Conceitos e Aplicações da Automação de Sistemas

AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS Renato de Brito Sanchez 2 SUMÁRIO 1 AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS 3 2 SENSORES E INSTRUMENTAÇÃO 11 3 AUTOMAÇÃO ELETROMECÂNICA 23 4 DRIVERS DE CONTROLE 41 5 CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS 63 6 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS 74 3 1 AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS Olá estudante Neste primeiro bloco você será apresentado aos elementos introdutórios voltados para os conceitos elementares da automação que servem de base para todo o conteúdo desta disciplina Em seguida dentro do mesmo contexto será apresentado o conceito da indústria 40 e suas respectivas tecnologias utilizadas nos processos industriais e também em outros campos do mercado Por fim serão apresentadas as aplicações da automação na indústria transformando esses conceitos em utilidades cotidianas de forma mais clara e prática do que você está acostumado a ver uma vez que pode acabar não percebendo a aplicabilidade debaixo de próprios olhos Vamos começar 11 Conceitos da Automação Quando tratamos de automação há um senso comum que baseia seus conceitos e premissas em máquinas industriais tecnologias Esta afirmação não está totalmente errada porém a automação é muito mais do que isso Podemos definir a automação como um conceito baseado na utilização da tecnologia para otimização de processos por meio do controle de mecanismos e funções com o intuito de empregar processos automáticos nos mesmos Em outras palavras Ribeiro 1999 afirma que a automação é a substituição do trabalho humano ou animal por máquina Seu foco gira em torno de aumentar a eficiência dos processos produtivos de forma que maximize a produção utilizando o menor consumo de energia menor emissão de resíduos no ambiente assim como as melhores condições de segurança ao trabalhador e todos envolvidos direta ou indiretamente no processo Podemos considerar a 4 automação como o próximo passo da mecanização em que seus operadores são providos de instrumentos tecnológicos que auxiliam no desenvolver de seus trabalhos Apesar de ligar a automação com a robotização a automação está presente nos mais diversos braços da indústria desde a automobilística passando pela indústria química de mineração náutica aeroespacial embalagens entre muitas outras Esta expansão está ligada diretamente às suas vantagens como a realização de atividades que seriam praticamente impossíveis de controlar manualmente a melhora da disponibilidade de produto em que seja possível fornecer grandes quantidades em curto espaço de tempo simplificando operações de manutenção fazendo com que o operador não necessite de grande expertise no manuseio dos processos produtivos Veja na imagem abaixo o exemplo de um trabalhador operando braços robóticos por meio de um tablet evidenciando a automatização em processos produtivos Fonte PopTika via Shutterstock Figura 11 Automação industrial O sistema de automação é composto essencialmente por três elementos energia sistema de comando instruções e controle A primeira parte diz respeito ao modo de energia que fará o sistema funcionar tendo hoje como principal fonte de energia a elétrica por conta da facilidade em sua obtenção além de contar com rede elétrica em praticamente em todas as indústrias a praticidade de converter em outras formas 5 de energia também é uma vantagem significativa podendo assim transformála em energia hidráulica luminosa mecânica térmica entre outras Dessa forma temos o segundo passo da automação baseado em instruções e sendo uma parte fundamental pois em um conjunto sem instruções torna inviável a obtenção de resultados eficientes As instruções são projetadas para todos os níveis da automação de maneira que viabilize a interligação possibilitando uma eficaz comunicação entre todas as áreas do processo Essas instruções são tarefas realizadas pela programação Por fim temos o controle processo que visa a erradicação de erros do sistema Como a automação busca desprender o operador humano do processo alguém tem que garantir que tal processo não ocorra de maneira equivocada desperdiçando assim tempo e recurso Um conjunto de sensores por exemplo pode realizar esta tarefa de controlar o processo produtivo Este momento foi um marco na indústria isto ocorreu por conta das inovações tecnológicas nos campos de automação controle e tecnologia da informação Apesar de ser um termo ainda novo ou mesmo em construção ele é capaz de envolver uma rede de conexões e tecnologias como internet das coisas Iot inteligência artificial IA dados nas nuvens big data robotização entre diversas outras interfaces A Indústria 40 prevê a integração entre humanos e máquinas mesmo que em posições geográficas distantes formando grandes redes e fornecendo produtos e serviços de forma autônoma SILVA SANTOS FILHO MIYAGI 2015 O Boston Consulting Group 2015 citou os nove pilares que definiriam a Indústria 40 como vemos na imagem abaixo 6 Fonte Rüßmann 2015 Disponível em httpsonbcgcom3sf5ewi Figura 12 Os 9 pilares da Indústria 40 Muitos dos nove avanços em tecnologia que formam a base para a Indústria 40 já estão sendo usados na manufatura mas com a Indústria 40 eles transformarão a produção células isoladas e otimizadas se reunirão como um fluxo de produção totalmente integrado automatizado e otimizado levando à maior eficiência e mudanças nas relações de produção tradicionais entre fornecedores produtores e clientes bem como entre humanos e máquinas 13 Aplicações da Automação Como já sabemos a automação possui diversas aplicações nas mais diversas áreas mostrando que tornar um processo manual em um processo automatizado é de 7 intenção de todos os setores da indústria Um exemplo praticado desta diversificação de automatização está por exemplo na gestão de Recursos Humanos Fechamento de folhas de pagamento burocracias com admissão e demissão além de treinamentos e seleção de candidatos acabam sendo muitas tarefas para um só setor A automação pode acompanhar seleção automática de currículos convocação automática de candidatos procedimentos padrões de integração de novos colaboradores automação para desligamento de funcionários além também da programação para pagamento de folha salarial dos colaboradores O exemplo citado é apenas uma das aplicações da automação fora da área que envolvem processos industriais e robóticos porém estas aplicações são de suma importância em processos produtivos Antes mesmo de se deparar com um braço robótico havia ali um processo de manufatura Outro caso da aplicação da automação está na indústria Pneumática como sabemos o ar comprimido é o responsável pela energia mecânica do sistema uma vez que este ar não está operando sob sua máxima pressão há uma perda de eficiência e rendimento devido a esta falha no sistema Ao invés de deixar a cargo de um operador detectar este vazamento que por vezes é quase imperceptível à visão e audição é possível realizar uma automação com a implantação de um medidor de ar comprimido capaz de detectar e até mesmo eliminar o vazamento em questão Por meio deste medidor podese controlar fluxo vazão e temperatura a fim de obter em tempo real os parâmetros do sistema afimmde que se possa atuar nas possíveis falhas mantendo a produção em constante operação Veja na imagem abaixo um medidor de ar comprimido do modelo IO Link 8 Fonte IFM Disponível em httpsbitly3Ind6Bq Figura 13 Medidor de ar comprimido IO link Outro exemplo comum na manufatura está associado aos braços robóticos pois o que antes um operador era capaz de fazer em minutos um processo automatizado pode fazer em segundos Podemos citar o processo de soldagem apesar de um operador ser plenamente capaz de realizar com o tempo e o passar de diversas peças o seu ritmo não se mantém assim como a qualidade da soldagem Muitos já ouviram a frase não sou uma máquina e é exatamente neste contexto que entra a automação além de manter uma qualidade constante o fluxo de trabalho também é constante visando um processo produtivo estável de qualidade e rápido Veja na imagem abaixo o exemplo de um braço robótico executando a ação de soldagem 9 Fonte Jenson via Shutterstock Figura 14 Braço robótico soldando Conclusão Caro estudante esse bloco foi muito importante para introduzirmos os princípios de funcionamento e as aplicações da automação definida como a utilização da tecnologia para otimização de processos produtivos por meio do controle de mecanismos e funções de determinado processo com o intuito de empregar processos automáticos Na sequência conhecemos um pouco sobre a indústria 40 e as tecnologias que fazem parte da automação industrial assim como os nove pilares que constituem seu sistema como simulações nuvem cyber segurança manutenção integração e entre outros fatores Bons estudos e até a próxima 10 REFERÊNCIAS RIBEIRO M A Automação industrial 4ª edição Salvador Tek Treinamento Consultoria Ltda 1999 RÜßMANN M et al Industry 40 The Future of Productivity and Growth in Manufacturing Industries BCG 2015 Disponível em httpsonbcgcom3MmLEpW SILVA R M SANTOS FILHO D J MIYAGI P E Modelagem de Sistema de Controle da Indústria 40 Baseada em Holon Agente Rede de Petri e Arquitetura Orientada a Serviços XII Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente Natal 2015 Referências Bibliográficas Complementares SILVEIRA L LIMA W Q Um breve histórico conceitual da Automação Industrial e Redes para Automação Industrial Redes para Automação Industrial Universidade Federal do Rio Grande do Norte p 16 2003 SACOMANO J B et al Indústria 40 Editora Blucher 2018 11 2 SENSORES E INSTRUMENTAÇÃO Olá estudante Este bloco irá apresentar os elementos responsáveis pelos sensores e a instrumentação que possuem um papel de destaque na indústria automatizada Os transdutores de sinais serão o primeiro assunto a ser tratado e falaremos um pouco sobre sua funcionalidade e atuação Em seguida abordaremos os sensores e seus tipos encontrados na indústria Fechando o bloco você será introduzido ao assunto de controladores eletrônicos também muito usados na automação além de um exemplo de controlador muito usado nos processos industriais Vamos lá 21 Transdutores de sinais Um transdutor é um dispositivo capaz de converter uma forma de energia em outra adequada para fins de medida mede uma forma de energia que está relacionada a outra através de uma relação conhecida Por exemplo podese medir pressão utilizando um transdutor que converte a força exercida pela pressão numa tensão elétrica proporcional PAZOS 2002 Assim sendo o transdutor é um sistema completo produzindo um sinal de saída que converte o tipo de grandeza física que está sendo medida em outra grandeza física A imagem abaixo representa esta relação entre grandezas transdutores e sensores 12 Fonte Autor Figura 21 Esquema do transdutor O sensor dessa forma é formado basicamente por duas partes um transdutor que irá realizar a conversão do efeito físico em sinal elétrico e um circuito eletrônico capaz de tratar o sinal elétrico fornecido pelo transdutor e transformálo em um sinal elétrico conhecido podendo ser esse sinal analógico 010 Volts 420 mA 020 mA ou digital do tipo booleano ligadesliga Como vantagem desta transformação temos a flexibilidade uma vez que muitos medidores suportam a transformação de sinais normalizados Assim como magnitudes medidas são capazes de ser lidas através de grandes distâncias sem nenhuma perda praticamente Na utilização dos transdutores a unidade de avaliação deve receber apenas o intervalo de medição pois partindo disso é possível calcular desde sinais elétricos até magnitudes elétricas Alguns modelos de transdutores podem possuir uma separação galvânica entre o sinal de entrada e de saída como item diferencial Existem grandezas físicas que podem tomar qualquer valor ao longo do tempo são as chamadas grandezas físicas analógicas É possível citar como exemplo pressão temperatura velocidade vazão força etc Porém embora estritamente falando não se trate propriamente de grandezas físicas existem outras variáveis ou características num sistema físico que ao longo do tempo só podem assumir dois valores possíveis 0 13 ou 1 Essas variáveis são chamadas de grandezas físicas digitais e temos como exemplo a presença ou ausência de um objeto num determinado local PAZOS 2002 Resumindo os sensores que medem uma grandeza física e entregam um sinal elétrico como saída se esse sinal puder tomar valores diferentes ao longo do tempo esse sensor é chamado de sensor analógico Caso contrário se o sinal elétrico puder tomar apenas dois valores distintos ao longo do tempo esse sensor é chamado de sensor digital 22 Tipos de sensores Os sensores são aqueles capazes de detectar uma grandeza por um estímulo e transformála em sinal de saída Segundo Thomazini 2020 o sensor é empregado para designar dispositivos sensíveis a alguma forma de energia podendo ser luminosa térmica ou cinética Tratando sobre as grandezas é possível citar uma variedade delas seja pressão volume vazão temperatura nível entre muitas outras Veja abaixo alguns tipos de sensores encontrados no mercado Sensor de presença em muitas aplicações da automação existe a necessidade de conhecer a presença ou a ausência de uma peça de uma parte do manipulador entre outras aplicações Significa dizer que o controlador deve saber se a peça está posicionada corretamente ou não se o manipulador está avançado ou recuado se existe presença de uma parte do corpo do operador na máquina impedindo o seu funcionamento etc Dentre os tipos mais comuns destes sensores de proximidade temos Tabela 21 Tipos mais comuns de sensores de proximidade FAMÍLIA TIPO Proximidade Mecânica Chave fim de curso Proximidade Magnética Reed Switches Proximidade Metálica Indutivos Proximidade Universal Capacitivos 14 Óptico Sensores de Barreira Óptico Sensores Reflexivos Óptico Sensores por Difusão Fonte Autor Veja abaixo o exemplo de um sensor de presença Fonte Stemac Disponível em httpsbitly3HcDY5D Figura 22 Sensor de Proximidade magnética Sensor de temperatura em um processo de fabricação de algum produto existem muitas operações que exigem a medição e controle de temperatura por razões de segurança ou simplesmente pela necessidade de se controlar a temperatura de um sistema Os sensores de temperatura devem ser capazes de medir ou detectar mudanças na temperatura e produzir um sinal elétrico em função dessa medição ou mudança Os tipos de sensores de temperatura que encontramos são Tabela 22 Tipos de sensores FAMÍLIA TIPO Variação Resistência Termistores NTC e PTC PT100 Semicondutores Junção Semicondutora Efeito Termoelétrico Termopares Par Bimetálico Termostatos Fonte Autor 15 Por sua economia e precisão os Termopares são sem dúvida o sensor para medição de temperatura mais utilizado nas indústrias atualmente Eles são constituídos por dois condutores metálicos e distintos puros ou homogêneos Em uma de suas extremidades são unidos e soldados o que se convencionou o nome de junta de medição ou junta quente e a outra extremidade aberta onde se fazem as devidas interligações de junta de referência Quando submetemos suas extremidades a temperaturas diferentes a composição química dos metais gera uma força eletromotriz FEM da ordem de mV princípio este conhecido por seebeck São duas as classes de precisão para Termopares classe Standard e classe Especial A classe Standard é a mais utilizada industrialmente e em processos onde não se requer tanta precisão na leitura da temperatura Devese verificar nas Tabelas de Desvios apresentadas neste catálogo se o indicado para o termopar selecionado atende ao erro máximo que o processo pode ter Já o Termopar de classe Especial apresenta desvios menores e são utilizados onde se deseja reduzir ao máximo os erros de leitura tornando o processo mais preciso Veja abaixo o exemplo de um Termopar Fonte Cetro Disponível em httpsbitly3McQMNpvvv Figura 23 Termopar 16 Sensor de posição a medição da posição de um objeto é muito importante em automação para o controle do posicionamento de um braço de um robô de uma mesa posicionadora de um sistema de movimentação horizontal ou vertical de peças A medição de posição depende de uma série de fatores destacando dentre eles como os mais importantes o tipo de movimentação a ser realizadas deslocamento linear ou angular a faixa ou extensão do movimento e também do tipo de atuador A seguir serão apresentados os tipos de sensores de posição mais utilizados Tabela 23 Tipos de sensores de posição mais utilizados FAMÍLIA TIPO Variação Resistência Potenciométrico Efeito Campo Magnético LVDT RVDT Digital Encoder Absoluto Digital Encoder Incremental Efeito Campo Elétrico Capacitivo Frequência Ultrassom Fonte autor Veja abaixo o exemplo de um encoder também conhecidos como codificadores São constituídos por um ou mais sensores ópticos de barreira que detectam a passagem de um disco codificado absoluto ou de um disco perfurado a distâncias fixas e equidistantes incremental 17 Fonte RH Materiais Elétricos Disponível em httpsbitly3tb3ao8 Figura 24 Encoder incremental Sensor de velocidade a velocidade é uma grandeza física bastante importante na área de controle e a sua medição se faz necessária Geralmente é medida a velocidade angular de uma peça giratória e raramente será necessário medir a velocidade de deslocamento linear de objetos A grandeza velocidade pode ser obtida através da derivada da posição em função do tempo ou seja bastaria que tivéssemos um sinal de qualquer sensor de posição e realizando a derivada desse sinal teríamos a velocidade do objeto em questão Porém geralmente esses sinais possuem ruído baixa amplitude com alta frequência presente com o sinal medido Derivar esse sinal com ruído fará com que a amplitude do ruído fique muito maior que o sinal tornando a relação sinalruído muito baixa Por essa razão em sistemas de controle não é utilizada a derivada de sinais para a medição de grandezas O sensor de velocidade mais utilizado é o tacômetro um sensor que fornece um valor de tensão contínua proporcional à rotação no seu eixo Podemos dizer que o tacômetro é um motor de corrente contínua trabalhando de forma inversa fornece rotação ao eixo e retira tensão na armadura ao invés de fornecer tensão e produzir rotação Porém devido à característica construtiva do tacogerador semelhante ao 18 motor de corrente contínua o seu sinal de tensão fornecido em função da rotação possui um considerável nível de ruído presente Além disso possui uma imprecisão de medida em baixas rotações Veja o exemplo de tacômetro Fonte Minipa Disponível em httpswwwminipacombrdiversostacometros169mdt 2238b Figura 25 Tacômetro digital Também são utilizados para a medição de velocidade sistemas do tipo digital frequencímetro digital baseados na combinação de um encoder incremental um contador digital e um circuito oscilador gerador de uma base de tempo O contador identifica o número de pulsos entregue pelo encoder durante a base de tempo do oscilador fornecendo assim a velocidade angular do eixo acoplado ao encoder Sensor de pressão em muitas aplicações em ambiente industrial é necessário realizar a medição de um determinado gás ou líquido medição esta que é realizada através dos transdutores de pressão conhecidos também como pressostatos A pressão é uma grandeza física relacionada à força exercida por unidade de área Sendo assim se a pressão for exercida sobre um elemento sensitivo transdutor de área conhecida 19 podese então medir a quantidade de pressão exercida sobre essa área sensora Veja o exemplo de um sensor de pressão Fonte Stemac Link httpsbitly3JVUjxy Figura 26 Sensor de pressão Além destes sensores citados acima contamos com uma diversa gama de sensores sejam de luz acelerômetros de gases entre outros sensores que encontramos na indústria 23 Interfaces e Controladores Os controladores são provenientes da automação industrial e seu principal objetivo é controlar processos máquinas equipamentos ou mesmo parte deles através de algoritmos programáveis de controles específicos Apesar de sua tecnologia esses dispositivos não atuam sozinhos precisando de atuadores e sensores em seu processo Os primeiros controladores tiveram seu início no século XX quando o matemático e engenheiro James Watt projetou um regulador centrífugo para controlar a velocidade de uma máquina a vapor tendo seu funcionamento de forma manual no princípio A partir disto entre 1915 e 1930 veio o controlador proporcional e a instalação in loco de registradores cartográficos logo em seguida devido à necessidade de transmissão 20 de informações ao centro de controle industrial surgiram os controladores ajustáveis de ganho A sua evolução culmina na década de 70 com o uso dos microprocessadores Os Controladores Lógicos Programáveis CLP ou Programmable Logic Controller PLC tiveram sua introdução em diversas aplicações para automação de processos industriais e até mesmo não industriais Atualmente os Controladores são usados para controle da variável de processo sendo esta uma grandeza física seja pressão vazão temperatura etc alterando assim seu valor em função de outras variáveis principalmente em relação ao tempo Como exemplo podemos citar o controlador de processos PROEC44 da WEST composto por uma entrada de sensor de temperatura Sua saída é conectada a um dispositivo podendo ser um aquecedor ou ventilador No intuito de manter o controle preciso da temperatura de determinado processo sem interferência de um operador o controlador de processos é conectado a um sensor como um RTD que seria uma termoresistência Em seu funcionamento é utilizada a temperatura do ambiente com a temperatura desejada e programada fornecendo assim a saída para o elemento de controle Fonte West Link httpswwwwestcscombrblogcontroladordeprocessos Figura 27 Controlador de temperatura 21 Na grande maioria das configurações o controlador é responsável por uma única malha de controle Como no exemplo acima onde uma malha de controle de temperatura é composta de um medidor de temperatura um controlador controle de malha e um aquecedor Em outras configurações menos comuns o mesmo equipamento é responsável por várias outras malhas simultaneamente Em geral isso é feito por Controladores Lógicos Programáveis SDCDs Sistema Digital de Controle Distribuído ou outros equipamentos com funções que se assemelham Conclusão Caro estudante nesse bloco você aprendeu sobre outros elementos muito importantes e de grande utilização na automação industrial Primeiramente foram abordados os transdutores de sinais responsáveis por transformar grandezas físicas em sinais elétricos com sua forma de atuação muito semelhante aos sensores Ainda dentro deste tema foram apresentados diversos tipos de sensores como os de pressão temperatura e torque Por fim foram abordados os controladores industriais de grande utilidade em diversos processos tal como o controlador de temperatura que assegura a temperatura em ambientes de muita precisão onde a temperatura e a umidade do ar precisam ser controladas a todo instante Bons estudos e até a próxima REFERÊNCIAS PAZOS F Automação de sistema e robótica Axel Books 2002 THOMAZINI D ALBUQUERQUE P U B Sensores industriais fundamentos e aplicações Saraiva Educação SA 2020 22 Referências Bibliográficas Complementares PETRUZELLA Frank D Controladores lógicos programáveis AMGH Editora 2014 SILVEIRA L LIMA W Q Um breve histórico conceitual da Automação Industrial e Redes para Automação Industrial Redes para Automação Industrial Universidade Federal do Rio Grande do Norte p 16 2003 23 3 AUTOMAÇÃO ELETROMECÂNICA Olá estudante esse é o bloco responsável por apresentar os elementos relacionados à automação eletromecânica Iniciaremos pelos comandos elétricos e seus circuitos de comando evidenciando as suas respectivas funções dentro de processos produtivos e apresentando elementos constituintes destes circuitos Em seguida falamos sobre os relés abordando a sua definição tratando especificamente daqueles que possuem interfaces de monitoramento e por fim aqueles que possuem interface de controle 31 Comandos elétricos Para se ter noção sobre a importância dos comandos elétricos podemos dizer que eles são as peçaschaves dos circuitos elétricos sendo então responsáveis pelo funcionamento de máquinas e equipamentos eletrônicos Eles são classificados em circuito de força seja monofásico bifásico ou trifásico composto pela carga que podem ser motores e transformadores classificados pelo circuito de comando em que se encontram as lógicas de acionamento dos dispositivos de sinalização e acionamento como as botoeiras por exemplo No caso das botoeiras conhecidas também como botão de comando funcionando como o elemento responsável pela ligação e desligamento de circuitos comumente as mais usadas são aqueles contatos do tipo NA normalmente aberto e NF normalmente fechado possibilitando dessa forma uma infinidade de configurações Veja a imagem abaixo que representa uma boteira normalmente usada nas indústrias 24 Fonte vectorfusionart via Shutterstock Figura 31 Botoeira Os circuitos de comando consistem em técnicas e métodos para o acionamento das máquinas elétricas e equipamentos Por meio do acionamento do comando elétrico é possível fazer o equipamento funcionar Eles podem ser acionados tanto da forma convencional quanto da forma elétrica Na maneira convencional são usados meios eletromecânicos para dar partida no motor como um contator que vemos no exemplo abaixo Fonte Schneider Disponível em httpsbitly3M4vEbK Figura 32 Contator auxiliar 124vcc 25 Enquanto no acionamento elétrico são utilizados dispositivos eletrônicos como softwares e inversores de frequência os inversores de frequência são dispositivos eletrônicos capazes de variar a velocidade do giro de um motor transformando a corrente elétrica alternada estável em corrente elétrica variável de forma a controlar sua potência consumida pela carga por meio da variação da frequência entregue pela rede Em outras palavras sua função é alterar a frequência da rede responsável pela alimentação do motor fazendo com que siga frequências diferentes das fornecidas pela rede que é sempre constante Assim é possível alterar a velocidade de rotação do motor com maior eficiência Veja na imagem abaixo o exemplo de um inversor de frequência Fonte Fertron Disponível em httpsbitly3JSJz2S Figura 33 Inversor de frequência 311 Método triânguloestrela Com auxílio de um conjunto de contatores e temporizadores devidamente interligados energizamos um motor de indução trifásico inicialmente fechando os terminais do motor em ligação estrela para uma tensão de alimentação de 380 Volts 26 porém com tensão de linha de 220 Volts Desta forma estaremos partindo o motor com uma sub tensão que ocasionará uma menor corrente de partida mas com menor torque também Após um determinado tempo quando o escorregamento do motor diminui consideravelmente e sua corrente de partida diminui proporcionalmente uma manobra dos contatores modifica a interligação das bobinas do motor de estrela para triângulo Desta forma a partir deste instante o motor estará configurado para operar com tensão nominal de 220 Volts e a tensão de linha será de mesmo valor A corrente sofrerá um novo pico devido à modificação da interligação causando um efeito de dividir o pico de corrente de partida em dois picos de menor amplitude Veja a figura abaixo que representa esta esquematização Fonte Autor Figura 34 Circuito do método triânguloestrela 312 Chave compensadora Esse método de partida atende melhor a potências de carga superiores àquelas atendida pela partida estrelatriângulo Nesse caso o controle da potência ou da corrente é feito mediante o ajuste de derivações na saída do autotransformador em porcentagens normalmente de 65 e 80 Porém outras derivações podem ser previstas contanto que as condições de utilização o necessitem Veja a seguir seu esquema funcional 27 Fonte Autor Figura 35 Circuito da chave compensadora É aplicada no acionamento de máquinas de grande porte que partem com carga parcial Além disso a chave compensadora alivia o conjugado torque de aceleração por causa da tensão inicial reduzida e consequentemente reduz a disponibilidade de potência para alimentação Dentre suas vantagens citamos Redução da corrente de partida mantendo um conjugado suficiente para acelerar o motor É possível variar os taps do autotransformador de modo a propiciar uma partida satisfatória do motor Suas principais desvantagens são Limitação do número de manobras Custo bem mais elevado em comparação à estrela triângulo Construção volumosa e pesada Necessidade de estruturas mais caras para usa fixação 28 Exige uso de três contatores e pesado autotransformador que dissipa alta energia na partida permitindo em geral somente seis partidas por hora Provoca trancos no sistema no início da partida e na comutação A energia dissipada no autotransformador é perdida 32 Relés e interfaces de monitoramento O relé é um dispositivo elétrico destinado a produzir modificações súbitas e predeterminadas em um ou mais circuitos elétricos de saída quando alcançadas determinadas condições no circuito de entrada que controla o dispositivo GONDIM 2001 Podemos definir como relés os mecanismos cuja sua função básica é ligar e desligar circuitos O circuito básico utilizado sem contato físico entre o terminal ativo e o terminal de trabalho permite o aparecimento dos referidos circuitos A maioria deles realiza a comutação de contato por meio de algum tipo de análise de circuito como um relé de fase ausente Essas análises de circuito identificarão a perda de fase e em seguida comutarão seus contatos internos Geralmente eles são usados para retransmitir sinais principalmente sinais eletromecânicos e podem ter de um a oito contatos No estudo em questão vamos tratar dos relés de monitoramento que como o próprio nome já diz são responsáveis pelo monitoramento de diversas grandezas como corrente elétrica tensão isolamento temperatura entre outros fatores Veja como exemplo o relé monitor de corrente sendo responsável pelo monitoramento de correntes elétricas monofásicas contínuas e alternadas destinadas a uma variedade de sistemas receptores Este relé é capaz de proteger equipamentos que não operam em casos de variações na corrente elétrica como subcorrentes e sobrecorrentes Tais variações comprometem a vida útil de equipamentos mais suscetíveis às possíveis falhas na rede elétrica necessitando de ajuste ou mesmo interrupção imediata 29 Dessa forma o relé monitor de corrente assegura o monitoramento de correntes elétricas através do desligamento e acionamento dos circuitos em motores equipamentos e máquinas de modo a oferecer adequações para cada circuito Dependendo do modelo esses relés indicam através de uma tela LED o estado do relé de saída bem como sua alimentação tornando possível a identificação de erros ou falhas instantaneamente Veja na imagem abaixo o exemplo de um relé monitor de corrente Fonte Clip Disponível em httpswwwclipautomacaocombrrelemonitorcorrentegroup11 Figura 36 Relé monitor de corrente Outro relé amplamente usado é o relé de monitoramento falta de fase sendo destinado à supervisão e monitoramento de redes de alimentação trifásicas e monofásicas atuando continuamente em situações em que houver alguma anomalia na rede interrompendo assim a operação do processo Cada modelo tem suas funções estabelecidas dentre elas temos falta de fase falta de fase com detecção de neutro 30 sequência de fase falta e sequência de fase falta e sequência de fase com detecção de neutro subtensão e sobretensão trifásico e subtensão e sobretensão monofásico 33 Relés e interfaces de controle Similar aos relés de monitoramento os relés de controle podem atuar sobre determinada grandeza controlandoa da forma necessária para seu funcionamento Essencialmente estes relés são compostos por uma bobina de controle normalmente de baixa voltagem de acionamento e por um grupo de contatos de carga A bobina de controle pode ser simples ou dupla isto dependerá do tipo de operação destinada No caso da bobina é simples quando se planeja operar ou retirála de operação conforme é aplicada ou retirada a tensão de controle Já operando com bobina dupla geralmente é utilizada quando se tem um acionamento com memória ou seja mesmo sem energia de controle o relé pode permanecer em operação ou cortando a operação utilizando uma bobina para cada função Para exemplificar o uso destes relés temos como exemplo o relé controle de nível Este é utilizado para monitorar e ajustar automaticamente o nível do líquido além de medir a corrente do líquido no reservatório por meio de um conjunto de eletrodos que servem como sensores de presença ou mesmo sentindo sua ausência Veja na imagem o relé controle de nível com seus eletrodos de detecção 31 Fonte Clip Link httpswwwclipautomacaocombrrelenivelgroup12 Figura 37 Relé controle de nível e seus eletrodos Seu modo operante está baseado em um circuito eletrônico capaz de comparar a corrente que circula entre os eletrodos conectados ao relé de nível dessa forma os contatos de saída do relé de nível comutam para a posição de operação ou repouso quando o eletrodo for coberto ou for sentida a sua ausência Podemos encontrar dois tipos de controle de nível superior e inferior Suas respectivas funções estão ligadas ao controle do nível de líquidos condutores de corrente elétrica e do tipo de bombeamento utilizado em diferentes situações Para o caso do relé de nível função superior ele é responsável por controlar e supervisionar o nível de líquidos condutores de corrente elétrica em ambientes que utilizam caixas dágua tanques ou reservatórios Seu sistema auxilia na manutenção do nível de líquido como no caso de a água não ultrapassar o limite máximo de forma a evitar o transbordamento do tanque Se tratando do relé de nível função inferior sua atribuição é controlar e supervisionar o nível de líquidos condutores de corrente elétrica em ambientes que utilizam bombas submersas ou poços artesianos Seu sistema auxilia na manutenção do nível de líquidos como no caso de a água não baixar para o limite mínimo dentro de 32 reservatórios de líquidos evitando assim a queima da bomba submersa ou entrada de ar na mesma Ambas as formas de operantes do relé relé de nível na função superior ou na função inferior podem funcionar de maneira semelhante por meio da comparação entre a corrente circulada pelos eletrodos do relé Esta função auxilia no controle refletindo em seu modo de operação quando o líquido contido atingir o eletrodo superior ou mesmo quando o eletrodo inferior não sentir a presença de nenhum líquido 331 Chave Estática Com intuito de substituir as chaves eletromecânicas como relé contator disjuntor etc as chaves estáticas apresentam em algumas aplicações um comportamento bastante superior às chaves eletromecânicas Uma chave estática tem como objetivo apenas comutar a potência sem contudo modificar a forma de onda entregue à carga As características do SCR trabalhando em condução ou corte nos permite substituir os contatos eletromecânicos de relés com grandes vantagens adicionais Dentre suas vantagens em relação à chave eletromecânica citamos Alta velocidade de chaveamento Operação segura pois não gera centelhamento Não geração de ruído de alta frequência pode ser acionada e desacionada sempre com a passagem da senóide pelo zero Não necessita de manutenção pois não possui partes moveis Vida útil muito longa Altamente segura em ambientes explosivos não geração de centelhas Resistente à vibração e choque mecânico 33 Não depende de posição de instalação Não gera ruído de contato no acionamento ou corte Dimensão pequena e leve Controle eletrônico com baixa potência Baixo custo Grande confiabilidade Permite modular a potência entregue a carga Alta isolação entre circuito de comando e circuito de potência Fácil controle à distância Enquanto a desvantagem de uma chave estática em relação à chave eletromecânica temos Não permite a completa isolação da carga com a fonte no estado desligado existência de corrente de fuga nos semicondutores no estado desligado Passível de falha quando sujeita sobre tensões e sobre correntes mesmo com circuitos de proteção snuber Apresenta perda de potência em condução portanto requer refrigeração Uso limitado em algumas aplicações devido à queda de tensão sobre o dispositivo Uso limitado em circuitos monofásicos devido ao custo e complexidade A mesma chave não pode ser utilizada com alimentação AC e DC É necessário circuito especial para bloqueio em DC 34 Manutenção da condição de disparo requer pulsos de disparo a cada semiciclo Pode ser acionada indevidamente por indução ou ruídos presentes no ambiente de trabalho Requer uma isolação mais precisa consequentemente mais custosa do circuito de controle para o circuito de potência para imunização de ruídos Capacidade de carga máxima limitada pelos SCRs utilizados pouca flexibilidade sobre corrente como no relé eletromecânico Circuitos práticos para uma chave estática Veja abaixo as configurações práticas dos circuitos em diferentes estados da chave estática SCRs em oposição É necessário um circuito de disparo para cada SCR Com Triac até determinada faixa de potência baixas substitui o SCR com a facilidade de um único circuito de disparo 35 Com um único SCR em meio a uma ponte de diodos Com dois SCRs dois diodos formando uma ponte e com um único circuito de gatilho Também em circuitos trifásicos utilizamos SCRs para comutação de cargas com grandes vantagens no funcionamento dos circuitos Veja abaixo algumas configurações comuns de uso industrial Acionamento de carga em estrela Acionamento de carga em triangulo 36 Acionamento de carga em triangulo com redução de corrente sobre cada SCR Com redução de custo pela substituição de 3 SCRs por três diodos um em cada fase Para cargas não balanceadas redução de custo com a supressão de controle em uma fase fornos elétricos resistivos Para controle de apenas um semiciclo 37 Circuito para reversão de rotação de motor trifásico não podem ser utilizados diodos pois apresentariam um curto na rede Chave hibrida com um contato paralelo ao circuito para redução de perdas e um contato série para garantia de isolação Após a colocação em funcionamento utilizamos a chave mecânica para otimizar a performance sem perigo de faiscamento ou geração de surtos de tensões ou correntes 38 332 Relés de estado sólido Chaves semicondutoras AC que não apresentam partes moveis ou contatos mecânicos recebem a denominação de Relé de estado solido SSR Solid State Relays que passaram a possuir ampla utilização em circuitos elétricos de potência na comutação de cargas Na prática são utilizados circuitos ópticosacopladores para geração dos disparos dos SCRs para garantir um bom funcionamento da chave Uma linha de ópticos acopladores dedicada a disparo de SCRs estão sendo utilizadas com excelentes resultados em chaves estáticas Veja abaixo um exemplo do componente desta série Fonte Autor Figura 38 Esquema do SSR Observe que este ópticoacoplador possui internamente um detector de cruzamento com zero utilizado como referência para início de condução ou corte dos SCRs de forma a garantir que não existirá formação de V I t ou t excedente no circuito Desta forma vemos o circuito de um SSR apresentado abaixo 39 Fonte Autor Figura 39 Circuito do SSR Conclusão Com esse bloco foi possível conhecer mais sobre a importância dos comandos elétricos sendo estes responsáveis pelo funcionamento de máquinas e equipamentos eletrônicos Apresentamos também exemplos como botoeiras e contatores elementos que fazem parte dos circuitos de comando Na sequência falamos sobre os relés em sua função básica de acionamento e desligamento de circuitos mais especificamente tratamos daqueles relés que possuem a função de monitoramento como por exemplo o relé monitor de corrente No fechamento do bloco falamos das interfaces de controle dos relés como por exemplo o relé que controla o nível em tanques de armazenamento e reservatórios mostrando a sua aplicação e funcionalidade dentro desses processos REFERÊNCIAS GONDIM P M C Estudo dos relés eletromecânicos aos digitais nos sistemas elétricos de potência Trabalho de Conclusão de Curso Bacharelado em Engenharia Elétrica Universidade Federal de Campina Grande Paraíba 2010 40 Referências Bibliográficas Complementares BRAGA N C Relés Circuitos e aplicações Editora Newton C Braga 2017 SILVEIRA L LIMA W Q Um breve histórico conceitual da Automação Industrial e Redes para Automação Industrial Redes para Automação Industrial Universidade Federal do Rio Grande do Norte p 16 2003 TAQUES M M Comandos elétricos industriais Instituo Federal Santa Catarina 2016 41 4 DRIVERS DE CONTROLE Olá estudante Neste bloco você verá os elementos que compõem os drivers de controle dentro de processos automatizados Nesse contexto inicialmente serão abordados os inversores de frequência e suas funções nas cargas utilizadas Em seguida será apresentado um dispositivo conhecido como soft starter também muito usado na indústria evidenciando assim sua funcionabilidade dentro dela Por fim você aprenderá sobre as IHM conhecidas como interfaces homemmáquina abordando mais sobre esse dispositivo utilizado nos processos de controle e integração de sistema que fazem parte da automação Vamos lá 41 Inversor de frequência e Soft Starter O inversor de frequência é utilizado para controlar a velocidade do motor esse dispositivo é utilizado para o acionamento de motor monofásico e trifásico alterando a frequência e tensão para controlar a velocidade e o respectivo consumo de energia Para controlar a potência consumida pela carga o inversor converte a corrente alternada fixa corrente e tensão em corrente alternada variável alterando assim a frequência fornecida pela rede FRANCHI 2009 O inversor é responsável por alterar a frequência na entrada do motor caso a frequência seja maior a velocidade do motor será maior caso a frequência seja menor consequentemente a velocidade também será menor Como diferencial o inversor de frequência explora o funcionamento da carga além de suas características descritas proporcionando flexibilidade de velocidade de forma segura e precisa Veja o exemplo de um inversor de frequência abaixo 42 Fonte Ageon Disponivel em httpsbitly3M0cZOl Figura 41 Inversor de frequência Os inversores podem também controlar a velocidade do motor de forma que não haja perdas de torque além de operar em uma aceleração suave por meio de sua programação frenagem direta na carga sem necessidade de freios mecânicos e diversas maneiras de programação de velocidade baseados na utilização em questão Eletronicamente falando o inversor de frequência realiza a conversão de um sinal de tensão elétrica em forma de onda em um sinal de onda quadrada isto por meio de um modelador de pulsos conhecido como PWM Pulse Width Modulation Alguns passos são dados neste percurso para que seja controlada a frequência da carga dividindo entre duas partes veja Controle os sistemas de controle são formados pela Interface HomemMáquina IHM entradas e saídas analógicasdigitais e rede de comunicação A partir disto o operador pode comandar o inversor selecionando a maneira em que irá controlar a carga seja via IO IHM entre outras formas criando lógicas ou utilizando funções específicas no gerenciamento da aplicação como o feedback da aplicação entre outros aspectos 43 Potência na parte da potência sua composição é formada por filtros retificadores e também a parte do IGBT que irá tratar o sinal senoidal em um sinal PWM assim podemos variar a velocidade do motor Além de também tratar as distorções harmônicas geradas pelo chaveamento dos transistores 412 Soft Starter O soft starter é um dispositivo eletrônico formado por pontes de SCRs tiristores acionadas através de um circuito eletrônico cujo objetivo é controlar o pico de partida de motores de indução monofásicos e trifásicos assim como seu desligamento Ele torna tanto o acionamento quanto a desenergização suaves substituindo dessa forma os meios convencionais de ligação estrelatriângulo chave compensadora ou mesmo a partida direta Veja a imagem abaixo que representa o dispositivo soft starter Fonte Weg Disponível em httpsbitly3pidB8d Figura 42 Soft Starter 44 A partir do uso do soft starter é possível limitar a corrente de partida e controlar a tensão da carga de forma a evitar picos de corrente possibilitando a partida e parada de maneira branda promovendo a proteção da carga e do sistema num todo No caso do controle da energização é aplicada uma tensão inicial em que os SCRs ligados em paralelo e em sentido opostos geram uma defasagem de 180º na tensão durante os seus ciclos de meia onda Tal atraso é reduzido com o decorrer do tempo causando um aumento gradativo na tensão até que ela alcance o valor máximo de alimentação Ao tratar da proteção no sistema o soft starter monitora as características da carga por meio da tensão de partida e caso exista alguma falha ou alteração detectada na corrente de cada fase o dispositivo interromperá a alimentação de forma a proteger o motor Por fim sua desenergização acontece de forma contrária ao controle de acionamento por meio do mesmo princípio do controle de energização manuseando então o tempo da desenergização Esta forma de operação busca sempre trabalhar objetivando o melhor desempenho possível da carga Suas principais aplicações estão voltadas para equipamentos como bombas centrífugas seja de saneamento irrigação ou petróleo ventiladores exaustores e sopradores misturadores e aeradores britadores e moedores fornos rotativos compressores de ar e refrigeração serras e plainas entre outros equipamentos que podem ser utilizados Portanto os Soft Startes são utilizados basicamente para partidas de motores trifásicos de indução CA corrente alternada tipo gaiola em substituição aos métodos estrelatriângulo chave compensadora ou partida direta Eles têm a vantagem de não provocar grande consumo de energia de partida no sistema limitar a corrente de partida evitar picos de corrente e ainda incorporar parada suave e proteções Estas 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 45 e equipamentos mecânicos da máquina acionada devido à eliminação de choques mecânicos Também contribui para a economia de energia sendo muito utilizada em sistemas de refrigeração e em bombeamento 42 Driver de Potência Um conversor DC ou choppers como costuma ser denominado é um tipo de circuito utilizado para obter uma tensão DC variável a partir de uma tensão DC fixa Variamos o valor médio de saída variando a proporção do tempo que a saída fica ligada à entrada Esta conversão é obtida pela combinação da carga ligada a um dispositivo de chaveamento em estado solido operando em alta frequência Inicialmente tiristores foram utilizados com bons resultados na construção de choppers porém a um custo mais elevado pois necessitam de um circuito de comutação forçada para garantir o bloqueio quando não está trabalhando em regime senoidal O progresso da microeletrônica disponibilizou semicondutores como TJB GTO MOSFET e IGBT de potências mais elevadas que operam através de um sinal de controle modificando sua condição de saída com mais facilidade que um tiristor reduzindo custo e aumentando confiabilidade de funcionamento A técnica de chaveamento utilizada nos choppers DC é denominada PWM Pulse Width Modulation ou modulação por largura de pulso ou PFM No PWM o valor médio de saída é obtido pela relação entre o tempo ligado e o tempo desligado do sinal de saída mantendo a frequência de saída constante Encontramos duas técnicas básicas de circuitos choppers Stepdown ou buck e Step up ou boost Os choppers tipo buck geram uma tensão sobre a carga menor ou igual a tensão de entrada enquanto os choppers tipo boost geram uma tensão sobre a carga maior ou igual a tensão de entrada Aplicações típicas destes circuitos são encontradas em acionamento de motores DC em maquinas de tração trens metrôs etc chaveamento de alimentadores de 46 potência UPS Uninterruptible Power Supllies ou fontes de alimentação de funcionamento contínuo 421 Princípio básico do Choppers DC Suponhamos que desejemos ajustar a tensão de saída em certa faixa de zero até a tensão de entrada Operamos a chave do choppers de modo a termos um período ligado Ton e um período desligado Toff em cada ciclo de trabalho porém este ciclo é de um período constante T e de uma frequência bastante alta de forma que a carga não perceba variações dos estados ligados e desligados A forma de onda abaixo mostra um sinal PWM típico como demonstra a representação abaixo Fonte Autor Figura 43 Forma de onda PWM em um chooper O valor médio de tensão será dado por 0 T T ON ON V V V i i T T T ON OFF Chamando de d a relação entre a largura do pulso ligado e o tempo total do ciclo temos 0 TON d V dVi T 47 A relação acima demonstra que a tensão de saída varia linearmente com o ciclo de trabalho conforme o gráfico O valor médio da corrente de saída é dado por 0 0 V d Vi I R R E o valor eficaz da tensão de saída é 2 0 V T T I ON ON V V V d i i T T EF 422 Modulador por frequência de pulso PFM Ao invés de mantermos o período constante mantemos TON constante e variamos a frequência de oscilação Conseguimos deste modo a variação da tensão de saída diminuindo seu valor médio à medida que diminuímos a frequência porém este sistema apresenta problema de descontinuidade para baixos valores médios de saída instabilidade em baixa frequência e é de pouca utilização embora apresente menores perdas de chaveamento nas baixas frequências Veja abaixo a representação 48 Fonte Autor Figura 44 Forma de onda PFM 423 Modo de corrente contínua Consideramos o modo de corrente continua se a corrente na carga não atingir o valor zero durante o ciclo de trabalho Podemos calcular tensões e correntes no circuito conforme as equações abaixo Corrente no indutor 0 0 2 0 0 2 2 V V V I I I I MAX MIN MAX MIN I I I I A L MAX MIN R R R Tensão no indutor 0 0 0 0 0 0 I I V V V V L I t B L t t L L Com a chave aberta TOFF De modo semelhante temos IMIN 0 0 2 V V I T MIN OFF R L A corrente de ripple de pico a pico 0 0 0 0 0 2 2 0 2 V V V V V I I I T em A I T I T MAX MIN OFF MAX OFF MAX OFF L R L R L 49 0 I V I I T ripple MAX MIN OFF L A corrente média no diodo de retorno 0 TOFF I I d T Para valores de d muito baixos com cargas de pequenas indutâncias o valor da corrente de carga pode atingir o valor de zero durante o TOFF do ciclo chave desligada e crescer a um valor positivo quando a chave estiver ligada Nestas condições consideramos a corrente de carga não continua Esta condição deve ser evitada para um chopper pois instabiliza o funcionamento da carga conectada ao circuito por exemplo um motor DC Melhorase a resposta com adição de um indutor em serie com a carga ou aumentando o valor da indutância de carga Para determinação da mínima indutância de carga temos 0 0 0 0 0 2 2 2 2 V V V V TOFF I T T L T R L R MIN OFF OFF OFF R L R L Sendo desejável evitar o modo não continuo e o aumento da indutância acima do mínimo demonstrado acima garantindo melhor funcionamento do circuito e quanto maior o valor de indutância menor será o ripple de corrente de carga Para uma indutância tendendo a infinito a corrente de carga se torna DC 424 Choppers BuckBoost Os circuitos de choppers BuckBoost são uma combinação dos choppers stepup e stepdown Sua tensão de saída pode variar de zero até um valor maior que a tensão de entrada e em algumas vezes pode se tornar negativa Vemos abaixo o circuito básico sendo a chave representada por um TJB Transistor de Junção Bipolar mas poderá ser qualquer semicondutor trabalhando em corte e saturação 50 Fonte Autor Figura 45 Circuito BuckBoost Quando a chave SW estiver fechada o modelo de funcionamento será desta forma Fonte Autor Figura 46 Circuito BuckBoost com chave SW fechada E para a chave SW aberta temos Fonte Autor Figura 47 Circuito BuckBoost com chave SW aberta Matematicamente temos 51 0 1 d V d Vi Ou seja podemos controlar o valor da tensão de saída pelo controle do dutycycle indo desde o valor zero passando pelo valor da tensão de entrada e crescendo até um valor maior que o da alimentação Quando d 05 a tensão de saída será maior que a tensão de entrada e o circuito opera no modo stepdown Quando d 05 a tensão de saída será menor que a tensão de entrada e o circuito opera no modo stepup Podemos ainda definir a potência de saída dada por 02 0 V P R O mínimo indutor para funcionamento do circuito com a seguinte expressão 2 1 2 RT d d L 425 Inversores São circuitos eletrônicos estáticos sem partes moveis que convertem energia DC em AC na frequência tensão corrente e com a forma de onda desejada Os inversores são classificados pelo tipo de forma de onda de saída número de fases princípio de comutação semicondutor de saída etc e suas principais aplicações na indústria estão na obtenção de inversores de tensão oscilador de tensão variável inversores de frequência oscilador de tensão e frequência variável nobreak UPS entre outros 52 Inversor Básico O circuito de um inversor básico destinado a obtenção de um sinal AC a partir de um sinal DC é apresentado abaixo e recebe o nome de ponte H devido ao tipo de configuração conforme apresentado abaixo Fonte Autor Figura 48 Circuito do inversor básico A chave desenhada representa um dispositivo semicondutor trabalhando em corte e saturação de modo que alternando ligações de S1 e S2 podemos criar para a carga tanto o potencial positivo como negativo ou flutuado obtendo desta forma algumas formas de onda interessantes para aplicação em eletrônica industrial Onda Quadrada Através da alternância de S1 e S2 ambas sempre ligadas e em oposição podemos obter uma onda quadrada de saída sinal sobre a carga 53 Estado S1 S2 1 2 Onda retangular Para obtenção de uma onda retangular devemos proceder ao chaveamento abaixo 426 Inversores de tensão Inversores de tensão são empregados na obtenção de energia em substituição a senoide da rede Nele uma fonte de tensão constante e DC alimenta um conjunto de chaves que alternando sua ligação gera uma tensão de alimentação de mesma frequência e mesmo valor eficaz Estado S1 S2 1 2 3 4 5 6 7 54 Em ambas as opções de forma de onda podemos garantir o mesmo valor eficaz mas existe uma diferença conceitual grande entre estas duas formas de onda Quando aplicadas em cargas indutivas motores elétricos estes sinais desenvolvidos em Fourier são compostos de uma harmônica fundamental e harmônicas de múltiplas frequências a partir da fundamental conforme o diagrama abaixo Fonte Autor Figura 49 Formas de ondas do inversor de tensão Em um motor de campo girante a frequência fundamental é a responsável pelo movimento de arraste do rotor gerando o movimento desejado porém todas outras harmônicas que não fundamentais irão gerar campos magnéticos no interior do motor que se transformarão em perdas e não em movimento conhecidas como perdas de harmônicas Concluise que o circuito proposto pode ser utilizado para cargas que não motores elétricos por exemplo em cargas resistivas este sistema apresenta ótima eficiência mas para cargas indutivas suas perdas serão muito altas chegando a números de rendimento próximo a 50 muito baixo para um circuito elétrico 55 Inversores de tensão podem contudo substituir alimentações senoidais com sucesso basta definir a necessidade do consumidor e optar pelo circuito adequado Para cargas indutivas inversores de tensão fatoriais vistos mais adiante deste capitulo são utilizados com ótimo rendimento de energia 427 Inversor de meia ponte Um circuito bastante econômico para construção de inversores é o inversor de meia ponte Constituído basicamente de duas chaves semicondutoras e duas fontes de tensão DC conforme apresentado na imagem abaixo Fonte Autor Figura 410 Circuito do inversor de meia ponte O dispositivo de chaveamento representado no esquema elétrico por TJB poderá ser IGBT MOSFET GTO SCR ou outro qualquer que queira ser utilizado enquanto os diodos D1 e D2 são diodos de retorno para proteção das chaves contra picos de força contra eletromotriz da carga As vantagens deste tipo de montagem estão no melhor rendimento das chaves pois em cada semiciclo temos apenas uma chave ligada ao invés de um circuito em ponte H que apresenta nas mesmas condições duas chaves em série ligadas com o dobro de perdas Como desvantagem existe a necessidade de duas fontes DC para o funcionamento do circuito enquanto a ponte H necessita de apenas uma fonte 56 Podemos calcular então Tensão eficaz na saída 2 V0 d E ef Corrente media sobre a chave 0 E d I med R Potência absorvida na carga 2 2 0 E P d R Exemplo para um inversor monofásico de ½ ponte operando com uma forma de onda retangular de saída temos os seguintes parâmetros E 100 V d 50 R 1 Ω Calcule o Forma de onda de tensão de saída e sobre os TJBs 57 o A máxima tensão sobre cada TJB 2xtensão de alimentação 2x 100 200V o Tensão eficaz na carga 2 2 05 100 100 V0 d E x ef o Corrente media no TJB 100 05 50 0 1 Ed I A med R o Potência na carga 2 1002 2 2 05 10 0 1 E P d KW R 428 Inversor de ponte completa Com o circuito abaixo é possível a obtenção do sinal AC a partir da fonte DC chamado de inversor de tensão em ponte H conforme apresentado na imagem abaixo 58 Fonte Autor Figura 411 Circuito do inversor de ponte completa Possibilita a obtenção de sinais semelhantes ao circuito de meia ponte porém com diferente circuito Para inversão de polaridade na carga um par de chaves deve estar em condução assim sempre que S1 e S4 forem acionadas a polaridade da carga será a indicada no circuito Bloqueando S e S4 e conduzindo S2 e S3 a polaridade da carga será inversa à indicada no circuito obtendo desta forma a inversão do sinal na carga porém com a utilização de apenas uma fonte de alimentação As formas de onda de tensão e corrente na carga são idênticas ao circuito anterior logo as mesmas equações podem ser utilizadas para cálculo de Vef Ief e Po Exemplo para um inversor em ponte H com carga resistiva de 2Ω e fonte de 200 Volts que produz uma tensão de saída do tipo retangular conforme gráfico abaixo d75 determine o Formas de onda da corrente de saída Io de tensões e correntes sobre as chaves TJB e da fonte de alimentação Is 59 o Máxima tensão na carga 200 Vmax E V o Máxima corrente na carga 200 100 0max 2 E V I A R o Corrente eficaz na carga 2075 200 1 2 6123 0 2 22 d E I A ef R o Potência na carga 2 2 26123 75 P arg R I KW c a 60 43 Interfaces IHM As Interfaces HomemMáquina ou conhecida como IHM ou do inglês HMI Human Machine Interface são dispositivos que têm a finalidade de facilitar a comunicação entre operadores e os respectivos sistemas operantes na indústria da automação A sua linguagem simples fornece ao operador o manuseio das máquinas meios mais fáceis na comunicação com sistema através do uso de janelas de operação animações alarmes entre outras funcionalidades As Interfaces HomemMáquina IHM ou Humano Computador IHC tem cada vez mais avançado proporcionalmente com a tecnologia em geral portanto os equipamentos atuais aplicados tanto na indústria como em outros ambientes estão deixando de lado interfaces úteis utilizadas em equipamentos eletrônicos com tecnologia inferior que poderiam ser mais apropriadas para tal ignorando sua funcionalidade e desempenho ou até mesmo utilizando interfaces tecnologicamente antigas influenciando de forma negativa no resultado final SILVA 2011 O seu layout permite a fácil operação do dispositivo e uma tela touch torna o processo intuitivo além de serem portáteis o que colabora com o uso dentro do chão de fábrica Veja uma IHM que exemplifica sua utilidade Fonte Weg Disponível em httpsbitly3hRD3h3 Figura 412 IHM 61 Geralmente a IHM está interligada a um controlador CLP cuja comunicação é encontrada de diversos modos Dentre as principais temos a Comunicação Direta e a Comunicação FieldBus No caso da Comunicação Direta sua interface está ligada de forma direta ao CLP através de um cabo de comunicação que normalmente utiliza padrões de comunicação TTY RS485 e RS232 Já na Comunicação FieldBus é preciso uma rede de comunicação tendo como as principais redes Profibus Profinet e Device net Deste modo uma linha de manufatura equipada com uma IHM conectada a um CLP faz a coleta dos dados gerados pelos sensores transformandoas em álgebra booleana para que então a HMI possa se interligar ao CLP e assim interpretar a informação colhida para que seja disponibilizada ao operador Dessa forma ocorre o monitoramento de dados e do diagnóstico de problemas operando através do acesso no CLP em que a Interface lê os dados do sistema de produção da máquina traduzindo e projetando os dados de forma simplificada visualmente Em seguida o operador realiza a análise desses dados possibilitando assim uma tomada de decisão mais acertada Dentre suas aplicações é possível também realizar a revisão e monitoramento dos processos diagnóstico problemas acompanhamento do tempo de produção supervisão de KPIs indicadorchave de desempenho monitoramento das entradas e saídas do processo e a visualização dos dados em geral Como um exemplo prático de sua aplicabilidade as indústrias siderúrgicas utilizam a IHM no monitoramento e no controle dos metais que serão fundidos e moldados Dessa forma o dispositivo pode controlar e analisar a sua velocidade de operação É capaz de monitorar e controlar também o estoque reposição expedição e até mesmo interligado ao almoxarifado 62 Conclusão Caro estudante com esse bloco conhecemos mais sobre os drivers de controle nos processos de automação O primeiro que vimos foi o inversor de frequência utilizado no controle da velocidade de motores capaz de alterar a frequência e tensão no intuito de controlar a velocidade e seu respectivo consumo de energia Similar a este dispositivo os softstarters são responsáveis por controlar a tensão de partida assim como seu desligamento tornando dessa forma o acionamento ou a desenergização suave da carga Para concluir conhecemos sobre as interfaces homemmáquina ou seja dispositivos cujo objetivo é facilitar a comunicação entre o operador e o sistema operante nas máquinas elemento muito importante nos processos de automação industrial Bons estudos e até a próxima REFERÊNCIAS FRANCHI C M Inversores de frequência teoria e aplicações Saraiva Educação SA 2009 SILVA G P BERTONCELO V COGO F Análise de interfaces homemmáquina ihm em equipamentos controlados eletronicamente VII EPCC Encontro Internacional de Produção Científica UniCesumar 25 a 28 de 2011 Referências Bibliográficas Complementares HART D W Eletrônica de potência análise e projetos de circuitos McGraw Hill Brasil 2016 SILVEIRA L LIMA W Q Um breve histórico conceitual da Automação Industrial e Redes para Automação Industrial Redes para Automação Industrial Universidade Federal do Rio Grande do Norte p 16 2003 63 5 CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS Olá estudante Esse bloco apresentará os elementos de controle programável uma função elementar na automação industrial Inicialmente serão apresentados os relés programáveis e seu uso aplicação e funcionalidade nos processos produtivos Você verá também sobre o CLP conhecido como Controlador Lógico Programável que possui funções similares aos relés programáveis com algumas diferenças que apresentaremos durante esse bloco Para fechar falaremos sobre a programação LADDER desenvolvida para os CLPs sendo a principal a comunicação existente na indústria que realiza a conexão entre homem e máquina Vamos lá 51 Relé programável O Relé Programável é um dispositivo cuja função é monitorar e controlar estações de trabalho de forma digital aliado a uma programação acessível Este dispositivo microcontrolado é capaz de interpretar sinais de entrada processálos e responder de acordo com a programação utilizando uma lógica de contatos Ladder aproximandose das características de um CLP O Relé Programável se assemelha a um CLP tendo como principais diferenças a facilidade de programação seu baixo custo e sua aplicação voltada para pequenos processos Eles podem ser usados para diversas aplicações como intertravamentos contagem temporização entre outras utilizações que podem facilmente substituir contatores auxiliares temporizadores e contadores eletromecânicos convencionais de modo a obter um melhor desempenho do processo em função de paradas por intervenção da manutenção 64 Como exemplo prático citamos o relé programável Clic 02 da Weg que possui um display frontal para realizar a respectiva programação diferentemente do CLP dispensando o uso de um computador para programação Além de contar com uma comunicação em rede atendendo às diversas necessidades de aplicação em processos de automação por meio de suas funções Datalink Modo Remoto e Modbus Por não ser um CLP o relé programável possui algumas limitações em relação ao seu uso tais como a limitação de 200 linhas na programação LADDER ou 99 blocos lógicos de função Pelo fato de trabalhar com LADDER cada linha de programação suporta no máximo três contatos e apenas uma bobina além de sua configuração suportar no máximo 44 pontos de entradas e saídas digitais Veja na imagem abaixo o relé descrito Fonte Weg Disponível em httpsbitly35KTN6C Figura 51 Relé Programável Clic 02 Weg Este relé programável possui um software exclusivo de programação cujo objetivo é estruturar o programa a ser aplicado ao relé por meio do uso de um computador Também permite a inserção do programa através da linguagem LADDER ou mesmo blocos lógicos de função dessa forma além da construção da programação ele realiza também a simulação do programa criado sem a necessidade de interagir com o relé de forma direta 65 52 Controlador Lógico Programável Se tratando de automação o Controlador Lógico Programável conhecido como CLP tem grande participação nessa área sendo responsável pela automatização de máquinas e processos industriais Através de uma estrutura composta por um processador ou CPU Central Processing Unit memória para leitura e gravação memória RAM memória de leitura ROM e portas de comunicação COMs estes equipamentos eletrônicos digitais formados por hardware e software são compatíveis com uma variedade de aplicações industriais Segundo Magalhães 2004 CLP é definido tecnicamente como suporte eletrônico digital utilizado para armazenar instruções de funções específicas tais como lógica sequencialização contagem e aritméticas sendo estas voltadas ao controle de máquinas e processamentos Este equipamento surgiu na década de 70 como uma encomenda da General Motors para Dick Morley que teria que construir um equipamento flexível como o computador de fácil programação e manutenção resistente ao ambiente industrial poluição vibração temperatura de preço competitivo com sistemas de controle a relé surgindo então o CLP Inicialmente com a marca Modicon atual da Schneider Electric a proposta foi inovar a automação de comandos elétricos de modo a tornar flexível e rápida a mudança de linhas de montagem e sua adaptação à novos processos assim ganhando larga escala não apenas na indústria automotiva o CLP atualmente é aplicado em todos os setores industriais comerciais e residenciais pois possui como vantagens Ocupar menor espaço nos painéis elétricos e de comando Consumir menos energia elétrica do que conjuntos eletromecânicos São reutilizáveis podendo ser retirados de um circuito para serem utilizados em outro São programáveis permitindo diversas reprogramações tornandoo versátil 66 Por ser construídos com eletrônica há maior confiabilidade de ciclos de operação Por possuir componentes com base em circuitos eletrônicos permitem maior flexibilidade Dada a condição de ser equipamentos eletrônicos que permitem programação são mais rápidos para elaborar projetos do que construir com comandos elétricos Permitem interfacear redes de comunicação com dispositivos atuadores sensores interfaces IHM computadores e outros CLP Os CLPs possuem uma linguagem de programação em alto nível facilitando a programação por parte do operador pois geralmente existe um compilador que transcreve o programa montado pelo usuário em linguagem de máquina Atuam também realizando uma simplificação nos quadros e painéis elétricos sendo que toda a fiação do comando fica resumida a um conjunto de entradas e saídas facilitando a manutenção e qualquer alteração que for necessária de ser realizada Além de possibilitar a comunicação em rede permitindo a troca de informações entre o chão de fábrica e os setores administrativos da empresa Veja a imagem abaixo que apresenta um CLP utilizado hoje em dia Fonte Schneider Disponível em httpsbitly3tjuEbm Figura 52 CLP 67 Dentre suas diversas aplicações na indústria eles podem atuar como temporizadores contadores relé de pulso controle aritmético manipulação de dados comunicação em rede entre outras aplicações Este equipamento é formado por três partes principais são elas Entradas do CLP responsáveis por receber os sinais analógicos e digitais do sistema Os sinais analógicos possibilitam a medição de sinais como tensão e corrente enquanto os sinais digitais operam em variáveis binárias 0 ou 1 ligado ou desligado Chaves fim de curso e botoeiras são exemplos dessas entradas Saídas do CLP podendo ser analógicas ou digitais operando como receptores de ordem ou seja como uma interface que recebe a informação da CPU e envia para o processo a ser executado Dispositivo de programação o cérebro do dispositivo formado essencialmente pelo CPU processador e memória Tem a função de receber as informações das entradas executar o programa indicando para as saídas da qual deve seguir A programação do CLP era feita originalmente na linguagem LADDER o que facilitou o processo de aceitação da tecnologia por se tratar de uma linguagem de programação gráfica muito semelhante aos diagramas elétricos que os engenheiros elétricos conseguem lidar Nos dias atuais a programação de CLP segue a norma IEC611313 que rege os padrões para programação de CLPs As linguagens especificadas na norma e que são usadas hoje em dia além da LADDER que é a mais usada são FBD Function Block Diagram ST Structured Text e SFC Sequential Function Chart 53 Programação LADDER Quando o assunto é linguagem de programação desenvolvida para os CLPs a linguagem LADDER foi a pioneira Por sua criação ter ocorrido para suprir a necessidade de substituição do controle de sistemas com relés lógicos a linguagem 68 LADDER foi desenvolvida pensando na semelhança que teria que possuir em relação aos diagramas utilizados para documentar a lógica por relês A linguagem recebe este nome devido à disposição dos contatos e bobinas que de modo geral se formam na vertical fazendo menção a uma escada ladder em inglês Por este motivo cada lógica de controle recebe o nome de rung degrau formada por linhas e colunas O conhecimento do método de programação em linguagem Ladder incluindo os blocos funcionais é de grande importância para os profissionais da área de automação uma vez que os diagramas Ladder são fáceis de usar e de implementar constituindo uma linguagem de programação de CLPs muito eficiente para a solução de problemas Desta maneira a linguagem LADDER é baseada em interruptores simples se conectando em linhas com bobinas de forma que componham circuitos lógicos Cada interruptor entrada é responsável por receber uma identificação tag assim como as suas bobinas saídas É possível também fazer o uso de memórias internas temporizadores comparadores e blocos lógicos É possível dividir esta linguagem em três etapas São elas Entradas Conhecidas também como contato e podem ser divididas em NA Normalmente Aberto ou NO normally open representado por NF Normalmente Fechado ou NC normally closed representado por Saídas Conhecidas também como bobinas relés contatores PWM DC entre outros Tratamos a saída como ativa quando a variável booleana associada é verdadeira no entanto se isto não acontecer ele estará inativo Podemos dividir as bobinas em 69 Bobina NA normalmente aberta estará energizada quando a variável booleana associada for verdadeira Bobina NF normalmente fechada estará inativa quando a variável booleana associada for falsa Blocos funcionais possibilitam operações mais complexas do que ler ou escrever variáveis Exemplos de blocos funcionais são os contadores temporizadores bobinas de setreset entre outros Usando Diagramas de Bloco é possível criar blocos personalizados definidos pelo usuário funções de encapsulamento para facilitar a organização Alguns IDEs Ambiente de Desenvolvimento Integrado fornecem outras opções de bloco funcional como comparadores maior que menor que e igual a operadores matemáticos adição subtração multiplicação e divisão e portas lógicas Podendo ainda optar pela obtenção de uma biblioteca com blocos prontos para uso O princípio da programação de qualquer sistema se baseia em lógica de programação ou seja desenvolver a lógica com que um processo irá operar sendo assim é fundamental o estudo de funções básicas como as obtidas pela álgebra booleana e conhecendo a simbologia de contato para comandos elétricos e para linguagem LADDER se torna possível desenvolver estes blocos lógicos utilizados em comandos elétricos e em eletrônica digital também para os CLP 70 É importante ressaltar que analogamente os contatos representam os estados digitais de um sistema ou seja contato fechado para estado um e contato aberto para estado zero Com isto na linguagem LADDER obtémse as funções lógicas básicas denominadas de E OU e INVERSORA Veja na imagem abaixo a tabela que apresenta as suas respectivas funções lógicas Fonte Autor Figura 53 Funções lógicas em LADDER Portanto é fato que os controladores lógicos substituem os comandos elétricos convencionais pois são equipamentos eletrônicos que minimizam e flexibilizam as instalações logo a linguagem de programação é a representação dos comandos elétricos tal que a linguagem LADDER possa associar diretamente com os contatos e elementos de um diagrama de comando conforme podemos notar na imagem abaixo Fonte Autor Figura 54 Simbologia de Elementos Elétricos x LADDER 71 Para exemplificar o funcionamento de uma lógica em LADDER programada em uma CLP considere a figura abaixo em que há botão B1 normalmente aberto e é simbolizado pelo contato em LADDER I00 e a saída pela lâmpada L no comando elétrico que é simbolizada em LADDER pelo elemento Q00 Circuito elétrico LADDER No diagrama apresentado ao pressionar o botão B1 será energizada a lâmpada L assim como fechado o contato I00 sinal na entrada digital do CLP que irá acionar a saída Q00 saída digital do CLP Desta mesma forma podemos associar outros elementos como na figura abaixo em que para realizar o acionamento da lâmpada L ou seja da saída digital Q00 será necessário agora que dois botões B1 e B2 sejam pressionados isto porque estão conectados em série como a função E da lógica booleana Veja o acionamento simples de uma saída por dois botões em lógica E Circuito elétrico LADDER 72 No diagrama apresentado ao pressionar os botões B1 e B2 e manter ambos fechados será energizada a lâmpada L assim como quando fechados ambos os contatos I00 e I01 sinais nas respectivas entradas digitais do CLP irão acionar a saída Q00 saída digital do CLP Desta mesma forma podemos associar estes elementos em outras configurações como na figura abaixo em que para realizar o acionamento da lâmpada L ou seja da saída digital Q00 basta pressionar qualquer um dos dois botões B1 e B2 sejam pressionados isto porque estão conectados em paralelo como a função OU da lógica booleana Veja o acionamento simples de uma saída por dois botões em lógica OU Circuito elétrico LADDER Com este conceito associado à programação em linguagem LADDER é possível dizer que facilmente são implementadas quaisquer funções lógicas combinacionais tal que os controladores lógicos permitam flexibilidade em alterar a programação a qualquer momento e com facilidade sem que haja alterações físicas do hardware do CLP Conclusão Caro estudante neste bloco você viu inicialmente sobre o relé programável cuja função é o monitoramento e controle de estações de trabalho na forma digital com uma programação acessível ao operador com sua aplicação voltada para pequenos processos Em seguida foi apresentado o CLP que possui função similar aos relés programáveis com a diferença de que opera sobre todas as necessidades industriais abrangendo processos pequenos médios e grandes 73 Por fim você aprendeu sobre a programação LADDER desenvolvida especialmente para os CLPs suprindo a necessidade da substituição do controle de sistemas com relés lógicos por exemplo além de um sistema simples e método de linguagem funcional Bons estudos e até a próxima REFERÊNCIAS MAGALHÃES Ricardo Nogueira RODRIGUES Kleiber David OLIVEIRA J C Controlador Lógico Programável no Contexto da Qualidade da Energia Elétrica 2004 Tese de Doutorado Universidade Federal de Uberlândia Minas Gerais 2004 Referências Bibliográficas Complementares HART D W Eletrônica de potência análise e projetos de circuitos McGraw Hill Brasil 2016 SILVA M M E Controladores Lógico ProgramáveisLadder FUMEP Fundação Municipal de Ensino de Piracicaba 2007 SILVEIRA L LIMA W Q Um breve histórico conceitual da Automação Industrial e Redes para Automação Industrial Redes para Automação Industrial Universidade Federal do Rio Grande do Norte p 16 2003 Teklink Tecnologia em CLP livro de atividades Teklink 1999 74 6 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS Olá estudante esse é o bloco responsável por apresentar os elementos introdutórios voltados para sistemas hidráulicos onde serão detalhados seus princípios de funcionamento suas aplicações na indústria e também aplicações cotidianas Em seguida faremos a mesma imersão no universo da pneumática falando sobre seus respectivos princípios de funcionamento e aplicações Para fechar o bloco abordaremos os atuadores destes sistemas onde consequentemente veremos sobre o cálculo de suas forças tanto para cilindros de simples ação como os de dupla ação além de mostrar uma tabela que representa estas forças de acordo com seu respectivo diâmetro 61 Redes de comunicação Os sistemas voltados para automação e controle têm se apoiado cada vez mais em redes de comunicação industriais seja pela crescente complexibilidade dos processos industriais ou mesmo pela distribuição geográfica que tem se acentuado nas novas instalações industriais Dessa forma quase não têm sido introduzidos sistemas que não incluam alguma forma de comunicação de dados seja local através de redes industriais ou seja remota implementadas em sistemas SCADA sistema para aquisição supervisão e controle de processos As redes de comunicação industriais fazem parte da indústria 40 viabilizando a troca de informações no ambiente produtivo por meio de protocolos de comunicação Através da tecnologia da informação e comunicação é possível trocar dados supervisionar e gerenciar processos Tudo isso conectado por meio físico com cabos de rede específicos para cada protocolo cabos de fibra ótica e até redes wireless industriais simplificando assim o processo na fábrica 75 Essa troca de informações acontece de modo geral entre servidores computadores máquinas sensores atuadores e CLPs Desta forma possibilita a detecção de possíveis falhas no painel ou mesmo na parte interna da máquina As redes de comunicação são utilizadas para auxiliar no processo de armazenamento e compartilhamento de dados através de meios físicos Com o surgimento dos conceitos de Indústria 40 big data e Internet das coisas IoT os dados coletados servirão de base para análise e aplicação para melhorar todo o sistema produtivo Tudo isto aliado a recursos de comunicação gestão e operação de componentes complexos como a IO Link elevam as possibilidades de aplicação de conexão de dados no chão de fábrica O IO Link por sua vez é um protocolo de comunicação serial de padrão aberto que possibilita a troca bidirecional de dados de sensores e dispositivos que suportam o IO Link e estão conectados a um mestre O IOLink mestre é capaz de transmitir essas informações por meio de várias redes fieldbus ou barramentos de dados fazendo com que seja acessível a comunicação com os dados para ação imediata ou análise de longo prazo por meio de um sistema de informação industrial como um CLP por exemplo Veja abaixo a representação do esquema funcional do IO Link 76 Fonte RH Materiais Elétricos Disponível em httpsbitly35kyNE8 Figura 61 Esquema funcional de um IO Link Com isso o objetivo é fazer com que as máquinas passem a formar uma indústria inteligente Essa interligação possibilita a comunicação por meio da troca de informações e dados da produção viabilizando a tomada de decisões locais e instantâneas Podese dizer que as redes de comunicação fazem a descentralização da produção uma vez que seja possível monitorar e compartilhar informações relativas aos processos produtivos de diferentes locais com processos que troquem dados entre eles Isso faz com que haja uma menor interferência humana na comunicação do processo produtivo 62 SCADA A palavra SCADA remete a um acrônimo para Supervisory Control and Data Acquisition que traduzindo seria Sistema de controle de supervisão e aquisição de 77 dados muito utilizado em sistemas de controle industrial ICS Industrial Control System Em sua essência o SCADA acompanha os processos configuraos armazenam dados e disponibilizam recursos para comandar manualmente ou automaticamente no processo quando imprescindível Além de também realizar a coleta de dados o sistema supervisório possibilita a visualização e supervisão de tais informações Em seu sistema são utilizados dispositivos como servidores sensores drivers de comunicação sensores e atuadores conectados ao processo Os sistemas SCADA Supervisory Control and Data Acquisition são sistemas que utilizam tecnologias de computação e comunicação para automatizar a monitoração e o controle de processos industriais efetuando coleta de dados os quais são apresentados de modo amigável para o operador através de interfaces homemmáquina IHM CONSTAIN 2011 Fonte SWKStock via Shutterstock Figura 61 Mão robótica operando o Sistema SCADA O SCADA é um sistema para controle em tempo real de dados de equipamentos da indústria Então por meio dos dados armazenados o sistema de monitoramento SCADA pode gerar relatórios estatísticos para relatórios gerenciais a fim de realizar um controle de qualidade Grandezas como temperatura pressão vazão nível peso 78 umidade tensão e corrente são algumas as variáveis do processo que o sistema SCADA pode visualizar e controlar Podemos citar o CLP como um módulo responsável pela comunicação com os sistemas SCADA O CLP possibilita a definição das variáveis a serem usadas nos processos controladas pelo sistema como parâmetros em geral valores setpoints limites entre outros Esses dados e parâmetros permitem a construção de telas gráficos relatórios e integrações com outros sistemas O protocolo de comunicação com o sistema SCADA pode variar de acordo com o equipamento em questão sendo o MODBUS um dos protocolos mais conhecidos e usados As informações coletadas podem ser armazenadas em um banco de dados por meio de uma tabela de valores no sistema SCADA formando uma espécie de histórico Tendo sua utilização voltada desde simples cadastros até armazenagem dos dados monitorados pelo sistema SCADA O alarme por exemplo é um tipo de informação que pode ser monitorada calculada ou armazenada no sistema Este alarme é um estado de um tag cada campo da tabela de acordo com uma condição disparada em algum evento determinado quando um valor de tag atingir um limite este evento é ativado As telas do sistema SCADA podem ser replicadas em uma rede como a LANWEB por exemplo Dessa forma vários usuários conseguem monitorar o sistema de supervisão SCADA através da rede de comunicação Em um computador servidor com o software supervisório SCADA em execução outros usuários logados são capazes de acessar este servidor através da rede acompanhando e controlando de maneira independente o sistema Para aplicações específicas ou até mesmo mais avançadas podemse programar ações do sistema SCADA sobre os dados e o processo através de scripts linguagem voltada para automação industrial que permite definir comandos a partir valores dos tags de maneira que se possa customizar e automatizar controle do sistema SCADA relativos aos processos produtivos 79 63 Aplicações com supervisórios O software supervisório é visto como o conjunto de programas gerado e configurado no software básico de supervisão implementando as estratégias de controle e supervisão as telas gráficas de interfaceamento homemmáquina a aquisição e tratamento de dados do processo a gerência de relatórios e alarmes O sistema SCADA pode ser adaptado por meio de softwares da qual permitem o desenvolvimento de aplicações para os sistemas supervisórios Assim o usuário consegue visualizar configurar e relacionar toda informação recebida da maneira mais adequada ao processo Setores da indústria alimentícia ou mesmo farmacêutica necessitam de alguns parâmetros ajustados de forma precisa em determinados processos Como exemplo a temperatura ou umidade relativa do ar de alguns ambientes podem danificar o processo causando contaminação e consequentemente grandes prejuízos financeiros da operação Assim o sistema supervisório atua no controle desses parâmetros assegurando que o ambiente esteja na temperatura e umidade do ar adequados para o processo em questão além também de ter atuações me refrigeradores chillers climatizadores etc Fonte FOTOGRIN via Shutterstock Figura 62 Ar condicionado me ambiente controlado 80 Estas aplicações se estendem até para uso em condomínios sendo possível desta forma controlar a energia do prédio com objetivo de garantir a segurança em elevadores portões portas com fechaduras eletrônicas iluminação câmeras entre outros sistemas a serem supervisionados Fonte Sasin Paraksa via Shutterstock Figura 63 Entrada eletrônica em condomínios Setores da indústria que prestam serviços à comunidade como concessionárias de energia ou mesmo sistemas de tratamento de água utilizam sistemas supervisórios em vários de seus processos tanto na regulação do fluxo pressão nível de reservatórios como também a supervisão e controle instantâneos de seções que apresentam problemas elétricos ou falhas no sistema 81 Fonte BELL KA PANG via Shutterstock Figura 64 Sistema supervisório em estação de energia Por fim podemos citar dentre a variedade de aplicações de sistemas supervisórios sua aplicabilidade na indústria da automação no monitoramento dos processos produtivos manutenção de maquinários processos de qualidade robôs entre outros Fonte elenabsl via Shutterstock Figura 65 Sistema supervisório em processos produtivos 82 Conclusão Esse último bloco apresenta os elementos do sistema supervisório Nesse contexto as redes de comunicação abrem o bloco apresentando de maneira geral seus esquemas funcionais e evidenciando suas interligações entre sistemas Em seguida abordamos o software SCADA que também está enquadrado no que se refere à sistemas supervisórios Para finalizar apresentamos exemplos práticos de aplicações em que os sistemas supervisórios atuam tais como na indústria farmacêutica alimentícia estação de energia indústria metalúrgica dentre outros setores da indústria encerrando assim mais uma disciplina REFERÊNCIAS CONSTAIN N B P Integração de sistemas SCADA com a implementação de controle supervisório em CLP para sistemas de manufatura 2011 Dissertação Mestrado em Engenharia de Automação e Sistemas Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis 2011 Referências Bibliográficas Complementares DANTAS M Redes de comunicação e computadores análise quantitativa Visual Books 2010 HART Daniel W Eletrônica de potência análise e projetos de circuitos McGraw Hill Brasil 2016 SILVEIRA L LIMA W Q Um breve histórico conceitual da Automação Industrial e Redes para Automação Industrial Redes para Automação Industrial Universidade Federal do Rio Grande do Norte p 16 2003