungs Hochleitungs que em língua alemã significa Baixa Tensão e Alta Capacidade de Interrupção Os fusíveis NH são aplicados na proteção de sobrecorrentes de curtocircuito e sobrecarga em instalações elétricas industriais Atendem às normas IEC 6026921 VDE 0636 alemã e NBR11841 ABNT brasileira Possuem categoria de utilização gLgG atendendo as correntes nominais de 6 a 1250 A Categoria de utilização gG para aplicação geral e com capacidade de interrupção em toda zona tempocorrente Tensão nominal 500 VCA e 690 VCA 250 VCC Capacidade de interrupção nominal 120 kA até 500 VCA e 690 VCA 100 kA até 250 VCC Os fusíveis NH são constituídos por 2 partes base e fusível A base é fabricada de material isolante como a esteatita plástico ou termo fixo Nela são fixados os contatos em forma de garras às quais estão acopladas molas que aumentam a pressão de contato CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 51 O fusível possui corpo de porcelana de seção retangular Dentro desse corpo estão o elo porcelana existem duas facas de metal que se encaixam perfeitamente nas garras da base O elo fusível é feito de cobre em forma de lâminas vazadas em determinados pontos para reduzir a seção condutora O elo fusível pode ainda ser fabricado em prata Os fusíveis NH suportam elevações de tensão durante certo tempo sem que ocorra fusão Eles são empregados em circuitos sujeitos a picos de corrente e onde existam cargas indutivas e capacitivas Em resumo sua construção permite valores padronizados de corrente que variam de 6 a 1200 A Sua capacidade de ruptura é sempre superior a 70 kA com uma tensão máxima de 500 V Curva Característica de um Fusível Os fusíveis apresentam curvas características do tempo máximo de atuação tseg em função da corrente No dimensionamento de fusíveis de efeito retardado para motores elétricos e cargas capacitivas em geral devemse levar em consideração os seguintes aspectos O tempo de fusão virtual exemplo para um motor tempo e corrente de partida neste caso os fusíveis utilizados devem suportar o pico da corrente de partida Ip sem fundir durante o tempo transitório de partida do motor Tp Tendo em mãos os valores de Tp e Ip é fácil dimensionar o fusível a ser empregado em cada fase do mesmo A seguinte equação deve ser utilizada Para assegurar a vida útil da instalação do motor elétrico devese dimensionar uma corrente no mínimo 20 superior à sua corrente nominal Quanto aos outros dispositivos no circuito de alimentação como contatores e relés de sobrecarga devese observar o seguinte critério CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 52 Ou seja os fusíveis deverão proteger estes elementos Esta verificação é feita com base em cálculos e em consultas em tabelas de contatores e de relés de sobrecarga 62 Disjuntores O Disjuntor é um dispositivo eletromecânico que permite proteger uma determinada instalação elétrica contra curtocircuito eou sobrecargas Sua principal característica é a capacidade de poder ser rearmado manualmente quando estes tipos de defeitos ocorrem diferindo do fusível que tem a mesma função mas que fica inutilizado depois de proteger a instalação Assim o disjuntor interrompe a corrente em uma instalação elétrica antes que os efeitos térmicos e mecânicos desta corrente possam se tornar perigosos às próprias instalações Por esse motivo ele serve tanto como dispositivo de manobra como de proteção de circuitos elétricos Um disjuntor é constituído pelo relé com um órgão de disparo disparador e um órgão de corte o interruptor e dotado também de convenientes meios de extinção do arco elétrico câmaras de extinção do arco elétrico O disjuntor mais simples é o disjuntor termomagnético que possui um relé eletromagnético que protege contra curto circuitos e um relé térmico constituído por uma lâmina bimetálica que protege contra sobrecargas Aspectos construtivos de um Disjuntor 1 Atuador chave para desligar ou resetar manualmente o disjuntor Também indica o estado do disjuntor LigadoDesligado ou desarmado A maioria dos disjuntores é projetada de forma que o disjuntor desarme mesmo que o atuador seja segurado ou travado na posição liga 2 Mecanismo atuador une os contatos juntos ou independentes 3 Contatos Permitem que a corrente flua quando o disjuntor está ligado e seja interrompida quando desligado 4 Terminais 5 Trip bimetálico 6 Parafuso calibrador permite que o fabricante ajuste precisamente a corrente de trip do dispositivo após montagem 7 Solenóide 8 Extintor de arco CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 53 63 Contatores Numa definição simples contatores são dispositivos de manobra eletromecânica construídos para uma elevada freqüência de operação São comandados a distância com uma única posição de repouso estável aberto ou fechado Os contatores podem estabelecer interromper e suportar correntes normais da instalação nominais e ocasionalmente as de curtocircuito De acordo com a potência carga o contator é um dispositivo de comando de motor e pode ser utilizado individualmente acoplado a relés de sobrecarga na proteção de sobrecorrente Basicamente existem contatores para motores e contatores auxiliares Classificação dos Contatores Os contatores podem ser classificados como Principais siglas CW e CWM e Auxiliares CAW Os contatores auxiliares operam com corrente máxima de 10 A e possuem de 4 a 8 contatos podendo chegar até 12 contatos Os contatores principais trabalham com corrente máxima de até 600 A De uma maneira geral possuem três contatos principais do tipo NA para manobra de cargas trifásicas a três fios Tipos de Contatores Eletromagnéticos a força necessária para fechar o circuito provém de um eletroímã Pneumáticos a força para efetuar a ligação provém do ar comprimido CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 54 Eletropneumáticos similares aos pneumáticos mas com o circuito de comando governado por eletroválvulas O Contator controla elevadas correntes através de um circuito de baixa corrente É construído de uma bobina que quando alimentada por corrente cria um campo eletromagnético no núcleo fixo o qual atrai o núcleo móvel fechando o circuito Ao cessar a alimentação da bobina o campo eletromagnético é interrompido e aí o mecanismo volta à posição anterior chave aberta Um dos critérios para selecionar um contato é o tipo de tensão de trabalho de suas bobinas A bobina constitui o terminal de entrada para o movimento da peça móvel do contator armadura A tensão de alimentação da bobina pode ser do tipo contínuo CC ou alternado CA dependendo da tecnologia do fabricante Há uma grande variedade de bobinas com diversos níveis de tensão de 24 até 600 V tanto para CC quanto para CA Para fins de classificação os contatos são designados de acordo com o seu estado de repouso Como os contatos normalmente se encontram nas situações de repouso os contatos são classificados de duas formas 1 Normalmente Aberto NA indica contato aberto na posição de repouso 2 Normalmente Fechado NF indica contato fechado na posição de repouso Vantagens do Emprego de Contatores Comando à distância Elevado número de manobras Grande vida útil mecânica CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 55 Pequeno espaço para montagem Garantia de contato imediato Tensão de operação de 85 a 110 da tensão nominal prevista para contator Características Principais Ligação rápida e segura do motor Controle de alta corrente por meio de baixa corrente Comando local ou à distância Possibilidade de se construir vários tipos de chaves de partida Proporciona proteção efetiva do operador Garantia de desligamento do motor em caso de sobrecarga Possibilidade de simplificação do sistema de operação e supervisão de uma instalação Defeitos mais freqüentes dos Contatores Sobrecarga da bobina magnética Isolação deficiente Desgaste excessivo dos contatos Sobreaquecimento dos contatos Defeitos mecânico A vida útil do comando pode ser estimada de em função de aspectos mecânicos e elétricos Com relação à vida útil mecânica esta possui um valor fixo definido pelo projeto do contator e pelo desgaste dos materiais utilizados Numericamente falando se pode citar um valor entre 10 x 106 a 15 x 106 manobras contatores de pequeno porte Este parâmetro vem indicado no catálogo dos fabricantes Abaixo simbologia de contatores usada em comando elétricos 64 Relés de Sobrecarga Os relés de sobrecarga são dispositivos baseados no princípio da dilatação de partes elétricas bi metálicas metais diferentes que sofrem dilatações diferentes quando submetidas a uma variação de temperatura CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 56 A Figura mostra a deflexão do bimetal onde se vê que a curvatura do mesmo se dá para o metal de menor coeficiente de dilatação Esta curvatura é utilizada para desarmar um contato e portanto desligar o relé O relé de proteção contra sobrecarga também conhecido como relé bimetálico ou ainda relé térmico é aplicado na proteção de motores elétricos contra sobrecarga Representação do esquema de um relé de sobrecarga bimetálico As funções de um relé de sobrecarga eletrônico equipados com um botão RESET são A Função somente o rearme automático AUTO Função de rearme automático e função teste HAND Função de rearme manual e função teste H Função somente rearme manual Nas posições H manual somente rearme e A automático somente rearme as funções de teste estão bloqueadas enquanto que nas posições HAND manual e AUTO automático é possível a simulação de teste e o desarme através da atuação direta na tecla Reset Nas posições H e HAND o relé após atuar relé desarmado tem que ser resetado manualmente através de pressão na tecla Reset enquanto que nas posições A e AUTO o relé após atuar relé desarmado é resetado automaticamente Elementos de um relé de sobrecarga 1 botão de rearme 2 contatos auxiliares 3 botão de teste 4 lâmina bimetálica auxiliar 5 cursor de arraste 6 lâmina bimetálica principal 7 ajuste de corrente CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 57 Funções H HAND AUTO e A o ajuste das funções H HAND AUTO e A ocorre através do giro sem pressão do botão vermelho com uma chave apropriada posicionando o mesmo nas indicações da tecla Reset Na passagem de HAND para AUTO a tecla Reset deve ser levemente pressionada simultaneamente ao giro do botão vermelho 65 Relés de Tempo Os relés de tempo são temporizadores para controle de intervalos de tempo de curta duração utilizados no controle de máquinas e processos industriais em tarefas como 1 seqüenciamento 2 interrupções de comandos e 3 chaves de partida Os principais relés de tempo eletrônicos são relés com retardo na energização ou para ligar e com retardo na desenergização ou para desligar e relés cíclicos Um relé eletrônico do tipo TRE Retardo na Energização é aquele que ao ser energizado tensão na bobina A1A2 não arma os seus contatos imediatamente A partir daí iniciase a contagem do tempo tRE préselecionado na escala após o qual o relé arma O Relé TRE é também conhecido como relé AO TRABALHO Abaixo simbologia da bonina de um relé temporizado e forma de onda Um relé eletrônico do tipo TRD Retardo na Desenergização é aquele que ao ser energizado tensão na bobina A1A2 veja o seu símbolo arma seus contatos Ao ser desenergizado iniciase a contagem do tempo TRD préselecionado na escala após o qual o relé desarma O Relé TRD é também conhecido como relé AO REPOUSO Abaixo simbologia da bobina e forma de onda CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 58 66 Relés de Nível Os Relés de nível são dispositivos eletrônicos de controle que permitem o monitoramento e a regulagem automática do nível de líquidos com o uso de sensores capacitivos ou de eletrodos para líquidos condutores de corrente elétrica São bastante utilizados em automação de reservatórios em geral em diversas aplicações como prevenção de funcionamento a seco da bomba proteção contra transbordamento do tanque de enchimento acionamento de solenóides ou alarmes sonoros luminosos O princípio de funcionamento na medição do nível se apóia na resposta dos sensores de presençaausência de líquido O relé possui um DIAL potenciômetro de sensibilidade que permite ajustar a resposta do sensor Os relés de nível são disponíveis em funções de controle de enchimento e de esvaziamento Os eletrodos ou sensores são fixados no reservatório em níveis diferentes para o controle máximo reservatório cheio mínimo e referência reservatório vazio A Figura mostra a localização dos terminais e o diagrama de ligação do relé de controle de esvaziamento RNWES do fabricante WEG No controle do esvaziamento do reservatório o relé de saída energiza fecha os contatos 1518 quando o líquido atinge o eletrodosensor de nível máximo e desenergiza abre os contatos 1518 quando o eletrodosensor de nível mínimo é acionado CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 59 Função Enchimento o relé de saída energiza fecha os contatos 1518 quando o sensor de nível mínimo é acionado e desenergiza abre os contatos 1518 quando o líquido atinge o sensor de nível máximo 68 Relés Seqüência e Falta de Fase Os relés Seqüência de Fase são dispositivos eletrônicos que protegem os sistemas trifásicos contra inversão da seqüência de fase Sempre que houver esta anomalia no sistema trifásico o relé atuará para interromper a operação do motor ou processo a ser protegido Se a seqüência de fase estiver correta o relé de saída comuta os contatos para a posição de operação fechando os terminais 1518 NA e o LED vermelho relé e o verde alimentação ligarão Na ocorrência de inversão das fases o LED vermelho desliga e o relé comuta a sua chave para a posição 15 16 NF A figura mostra o aspecto deste relé bem como os esquemas de ligação onde as 3 fases R S e T da rede a ser monitorada são conectadas aos bornes L1 L2 e L3 O Relé Falta de Fase atua quando na falta de uma ou mais fases no motor CAPÍTULO 07 DISPOSITIVOS DE ACIONAMENTO E SINALIZAÇÃO 71 Botões de Comando Um botão de comando é aquele que aciona uma chave Chave é também denominado contato Tem a função de conectar e desconectar dois pontos de um circuito elétrico CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 60 A chave tem dois terminais um deve ser ligado à fonte ou gerador podendo ser de CC ou de CA e outro ligado à carga ou receptor É feita de metal de baixa resistência elétrica para facilitar a passagem de corrente e alta resistência mecânica de modo a poder ligar e desligar muitos milhares de vezes número de manobras A velocidade de ligação ou desligamento deve ser a mais alta possível para evitar o desgaste provocado pelo calor proveniente do arco voltaico provocado no desligamento quando a carga for indutiva O contato pode ser do tipo com trava por exemplo o tipo alavanca usado nos interruptores de iluminação e também pode ser do tipo de impulso com uma posição normal mantida por mola e uma posição contrária mantida apenas enquanto durar o impulso de atuação do contato Nesse caso se chama fechador ou abridor conforme a posição mantida pela mola Fechador Também chamado ligador é mantido aberto por ação de uma mola e se fecha enquanto acionado Como a mola o mantém aberto é ainda denominado normalmente aberto ou NA ou do inglês normally open NO Abridor ou ligador é mantido fechado por ação de uma mola e se abre enquanto acionado Como a mola o mantém fechado é chamado também de normalmente fechado ou NF ou do inglês normally closed NC Uma botoeira é uma chave que comanda um circuito por PULSOS interrompendo ou fechando contatos no mesmo Abaixo alguns exemplos de boeteiras 72 Chaves Fim de Curso As chaves de fimdecurso têm a maior aplicação como limitadora de deslocamento e proteção de máquinas Um exemplo clássico de aplicação é no acionamento de portões eletrônicos CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 61 São chaves acionadas mecanicamente por meio de um rolete mecânico ou gatilho rolete escamoteável fazendo com que seus contatos sejam invertidos ao serem acionadas Geralmente são posicionadas no decorrer do percurso de cabeçotes de máquinas ou hastes de cilindros 73 Sinalizadores Os sinalizadores têm a função de indicar o status de um circuito facilitando para o operador do mesmo o reconhecimento das diversas situações da operação ligado ON desligado OFF sobrecarga etc Existem os sinalizadores sonoros e os luminosos Como sinalizador sonoro usase geralmente sirene ou campainha buzzer O sinalizador sonoro tipo cigarra é fabricado em plástico com grau de proteção IP 40 e alta resistência mecânica elétrica e ao calor sendo disponível nas tensões de 2448 V CACC até 10220380 V CA Atende as mais variadas aplicações que necessitam de interface homemmáquina ou quaisquer tipos de equipamentos para transporte ou elevação Na sinalização luminosa são variados os tipos de sinaleiros existentes são usados nas portas de quadros de comando na frente de máquinas na parte superior das máquinas etc A cor do sinalizador pode indicar alguma função específica Na sinalização luminosa são variados os tipos de sinaleiros existentes são usados nas portas de quadros de comando na frente de máquinas na parte superior das máquinas etc A cor do sinalizador pode indicar alguma função específica Veja a tabela abaixo CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 62 74 Sensores de Proximidade São chaves eletrônicas que emitem um sinal ao detectar a proximidade de um objeto em esteiras hastes de cilindros ou cabeçotes de máquinas Os sensores de proximidade podem ser de diversos tipos entre eles estão os indutivos e óticos 75 Sensores Indutivos São sensores que são acionados quando um objeto metálico é aproximado entrando em um campo eletromagnético 76 Sensores Óticos São sensores que funcionam segundo o princípio de emissão e irradiação infravermelha ÓTICO POR BARREIRA Sensor no qual possui um elemento emissor de irradiação infravermelha montado em frente a um receptor em uma distância prédeterminada É acionado quando ocorre uma interrupção da irradiação por qualquer objeto pois esta deixará de atingir o elemento receptor CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 63 Sensor no qual o emissor e o receptor estão montados em um mesmo conjunto É acionado quando os raios infravermelhos emitidos refletem sobre a superfície do objeto e retornam ao receptor ÓTICO POR REFLEXÃO Sensor parecido com o ótico por difusão diferindo apenas no sistema ótico Os raios infravermelhos emitidos refletem em um espelho instalado frontalmente e retornam ao receptor É acionado quando um objeto interrompe a reflexão de raios entre o espelho e o receptor CAPÍTULO 08 ATUADORES HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 81 Atuadores Lineares Nos atuadores pneumáticos a energia pneumática e transformada em mecânica e em seguida em movimento e forças através da utilização de elementos pneumáticos chamados cilindros mesmo acontece para atuadores hidráulicos contudo neste transformase energia hidráulica em mecânica Cilindros de simples Ação O cilindro de simples ação possui um único orifício pelo qual o ar ou óleo entra e sai Ao colocarmos pressão neste cilindro ele é movimentado e ao retirarmos pressão uma mola retorna a haste do cilindro para a posição original CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 64 Cilindros dupla ação Os cilindros de duplaação possuem dois orifícios pelos quais podem entrar e sair o ar ou óleo dependendo do movimento desejado portanto um orifício serve para o avanço do cilindro e outro para o seu retorno O fluxo de ar ou óleo que o cilindro recebe é transmitido por válvulas direcionais Atuadores linear tipo telescópio Este atuador é composto por varias hastes CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 65 82 Atuadores Rotativos A função dos atuadores rotativos é converter energia hidráulica ou pneumática em movimentos rotativos multiplicando a força Motores de Palheta São geralmente simples e pequenos conseqüentemente leves Por meio de uma pequena quantidade de ar as palhetas são movimentadas girando um rotor estes têm geralmente entre três e dez palhetas Motores de Pistão É subdivido em radias e axais podem executar movimento em ambos os sentidos Por intermédio dos pistões em movimento radial o embolo através de uma biela aciona o eixo do motor Para que seja garantido um movimento sem choques e oscilações são necessários vários pistões O funcionamento do motor axial é similar ao axial um disco oscilante transforma a força de cinco cilindros axialmente posicionados em movimento giratório Dois pistões são alimentados simultaneamente com ar a cada instante CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 66 83 Válvulas As válvulas direcionais direcionam o sentido do fluxo de ar ou óleo atendendo à necessidade do circuito São caracterizadas por Número de vias Número de posições Posição de repouso Tipo de acionamento comando Tipo de retorno para a posição de descanso Vazão Um dos símbolos mais importantes é aquele usado para representar válvulas e principalmente as válvulas direcionais Uma válvula pode assumir varias posições dependendo do estado em que se encontra não acionada acionada para a direita acionada para a esquerda etc As válvulas direcionais são classificadas de acordo com o numero de orifícios para passagem do fluxo de ar ou óleo vias e pelo numero de posições que ela pode assumir Cada posição da válvula é simbolizada por um quadrado e o número de quadrados indica o número de posições ou estados que ela pode assumir A figura abaixo mostra válvulas de uma duas ou três posições consecutivamente No interior do quadrado representamse as passagens que estão abertas permitindo o fluxo de fluido e as que estão fechadas Quando um orifício da válvula se comunica com outro permitindo a passagem de fluido essa passagem e representada por uma seta As vias são identificadas por letras maiúsculas ou por números CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 67 As vias quando são fechadas são indicadas por um traço horizontal As ligações externas com as vias são indicadas por traços curtos Fig a Vias fechadas b vias em comunicação c Ligações externas com as vias fig d válvula com duas posições e três vias O orifício 1 esta bloqueado e o orifício 2 esta em comunicação com o orifício 3 A posição de repouso é aquela que a válvula assume quando não é acionada A posição de partida é aquela que a válvula assume quando montada no sistema e recebe a pressão da rede e ainda se houver a ligação elétrica Válvulas de Retenção A válvula de retenção é usada para permitir a passagem do fluido num determinado sentido e fazer seu bloqueio no sentido oposto Válvulas de Escape Rápido Essa válvula é colocada diretamente no cilindro ou o mais próximo dele com a finalidade de aumentar a velocidade do êmbolo Válvula Alternadora Essa válvula é empregada quando há necessidade de enviar sinais de lugares diferentes a um ponto comum de comando CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 68 Válvula de simultaneidade Empregamse essa válvula principalmente em comando de bloqueio comandos de segurança e funções de controle em combinações lógicas Válvula Reguladora de Fluxo Empregase essa válvula para a regulagem da velocidade em atuadores Válvula de retardo A válvula de retardo é empregada quando há necessidade num circuito pneumático de um espaço de tempo entre uma e outra operação em um ciclo de operações Válvula de seqüência CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 69 Essa válvula é utilizada em comandos pneumáticos quando há necessidade de uma pressão determinada para o processo de comando comando em dependência da pressão e comandos seqüenciais Válvula limitadora de pressão A finalidade dessa válvula é limitar a pressão de trabalho a um determinado valor ajustado Válvula redutora de pressão A válvula redutora de pressão tem a função de manter constante a pressão de saída mesmo havendo variação da pressão de entrada que deverá ser sempre maior CAPÍTULO 09 COMANDOS ELÉTRICOS 91 Conceito Comandos Elétricos tratase da utilização de lógica de contatos para partir maquinas ou automatizar processos A representação dos circuitos de comando de motores elétricos é feita normalmente através de dois diagramas CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 70 Diagrama de força representa a forma de alimentação do motor à fonte de energia Diagrama de comando representa a lógica de operação do motor Em ambos os diagramas são encontrados elementos dispositivos responsáveis pelo comando proteção regulação e sinalização do sistema de acionamento 92 Simbologia Numérica e Literal Como toda linguagem é composta de símbolos em comandos elétricos também utilizase uma simbologia própria e padronizada a fim de facilitar o entendimento por todos que se utilizaram daquela lógica Abaixo uma tabela descreve os principais símbolos padronizados pela ABNT utilizados em comandos elétricos 93 Análise de circuito O funcionamento de um circuito sequencial pode ser analisado através do diagrama de tempo ou do diagrama de transição Exemplo CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 71 94 Circuitos Básicos A seguir são mostrados alguns circuitos básicos de comando e acionamento elétrico Circuito de Retenção Nos circuitos da figura 1041 apertandose a botoeira b1 a bobina do contator d é energizada fazendo fechar os contatos de retenção d como também o contato d para a lâmpada e esta se acende Liberandose a botoeira b1 a bobina mantémse energizada e a lâmpada h permanece acesa Quando se apertar a botoeira b0 a bobina será desenergizada fazendo abrir os contatos de retenção para a lâmpada h e esta se apaga Liberase b0 a lâmpada permanece apagada e o circuito volta à condição inicial CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 72 Figura 1041 Quando apertar as duas botoeiras b0 e b1 ao mesmo tempo no circuito da figura 1041a a lâmpada h não se acende porque a botoeira b0 tem preferência na desenergização e no circuito da figura 1041b a lâmpada h se acende porque a botoeira b1 tem preferência na energização Circuito de Intertravamento Nos circuitos da figura 1042 apertandose 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 1042 CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 73 Quando se apertar as duas botoeiras b12 e depois b13 no circuito da figura 210a que tem intertravamento mecânico com os contatos normalmente fechados das botoeiras conjugadas as lâmpadas não se acendem e no circuito da figura 210b 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 10421 é mostrado um circuito com retenção selo e intertravamento elétrico Figura 10421 Apertandose a botoeira b12 ou b13 a bobina do contator d1 ou d2 é energizada o contato de selo d1 ou d2 fechase 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 10422 são mostrados os circuitos de intertravamento mecânico e elétrico que oferecem maior segurança pela sua constituição CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 74 Figura 10422 Quando a bobina do contator d1 ou d2 estiver energizada para se energizar a bobina do contator d2 ou d1 no circuito da figura 10422a é necessário primeiro apertar a botoeira b0 e depois b13 ou b12 ao passo que no circuito da figura 10422b não há necessidade de tal procedimento porque apertandose b13 ou b12 a bobina do contator d1 ou d2 é desenergizada pelo contato de intertravamento da respectiva botoeira Circuito de Prioridade Primeira ação Este circuito figura 1051 permite energizar somente o contator atuado em primeiro lugar Dispositivos de Entrada e Sensores Figura 1051 CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 75 Última ação Este circuito figura 1052 permite a energização do contator acionado em último lugar Figura 1052 Primeiro lugar Este circuito figura 1053 permite a energização de qualquer contator em primeiro lugar A seguir só é possível a energização de um contator anterior na sequência Figura 1053 Seqüência Este circuito figura 1054 só permite a energização dos contatores em sequência a partir do primeiro CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 76 Figura 1054 Circuito Temporizado Liga retardado No circuito da figura 1061a quando a chave seccionadora a é acionada a lâmpada h se acende depois de um certo tempo t ajustado no temporizador d Liberandose a chave a a lâmpada h se apaga no mesmo instante O circuito da figura 217b tem a mesma função do anterior sendo que o acionamento é por botoeiras Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito respectivamente Figura 1061 Desliga retardado CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 77 No circuito da figura 1062a quando a chave seccionadora a é acionada a lâmpada h acende se no mesmo instante Liberandose a chave a após um certo tempo t ajustado no temporizador d2 a lâmpada h se apaga O circuito da figura 1062b tem a mesma função do anterior sendo que o acionamento é por botoeiras Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito respectivamente CAPÍTULO 10 SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES ELETRICOS DE INDUÇÃO 101 Partida Direta A partida direta é aquela em que o motor é energizado com a tensão de funcionamento desde o instante da partida botoeira ligada Apresenta como características a simplicidade a facilidade de instalação o baixo custo e o maior conjugado de partida do motor Apresenta os inconvenientes A corrente de partida muito alta cerca de 8 a 10 vezes maior do que a corrente nominal o que inviabiliza a sua aplicação com motores de potência elevada Conforme determinações das concessionárias de energia é consenso adotar os limites de potência de 5 CV nas redes de 220 V127 V e de 75 CV nas redes de 380 V 220 V Pode ocasionar a uma elevada queda de tensão no sistema de alimentação da rede CA CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 78 O sistema de proteção cabos contatores fusíveis e disjuntores terá que ser sobredimensionado ocasionando um custo elevado 102 Chave Reversora Quando existe a necessidade de realizarmos a inversão de rotação de um motor elétrico trifásico devemos interagir diretamente em seu campo magnético girante e sabemos também que este campo magnético só existe em função da defasagem de 120 entre as fases Sendo assim deveremos realizar a inverter duas das três fases de alimentação deste motor Observe que no diagrama de potência abaixo possuímos a alimentação do motor elétrico a partir da alimentação fornecida por L1 L2 e L3 e sendo disponibilizados através dos contatores K1 e K2 obviamente os dois dispositivos nunca poderão estar ligados simultaneamente caso isto ocorra teremos um curto circuito gerado na saída dos contatores K1 e K2 CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 79 103 Motor de duas Velocidades Dahlander Um motor capaz de disponibilizar em uma mesma carcaça a possibilidade de utilizar duas velocidades distintas sendo que a velocidade mais alta será sempre o dobro da velocidade menor Isto se dá em função de no fechamento do motor alteramos a quantidade de pólos magnéticos gerados internamente no estator Para o acionamento de um motor Dahlander devese seguir o padrão das ligações apresentado na figura abaixo Repare no fechamento dos terminais 1U 1V e 1W em um ponto comum em curtocircuito Como mostram as figuras este motor possui em seu estator seis bobinas combinadas de duas formas estrelatriângulo e dupla estrela Abaixo acionamento temporizado do motor Dhalander Diagrama de força e comando CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 80 104 Partida Consecutiva de Motores Ocorre entre pelo menos dois motores Por exemplo sejam dois motores M1 e M2 onde o objetivo é ligar o motor M1 e após um determinado tempo acionar o motor M2 sempre nesta ordem utilizando um relé temporizado Logo o segundo motor só é ligado se o primeiro estiver ligado daí o nome de comando condicionado ou subseqüente Na ligação subseqüente de motores podemos acionar uma esteira ponte rolante ou um sistema automático industrial a fim de desenvolver um produto determinado mas sempre levando em conta que os motor es seguintes só funcionam se o anterior funcionar Diagrama de comando partida consecutiva de motores CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 81 105 Chave Estrela Triângulo O método de partida estrelatriângulo é empregado em motores elétricos trifásicos onde se utiliza uma chave de mesmo nome Esta chave manual ou automática é interligada aos enrolamentos do motor que devem estar desmembrados em seis terminais disponíveis É indicada para partida sem carga a vazio Neste método o motor parte ligado em conexão que proporciona uma maior impedância e menor tensão nas bobinas diminuindo assim a corrente de partida juntamente com seu conjugado ocasionando uma perda considerável de torque na partida Vantagens É muito utilizada devido ao seu custo reduzido Não tem limites quanto ao seu número de manobras Os componentes ocupam pouco espaço A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 13 da nominal Desvantagens A tensão de linha da rede deve coincidir com a tensão da ligação triângulo do motor Se o motor não atingir 90 da velocidade nominal no momento da troca de ligação o pico de corrente na comutação será quase como se fosse uma partida direta o que não justifica o seu uso Para ser possível a ligação em YΔ fazse necessário que os motores tenham a possibilidade de serem ligados em dupla tensão 220 V 380 V ou 380 V 660 V ou 440 V 760 V além de terem no mínimo seis bornes de ligação CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 82 Através desta manobra o motor realizará uma partida mais suave reduzindo sua corrente de partida em aproximadamente 13 da que seria se acionado em partida direta Daí ocorre a redução do torque de partida também em 33 Logo esta chave deve ser empregada em aplicações com conjugado resistente conjugado de carga de até 13 do conjugado de partida ou seja deve ser utilizada quase que exclusivamente para partidas sem carga durante a partida ocorre uma redução de tensão nas bobinas do motor O motor parte em ligação Y com uma tensão de 58 da tensão nominal na partida YΔ no modo automático a passagem de ligação Y para a ligação Δ é controlada por um relé temporizador no modo manual utilizase uma chave especifica um ponto importantíssimo em relação a este tipo de partida de motor elétrico trifásico é que o fechamento para triângulo só deverá ser feito quando o motor atingir pelos menos 90 noventa por cento de sua velocidade em RPM Logo o ajuste de tempo de mudança estrelatriângulo deverá estar baseado neste fato O uso de um tacômetro é essencial nesta tarefa na primeira ligação do motor com carga A mudança da configuração para triângulo sem que o motor tenha atingido este percentual de rotação provocaria um pico de corrente praticamente igual ao que teria se usasse partida direta Caso o motor em questão não atenda a este quesito devido à carga acionada é indicado outro tipo de partida como por exemplo chave compensadora Softstart partida suave ou um inversor de freqüência nesta função no uso do temporizador estrelatriângulo recomendase um atraso de 30 a 100 ms tempo fixo para evitar um curtocircuito entre as fases pois os contatores não podem ser fechados simultaneamente Abaixo diagrama de força e comando para partida estrela triangulo Apertando a botoeira S1 o contator K1 é energizado o que fecha o seu selo Daí é energizado o relé de tempo D1 e são fechados os contatos de potência de K1 e de K2 energizado pela chave 1516 do CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 83 relé de tempo D1 O motor parte então ligado em estrela Note que o ramo de K3 está aberto chave NF de K2 atuou Decorrido o tempo ajustado em D1 a sua chave comuta para 15 18 desligando K2 e ligando K3 Daí é feita a transição para a ligação triângulo ligação dos bornes 16 24 e 35 no MIT 106 Chave compensadora por autotransformador Essa chave de partida alimenta as bobinas do motor com tensão reduzida na partida Tal redução é feita através da ligação de um autotransformador em série com as bobinas Após a partida do motor as suas bobinas recebem a tensão nominal Uma chave de partida compensadora é composta na maioria dos casos dos seguintes equipamentos Um transformador ligado em estrela Três contatores Um relé de sobrecarga Três fusíveis retardados e Um relé de tempo Destinase a máquinas que partem com conjugado tais como bombas compressores ventiladores exaustores etc Partidas normais 10 s Para partidas prolongadas pesadas devemse ajustar as especificações do contator relé de sobrecarga condutores etc A partida compensadora ou chave compensadora é utilizada para partidas sob cargas de motores de indução trifásicos com rotor em curtocircuito onde a chave estrelatriângulo é inadequada As normas técnicas e manuais de fabricantes prevêem a utilização desta chave para motores cuja potência seja maior ou igual a 15 CV Esta chave reduz a corrente de arranque evitando sobrecarregar a linha de alimentação Deixa porém o motor com conjugado suficiente para a partida A tensão na chave compensadora é reduzida através de um autotransformador trifásico que geralmente possui taps de 50 65 e 80 da tensão nominal Abaixo diagrama de partida compensadora por autotrafo CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 84 107 Frenagem de Motores Elétricos Para frenar motores elétricos duas técnicas são bastante recorrente uma é por inversão do sentido de rotação do motor e outra com utilização de corrente contínua A frenagem por corrente contínua consiste em retirar a corrente alternada que alimenta o motor e injetar uma corrente contínua no motor e com isso provocando a frenagem do motor A tensão DC injetada do motor deve ser de aproximadamente 20 da tensão de alimentação do motor pois este procedimento provoca um aquecimento do motor CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 85 Obtémse frenagem por contra corrente através da inversão de duas fases da tensão de alimentação do enrolamento estatórico para reverter à direção de rotação do campo girante do motor com o mesmo girando ainda na direção inicial Dessa forma a rotação do motor fica contrária à um torque que atua na direção contrária e começa a desacelerar Quando a velocidade cair a zero o motor deve ser desenergizado caso contrário passará a funcionar no sentido oposto CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 86 CAPÍTULO 11 SOFT STARTER CARACTERÍSTICAS Os softstarters são equipamentos eletrônicos destinados ao controle da partida de motores elétricos de corrente alternada Os softstarters são utilizados basicamente para partidas de motores de indução CA corrente alternada tipo gaiola em substituição aos métodos estrelatriângulo chave compensadora ou partida direta Tem a vantagem de não provocar trancos no sistema limitar a corrente de partida evitar picos de corrente e ainda incorporar parada suave e proteções Essas chaves contribuem para a redução dos esforços sobre acoplamentos e dispositivos de transmissão durante as partidas e para o aumento da vida útil do motor PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 87 O softstarter é um equipamento eletrônico capaz de controlar a potência do motor no instante da partida bem como sua frenagem Ao contrário dos sistemas elétricos convencionais utilizados para essa função partida com autotransformador chave estrela triângulo entre outras Seu princípio de funcionamento baseiase em componentes estáticos os tiristores O esquema genérico de um softstarter está ilustrado na figura abaixo SENSIBILIDADE À SEQÜÊNCIA DE FASE Os softstarters podem ser configurados para operarem somente se a seqüência de fase estiver correta Esse recurso assegura a proteção principalmente mecânica para cargas que não podem girar em sentido contrário bombas por exemplo Quando há a necessidade de reversão podemos fazêlos com contatores externos ao softstarter PLUGIN O plugin é um conjunto de facilidades que podem ser disponibilizadas no softstarter por meio de um módulo extra ou de parâmetros como relé eletrônico frenagem CC ou CA dupla rampa de aceleração para motores de duas velocidades e realimentação de velocidade para aceleração independente das flutuações de carga ECONOMIA DE ENERGIA CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 88 A maioria dos softstarters modernos têm um circuito de economia de energia Essa facilidade reduz a tensão aplicada para motores a vazio diminuindo as perdas no entreferro que são a maior parcela de perda nos motores com baixas cargas Uma economia significante pode ser experimentada para motores que operam com cargas de até 50 da potência do motor CAPÍTULO 12 INVERSORES DE FREQUENCIA Dispositivo eletrônico que transforma energia elétrica CA fixa tensão e frequência em energia elétrica CA variável controlando a potência consumida pela carga Especificamente o inversor de frequência é utilizado para controlar a rotação de um motor assíncrono de indução Isto é alcançado através do controle micro processado de um circuito típico para alimentação do motor composto de transístores de potência que chaveam rapidamente uma tensão CC modificando o valor rms e o período Ao controlar a rotação o motor flexibilizamos a produção da máquina que é acionada pelo motor de indução VANTAGENS Substituição de variadores mecânicos Substituição de variadores eletromagnéticos Automatização e flexibilização dos processos fabris Comunicação avançada e aquisição de dados Eliminação de elementos de partida pesada e complicada Instalação mais simples Aumento da vida útil do maquinário Evita choques mecânicos trancos na partida Redução do nível de ruído CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 89 Excelente regulação de pressão e vazão Economia de energia demanda e consumo Lembramos que 51 da energia elétrica gasta na indústria é usada para alimentar os motores Podemos então ver a importância de se dimensionar corretamente nossos motores e de reduzir ao máximo a potência consumida otimizando os meios de controle e de processo Para se especificar um inversor de freqüência devese levar em consideração os fatores abaixo 1 Potencia e tensão do motor 2 Tipo de máquina ventilador bomba esteira elevador 3 Ciclo de trabalho da máquina tempo para partir rodar e parar 4 Quantidade de operações por hora ou minutos ou dias 5 Tempo de aceleração e desaceleração 6 Inércia da máquina 7 Velocidade mínima e máxima 8 Comando de 2 fios ou 3 fios 9 Referencia de velocidade rede sinal analógico velocidade préselecionada step logic velocidade fixa abaixo de 60 Hz potenciômetro 10 Tipo de parada inércia rampa frenagem CC 11 Temperatura ambiente 12 Comunicação serial devicenet controlnet ethernet DF1 RS485 13 Ruído eletromagnético o inversor tem marca CE tem filtros externos 14 Harmônicos analisar o impacto do inversor na instalação elétrica 15 Instalação elétrica Aterramento e blindagem de cabos CAIC CENTRO DE APRENDIZAGEM INTEGRAÇÃO DE CURSOS 90 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS httpsaladaeletricablogspotcom201002comousarocadesimu20html MORO Clailton Franchi Acionamentos Elétricos São Paulo 2008 MARTINS George Machado Apostila Princípios de Automação Industrial Santa Maria 2012 SENAI SC Manutenção Elétrica Industrial Itajaí SENAISC 2007 HERMINI Helder Anibal Cadernos do Prominp Automação UNICAMP 2007 SENAISP Eletricista Reparador e Mantenedor de Comandos Elétricos Divisão de Material Didático da Diretoria de Tecnologia do SENAISP Acionamentos Industriais Apostila Cubatão IFSP Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial Campus Cubatão 2010 Tecnologia Hidráulica Industrial Apostila M2001 1 PAKER TRAINING BR Junho 1999