Apostila AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I v4

 

 

FACULDADE POLITÉCNICA DE UBER LÂNDIA   Engenharia de Controle de Automação   Engenharia Elétrica  

Au tomação Indus trial   I 

Prof essor: Dyoram de Ávila Melo   Aluno: __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _   Data: __ _ _ _ / __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ // _ _ _ _ _ _ _  

 

FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 1  Conteúdo 1 

INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ................................................................................... 3 

2 

NIVELAMENTO DE CONHECIMENTOS .............................................................................................. ........................................................ ...................................... 5 

2.1 

ACIONAMENTOS .......................................................................................................................................... 5  2.1.1  Tipos de acionamentos....................................................................................................................... ........................................................... ............................................................ 5  2.2  DISPOSITIVOS DE ATUAÇÃO E CONTROLE .................................................................................................. 10  2.2.1  Chaves.............................................................................................................................................. 10  2.2.2   Relés eletromecânicos ............................................................ ...................................................................................................................... .......................................................... 11  2.2.3 Contatores .......................................................................................................................... ......................................................... ............................................................................... .............. 16  2.2.4   Resistências................................................................................................................................ ................................................................. ..................................................................... ...... 19  2.2.5  Válvulas ........................................................................................................................................... 20  2.3  SENSORES.................................................................................................................................................. 31  2.3.1  Sensor fim de curso (de contato)...................................................................................................... 31   2.3.2  Sensor magnético (reed-swicht) ....................................................................................................... ........................................................ ............................................... 32  2.3.3  Sensor Indutivo ................................................................................................................................ ............................................................................................ .................................... 32  2.3.4  Sensor Capacitivo ............................................................................................................................ ................................................................................................ ............................ 33  2.3.5  Sensor Fotoelétrico (óptico) ............................................................................................................ ............................................................. ............................................... 35  2.3.6   Sensor infravermelho ....................................................................................................................... ...................................................................................................... ................. 37   2.3.7   Sensor ultra-som .............................................................................................................................. .................................................................................................. ............................ 37   2.3.8  Sensor microondas ................................................................. ........................................................................................................................... .......................................................... 38  2.4  TRANSDUTORES E CONVERSORES .............................................................................................................. 39  2.5  DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO ..................................................................................................................... 39  2.5.1   Dispositivos de proteção: Fusíveis .............................................................. .................................................................................................. .................................... 39  2.5.2   Dispositivos de proteção: Relé térmico ....................................................... ........................................................................................... .................................... 43  2.5.3   Dispositivos de proteção: Disjuntor de sobrecarga ........................................................................ 44  2.5.4   Dispositivos de proteção: Disjuntor Motor ..................................................................................... 45  2.5.5   Dispositivos de proteção: Disjuntor residual DR (Relé de fuga) .................................................... 46  

3 

MOTORES ELÉTRICOS .................................................................................................................... .......................................................................................................................... ...... 48 

3.1 

MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA .............................................................................................................. 49  3.1.1   Excitação em série ................................................................. ........................................................................................................................... .......................................................... 50  3.1.2   Excitação shunt ou derivação (paralelo) ................................................................ ......................................................................................... ......................... 51  3.1.3   Excitação independente ................................................................................................................... ......................................................... .......................................................... 51  3.1.4   Excitação composta ................................................................ ......................................................................................................................... ......................................................... 52  3.1.5   Motores de passo em corrente contínua ................................................................ .......................................................................................... .......................... 52  3.2  MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA ....................................................................................................... 54  3.2.1   Motores assíncronos ou de indução................................................................................................. indução............................................................. .................................... 54  3.2.2   Motores síncronos CA ..................................................................................................................... ........................................................... .......................................................... 69  3.2.3  Técnicas de acionamento, controle e proteção de motores ............................................................. ....................................................... ...... 73  3.2.4  Componentes de um sistema de acionamento, ........................................................ ................................................................................. ......................... 73  3.2.5   Modalidades de acionamento ........................................................... .......................................................................................................... ............................................... 76   3.3  SISTEMAS DE REALIMENTAÇÃO PARA CONTROLE DE MOTORES ................................................................. ........................................................... ...... 84  3.3.1   Tacogerador  .................................................................................................................................... 85  3.3.2   Encoder  ........................................................................................................................................... 85  3.3.3   Resolver ....................................................................................................... ........................................................................................................................................... .................................... 89 

4 

AUTOMAÇÃO DE BAIXO CUSTO ........................................................................................................ ......................................................... ............................................... 91 

4.1 

EVISÃO DE LÓGICA BOOLEANA............................................................................................................... 91  R EVISÃO 4.1.1   Portas lógicas ............................................................................................................................ .............................................................. .................................................................... ...... 91  4.1.2   Mapa de Karnaugh ................................................................ .......................................................................................................................... .......................................................... 94  4.1.3  Teoremas de Boole................................................................. ........................................................................................................................... .......................................................... 98  4.2  APLICAÇÕES COMUNS DE CONTROLE ......................................................................................................... 99  4.3  APLICAÇÕES INDUSTRIAIS DE CONTROLE ................................................................................................ 104  ELÉS INTELIGENTES PROGRAMÁVEIS (MICRO CLP’S) ............................................................................ 4.4  R ELÉS ................................................................ ............ 116  4.4.1  SMART da Metaltex ................................................................ ....................................................................................................................... ....................................................... 116   4.4.2   LOGO! Siemens ......................................................................................................................... ........................................................... .................................................................. .... 125 

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 1  Introdução à Automação Industrial A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja, ações que não dependem da intervenção humana. Apesar de a palavra automação ser um neologismo oriundo da língua inglesa, inventado pelo marketing da indústria de equipamentos na década de 60, o conceito filosófico para seu surgimento é muito antigo, remontando da época de 3500 e 3200 a.C., com a utilização da roda. O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforço braçal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponível para outros afazeres. Neste sentido, existem inúmeros exemplos do uso da automação em aplicações simples desde os primórdios, como o uso do monjolo substituindo o trabalho do homem batendo o pilão e a bóia usada nas caixas d’água para bloquear o fluxo de água quando esta está cheia e ligar novamente quando está vazia.  

Figura 1 - a) Mu Mulher lher batendo o pilão b) Monjolo Monjolo

Atualmente, o conceito mais conhecido de automação é relacionado a qualquer sistema, baseado ou não em microprocessadores, que substitua o trabalho humano e que vise a soluções rápidas e econômicas para atingir os complexos objetivos da indústria e dos serviços, como garantir:   O nível de segurança o  Realizar tarefas impossíveis, agressivas a saúde ou perigosas ao ser humano, como operações em ambientes químicos, siderúrgicas ou mesmo máquinas como prensas e cortadeiras.   As especificações técnicas de produção e a qualidade do produto ou serviço o  Garantir a repetibilidade dos padrões, melhores práticas e métodos com altíssima precisão, confiabilidade para assegurar a qualidade na produção;   Reduzir os custos de produção o  Diminuir perdas, paradas e garantir altíssimos volumes de produção com segurança e qualidade   Maior acesso, controle e qualidade das informações, Integrar toda a rede de informação desde a venda do produto até o chão de o  fábrica, sistema de estoque, marketing, desenvolvimento de produto entre outros o  Garantir que a informação chegue a quem precisa e no momento correto   Facilidade do planejamento e controle da produção, o  Facilitar a tomada de decisões o  Evitar previsões erráticas baseadas no “chute” ou  feeling das pessoas 

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Facilitar a manutenção e o processo de melhoria contínua. o  Evitar “caixas-pretas” ou processos que ninguém possa intervir de fato   Facilitar a análise da equipe de manutenção e diminuir tempo de máquina parada o  Possibilitar a implementação imediata de melhorias ou de modificações no o  processo ou serviço

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Para atingir seus objetivos, a automação e controle podem implicar na implantação de múltiplos sistemas interligados e assistidos por redes de comunicação ou não.

Figura 2 - Exemplo de controle de processo automatizado

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 2  Nivelamento de conhecimentos 2.1  Acionamentos Os acionamentos ou atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação, ou seja, qualquer elemento ou mecanismo que faça (realize) alguma ação, como por exemplo:

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Um filme avançar no DVD, Um automóvel dar partida, Uma luz ser acesa ou apagada, Um alarme disparar,

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Uma caixa d’água parar de encher e inúmeros outros. 

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2.1.1  Tipos de acionamentos Os acionamentos, em geral, podem ser do tipo: magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos ou de acionamento misto.

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São exemplos comuns de acionamentos: chaves, relés e contatores, pistões e cilindros pneumáticos, entre outros  2.1.1.1   Acionamento Magnético Seu funcionamento baseia-se no magnetismo, que é a capacidade de um material atrair ou repelir outro, fornecido por imãs naturais ou pela passagem de corrente elétrica em um condutor para gerar um campo eletromagnético.

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SS  Figura 3 - Imãs naturais com seus campos magnéticos

Há inúmerascomo aplicações e geradores, dispositivossensores, que utilizam o campo eletromagnético como princípio de funcionamento, motores, o eletroímã e outros. O eletroímã é um componente muito comum que utiliza este princípio. Ele basicamente é uma bobina feita de muitas espiras de fio condutor montados de forma a somar a força dos campos magnéticos das espiras e concentrá-los em um sentido. Ele é o componente básico de diversos dispositivos como relés, contatores, campainhas entre outros.

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Figura 4 - Eletroímãs

Todas as substâncias (sólidos, gases, e líquidos) reagem, em certo grau, à presença de um campo magnético. Em função destas respostas podemos classificar as substâncias em:   Ferromagnéticos  Ferromagnéticos  – Quando um material deste tipo é colocado perto de um ímã, ele será atraído à região de campo magnético mais forte devido à interação dos elétrons entre átomos vizinhos que se alinham, criando domínios magnéticos e formando um magneto permanente. o  Exemplos: Ferro, cobalto, níquel, gadeolínio, disprósio Aplicações: Solenóides, transformadores, etc o 

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  Diamagnéticos  Diamagnéticos  – – Quando um material deste tipo é colocado perto de um ímã, ele é repelido da região de campo magnético maior, de modo oposto ao que ocorre no caso de um ferromagneto.   o Exemplos: cobre, ouro, prata e chumbo, o  Aplicações:Bismuto, supercondutores (diamagnetos ideais)compostos orgânicos

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Paramagneticos  – Quando um material deste tipo é colocado perto de um ímã, ele será   Paramagneticos  atraído para a região de campo mais intensa, como no caso de um ferromagneto. A diferença é que essa atração é muito fraca. o  Exemplos: Oxigênio líquido, alumínio, materiais que contêm elementos de transição, terras raras e actinídeas. Tabela 1 - Tipos de magnetismo

Tipo de magnetismo  magnetismo 

Susceptibilidade   lidade

Diamagnéticos (cobre, ouro, prata, chumbo, etc)   etc)

Pequena e negativa

Não possuem momento magnético

Paramagnéticos (oxigênio líquido, alumínio, etc)  etc) 

Pequena e positiva

Tem momentos magnéticos orientados aleatoriamente

Ferromagnéticos (ferro, cobalto, níquel, etc)  etc) 

Grande e positiva

Átomos / Ordenamento magnético  magnético 

Exemplo /Susceptibilidade  /Susceptibilidade 

Têm momentos magnéticos orientados paralelamente

 2.1.1.2   Acionamento Hidráulico, Atuam pelo princípio de que a pressão leva em conta não só a força, como também a área em que ela atua. Pressão é a força dividida pela área. Mesmo quando a pressão é baixa pode produzir grande força desde que a área aplicada seja grande. Por exemplo, o vento não consegue empurrar nossa mão, mas consegue empurrar um enorme barco à vela (a vela tem uma área muito grande). Exemplo: tomemos um bloco medindo 10 cm x 10 cm x 50 cm que pesa 50 kgf.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Os acionamentos hidráulicos utilizam a pressão do fluído hidráulico como forma de transmitirem força. A principal tarefa de um óleo hidráulico na indústria é de movimentar equipamentos ou ferramentas em linhas de processos. Em geral são sistemas centralizados ou individuais que movem ou transportam produtos na fábrica. Nas indústrias alimentícias, sistemas hidráulicos levantam, empurram, espremem ou dão forma aos ingredientes ou produtos.

Os sistemas com óleo hidráulico muitas vezes estão sendo usados em casos de alta carga. Além de transmitir força, o fluido hidráulico lubrifica as peças internas do sistema como, por exemplo, bombas de engrenagens ou cilindros. Os principais componentes deste sistema são: motor, cilindro, bomba de óleo, válvula e tanque de óleo. O motor é responsável pelo fluxo de óleo no cilindro em direção ao pistão que movimenta a junta. A maior parte dos óleos hidráulicos é produzida com óleos minerais devido ao custo. Para atender as exigências, estes produtos têm de ser melhorados com uma variedade de aditivos, tais como: inibidores de corrosão, antioxidantes, detergentes, aditivos EP (extreme pressão), antiespumantes, emulgadores, abaixador do ponto de congelamento (pour-point), etc. Também é importante que o óleo hidráulico não ataque as vedações do sistema hidráulico.  2.1.1.3   Acionamento Pneumático Os acionadores pneumáticos são semelhantes aos acionadores hidráulicos, porem a diferença é a utilização de ar ao invés de óleo. Entretanto o ar é altamente compressível, o que causa uma baixa precisão e força, mas estes acionadores possuem alta velocidade. Acionadores pneumáticos lineares (cilindros) requerem sistemas sofisticados e complexos para controlarem a posição em pontos ao longo do curso. Justamente por isso, são pouco utilizados em aplicações que tenham tal necessidade. Porem, diversas tarefas de produção podem ser automatizadas com atuadores pneumáticos lineares trabalhando entre os extremos de posição, ou seja, totalmente recolhido ou totalmente estendido, que apresentam boa repetibilidade. Estas tarefas em geral são simples, consistindo de movimentação de material, fixação de peças e separação de objetos, chamadas genericamente de operações “pega-e-põe”.  O baixo custo dos acionadores pneumáticos e da geração de ar comprimido faz com que a automação pneumática seja a mais adequada se o trabalho a ser realizado for simples. Pode-se utilizar o acionamento pneumático em juntas rotativas de forma direta (acionadores rotativos) ou com redutores (motores pneumáticos de lóbulos ou palhetas). Tais aplicações são, contudo, muito especificas e indicadas apenas quando houver restrições quanto ao acionamento elétrico ou hidráulico.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 2.2  Dispositivos de atuação e controle

2.2.1  Chaves É o mais simples e direto tipo de acionamento, pois atua diretamente na grandeza física controlada (corrente elétrica, água, vapor, etc) e comuta, na maioria das vezes, somente para dois estados: acionada ou não (liga desliga)nomes em função da ação que pode realizar, como interruptor, seccionadora, chave Pode terou diversos fim de curso, válvula on-off, etc.

Figura 5- a) chave fim de curso b) micros chave SSMD MD c) Chave comando liga-desliga d) Chave Chave seccio seccionadora nadora e) Chave pedal

 2.2.1.1  Exemplos simples de controle no dia a dia

Figura 6 - Interruptor paralelo: Liga e desliga uma lâmpada em dois pontos (interruptores) diferentes

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Figura 7 - Interruptor intermediário: Liga e desliga uma lâmpada em três ou mais pontos (interruptores) diferentes

Figura 8 - Chuveiro elétrico com detalhes do acionamento elétrico automático e seleção de temperatura

2.2.2  Relés eletromecânicos São componentes capazes de controlar circuitos elétricos de grandes correntes a partir de pequenas correntes ou tensões, ou seja, podem ser acionados até com uma pilha e mesmo assim controlar um motor ligado em 110 ou 220 volts, por exemplo.

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Figura 9 - Relés comerciais

Seu acionamento simples é observado quando uma corrente circula pela bobina criando um campo magnético que atrai uma série de contatos fechando ou abrindo circuitos. Ao cessar a corrente da bobina o campo magnético também cessa, fazendo com que os contatos voltem para a posição original.

Figura 10 - Detalhe dos contatos e do acionamento do relé eletromecânico

A principal vantagem dos Relés em relação aos SCR e os TRIACS é que o circuito de carga está completamente isolado do de controle, podendo inclusive trabalhar com tensões diferentes entre controle e carga. A maior desvantagem é o fator do desgaste, pois em todo o componente existem ações mecânicas de contato. Além disso, como qualquer dispositivo, os relés possuem limitações quanto a co corrente rrente e tensão máxima admitida entre os terminais, que se não observados podem comprometer a sua vida útil ou até a do circuito controlado.  2.2.2.1  Relés de estado sólido São componentes eletrônicos que atuam como chaves totalmente em estado sólido, ou seja, não possuem elementos mecânicos. Visam principalmente à substituição de relés comuns e contatores, incorporando uma série de vantagens como:   Não possuem desgaste de contatos mecânicos, pois estes não existem, tornando a vida útil praticamente ilimitada.   Respondem a freqüência de acionamento elevadas, permitindo assim controle co ntrole de luminosos e temperatura de forma direta, precisa e econômica.   Não geram ruídos e faíscas durante sua comutação, tornando-o ideal para áreas potencialmente explosivas (áreas classificadas) e hospitais.   Não são susceptíveis às influências de campos eletromagnéticos   Possuem grande resistência choques mecânicos e vibrações 

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Figura 11 - Relés de estado sólido comerciais

Para serem usadas em cargas com corrente alternada (CA), as maiorias dos modelos comerciais destes relés possui um detector de cruzamento de zero “zero crossing” para ligar cargas AC no cruzamento de zero da tensão (senóide) e desligar no cruzamento de zero da corrente. Esta função evita interferências em outros equipamentos e aumenta a vida útil da carga (no caso de uma resistência ou lâmpada cerca de 3 a 4 vezes). Algumas das suas principais desvantagens estão:   Para os modelos que não possuem isolação ótica a possibilidade de contato entre o circuito de comando e carga no caso de um defeito   A queda de tensão na junção dos semicondutores pode gerar aquecimento excessivo caso a corrente seja elevada. Nesta situação é imprescindível o uso de dissipadores de calor o  Existem diversas aplicações industriais que utilizam equipamentos de partida baseados em semicondutores como inversores de freqüência e soft-starter’s para motores de elevada carga e que após a chegada a velocidade nominal são “jumpeados” com contatores para economia da energia dissipada n esta junção. 

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Figura 12 - Relé de estado estado sólido a) Acoplado a um dissipado dissipadorr de calor b) Um dos possíveis diagramas elétricos elétricos

 2.2.2.2  Relés especiais Compreendem uma ampla gama de relés para diversas aplicações aplicaç ões especiais como:   Relés temporizados o  Utilizados para inúmeras aplicações como inserção de tempo para ligar, desligar, proteger, controlar em circuitos de comando de motores, painéis luminosos, automação residencial e outros. 

Figura 13 - a) Relé temporizado analógico b) Relé automotivo para limpador de parabrisa c) Relé de tempo comum

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  Relés de sinal o  São assim chamados em função das altas freqüências que comutam o sinal, seu tamanho compacto e o consumo reduzido. Em função destas características é muito utilizado em telecomunicações.

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  Relés ópticos Compreendem uma ampla gama de relés que utilizam fenômenos ópticos como a luz o  solar, a luz infravermelha, LED’s e outras fontes para controlar a comutação do sinal ou isolar o acoplamento de dois circuitos.   Podem ser utilizados como relés de sinal ou em   Os relés ópticos do tipo MOS geralmente funcionam controlando sinais de baixa tensão, eles possuem montagem SMD e são ideais para aplicações em telecomunicações, instrumentação, etc.

  Relés fotoelétricos o  Também chamado de fotocélulas são muito utilizados para comandar automaticamente circuitos de iluminação, acendendo as lâmpadas ao anoitecer e apagando-as ao amanhecer.

  Relés programáveis Também chamados de controladores ou micro CLP dependendo da sua aplicação e o  quantidade de recursos que possui. É caracterizado pelo seu tamanho compacto e excelente relação custo-benefício. o  São utilizados em diversas aplicações, desde o simples controle horário da iluminação até aplicações de pequeno e médio porte, como tarefas de intertravamento, temporização, contagem e operação matemáticas, substituem com vantagens contatores auxiliares, temporizadores e contadores eletromecânicos, reduzindo o espaço necessário e facilitando significativamente as atividades de manutenção.

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  Relés reed swicht (sensor magnético) São relés magnéticos que comutam quando expostos a campos magnéticos o  orientados. Basicamente são compostos por duas partes separadas: o    Uma ampola de vidro que contem o interruptor reed swicht, que na verdade é uma lâmina de metal fixa e outra móvel imantada.   E um imã permanente que gera o campo magnético que atrai ou repulsa a lâmina móvel em direção ou contra a lâmina fixa da ampola. o  São principalmente abertura de portas eutilizados janelas. em sistemas de segurança e alarmes como sensores de

Figura 14 - a) Sensor magnético de abertura com transmissor RF acoplado e imã b) Âmpola reed swicht

2.2.3  Contatores Basicamente são relés mais robustos construídos para elevadas freqüências de operação e de carga. São classificados em dois tipos de acordo com suas características mecânicas e elétricas:   Contatores de força (ou de potência ou para motores)   Contatores auxiliares. 

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 2.2.3.1  Contatores de força Em geral, os contatores de força são caracterizados por possuírem maior robustez de construção, a possibilidade de receber relés de proteção (térmicos e de sobrecarga) e terem dois tipos de contatos com capacidade para cargas diferentes:   Contatos principais o  São responsáveis pelo chaveamento do circuito de potência que geralmente está associado a grandes cargas o  Possui no mínimo três contatos característicos do tipo normalmente aberto (NA) 

posicionado na parte inferior do contator.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Contatos auxiliares São responsáveis pelo circuito de comando que geralmente está associado a o  pequenas cargas, como:   Resposta do acionamento do contator, intertravamento, selo elétrico, circuito de iluminação e outros. o  Pode ter uma variedade de tipo e número de contatos

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Além do descrito acima, são características dos contatores de força:   A existência de uma câmara de extinção de arco voltaico   A possibilidade da variação de potência da bobina do eletroímã   Seu tamanho físico ser de acordo com a potência da carga   Ter a possibilidade de ter a bobina do eletroímã secundário   Ter a possibilidade de acoplar a inúmeros acessórios, como: Intertravamento mecânico o  Blocos e contatos adicionais o  o  Blocos temporizadores o  Supressores de alta tensão entre outros 

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Figura 15 - a) Supressor de alta tensão para para contator b) Contato adicional

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 2.2.3.2  Contatores auxiliares Os contatores auxiliares são utilizados para aumentar o número de contatos auxiliares dos contatores de motores quando necessário e também para outras funções que exigem uma carga muito elevada, como:   Comandar contatores de elevado consumo na bobina   Para evitar repique   Para sinalização   Para circuitos de comando mais complexos e outros. 

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Figura 16 - Contatores auxiliares

 2.2.3.3  Identificação dos contatos de um contator  A identificação dos contatos de um contator seja de força ou de comando segue normalmente a seguinte regra:   Para a alimentação da bobina do contator, normalmente utiliza-se o termo A1 e A2 e quando este possuir uma segunda bobina B1 e B2 para esta.  esta.    Para os contatos de força ou potência, normalmente se utiliza L1, L2 e L3 na entrada e T1, T2 e T3 na saída, mas, não existe consenso. Existem fabricantes que utilizam os números ímpares na entrada (1, 3 e 5) e números pares na saída (2, 4 e 6). Têm quem use os dois.  dois.     Para os contatos auxiliares sempre se utilizam dois números (Nn) 

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  Primeiro número (N) relaciona a seqüência do conjunto de contatos contados da esquerda para a direita no contator o  Segundo número (n) indica se o mesmo é um contato fechado (NF) ou aberto (NA):   1 e 2 são normalmente fechados   3 e 4 são normalmente abertos   Os números posteriores (5, 6, 7, 8 e 9) são reservados a outras aplicações como relé térmico, temporizadores, e outros.   5 e 6 são normalmente fechados   7 e 8 são normalmente abertos.

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Figura 17 - Identificação numérica dos conatos de um contator

 2.2.3.4  Categoria e aplicações dos contatores

Serviço normal

Exemplos de aplicação

Aplicações

AC1

Aquecedores  Aquecedores  Lâmpadas incandescentes   incandescentes Lâmpadas fluorescentes   fluorescentes Compensadas

Manobras leves; Cargas ôhmicas ou pouco indutivas

AC2

Guinchos  Guinchos  Bombas   Bombas Compressores

AC3

Bombas  Bombas  Ventiladores   Ventiladores Compressores

Categoria

AC4

Pontes rolantes  rolantes  Tornos

Comando de motores com rotor bobinado. Desligamento em regime normal Serviço normal de manobras de motores c/ rotor de gaiola. Desligamento em regime normal Manobras pesadas Acionar motores com carga plena Comando intermitente Reversão a plena carga Marcha e parada a plena carga

Serviço ocasional

Ligar

Desl

Ligar

Desl

1 X In

1 X In

1,5 X In

1,5 X In

2,5 X In

1 X In

4 X In 4 X In

6 X In

1 X In

10 X In

8 X In

6 X In

6 X In

12 X In

10 X In

2.2.4  Resistências

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I No geral, as resistências são equipamentos tecnologicamente simples, mas, construtivamente robustos, construídos para gerar calor com a passagem da corrente elétrica (efeito joule) ou dissipar a energia gerada indesejada de um sistema como, por exemplo, em circuitos de frenagem de motores (chopper).

Figura 18 – Resistências a) tipo imersão imersão com rosca b) tipo imersão sobre bordas de tan tanque que c) tipo tubulares aletadas para aquecimento aquecimen to do ar d) tipo bainha de cerâmi cerâmica ca lisa e aletada 

Além disso, as resistências podem ser encontradas em quase todas as atividades que envolvem aquecimento industrial, como: • Geração de ar quente no secador elétrico  • Fechamento de embalagens (seladoras) e plastificação de documentos • Aquecimento do plástico do apontador de lápis • Vulcanização da borracha das mangueiras do radiador do carro   • Aquecimento da água do boiler residencial  • Aquecimento da sauna seca, desumificando desumificando o painel de comando. • Aquecimento e posteriormente fazendo o degêlo do balcão do freezer do supermercad o • Esquentando a pizza no forno elétrico   • Aquecimento do nylon na extrusora  • Aquecimento dos eletrodos da estufa da granja, mantendo os pintinhos aquecidos.  • Assando a picanha na churrasqueira elétrica  • Geração de fumaça nas máquinas de fumaça das casas noturnas • Esterilização de instrumentos  • Aquecendo os gases na indústria  • Derretendo parafinas  • Pré-aquecendo óleos de queimadores na indústria de cimento • Injetando tampinhas plásticas  • Soprando garrafas plásticas, etc. 

2.2.5  Válvulas Válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper a passagem de fluidos nas tubulações.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I São acessórios de fundamental importância e indispensáveis nas tubulações e, portanto merecem indicação, especificação e localização criteriosas por parte do projetista. Algumas garantem a segurança da instalação, outras propiciam manobras de direcionamento e controle do fluxo e outras permitem desmontagens para reparos ou substituição de elementos da instalação. Em qualquer projeto deve constar o menor número possível de válvulas, pois encarecem o sistema tanto na montagem como na manutenção, alcançando, em média, cerca de 8% do custo total da instalação. Hidraulicamente promovem aumento nas perdas de carga e conseqüente acréscimo no consumo de energia consumida, além de freqüentes perdas materiais com vazamentos. Existe uma grande variedade de tipos de válvulas, e, em cada tipo, existem diversos subtipos, cuja escolha depende não apenas da natureza da operação a realizar, mas também das propriedades físicas e químicas do fluido considerado, da pressão e da temperatura a que se achará submetido, e da forma de acionamento pretendida. Particularmente, quando destinadas a trabalhar com água e de comando manual, são designadas por alguns fabricantes com o nome de registros. As válvulas são classificadas nos seguintes tipos:   De bloqueio;   De regulagem;   De fluxo único;   De controle de pressão. 







   s    o    s

Válvulas

Gaveta Globo Reta Globo Angular Globo Oblíqua Macho Esfera Retenção Horizontal Alívio Retenção Vertical

   o    i    e    u    q    o     l    B

X X X X X X

     m    e    g    a     l    u    g    e    R

X X X

   s    s    e    e    t    õ   n    ç    e    a    r    ü    e    q    p   e    r    O   F

   a     d    r    e    a    P    g    r    a    a    x    i    C    a    e    B    d

   o    c    s    i    V    s    o     d    i    u     l    F

X

X

   o    t    n    e    m    a    o    n    d    i    o    i    p    c    á    A   R

   e    r    v    L    i     m    e    g    a    s    s    a    P

X

X X X X X

   e    o    o     d   ã    n    s    o   s    o    r    e    ã    ã    o    ç    r    ç    t    n    e    n   p      e    R    e    e    r    v    o    v     b    e    r    o    r    ã    e    P    N    P   s

X X X X

X X

X X X

X X

X X

X

 2.2.5.1  Válvulas de bloqueio As válvulas de bloqueio, em inglês block-valves, destinam-se apenas a permitir ou interromper o fluxo, trabalhando totalmente abertas ou completamente fechadas, não servindo, pois, para controlar vazões. Normalmente tem o mesmo diâmetro nominal do trecho de conduto em que se encontra instalada e a mesma seção útil transversal e perfil linear. São exemplos deste tipo de válvulas:   Válvula de gaveta ou gate valves (também chamadas de registro); reg istro); o   Utilizada em qualquer diâmetro, em tubulações de água, óleo e líquidos em geral, desde que não sejam muito corrosivos nem deixem muitos sedimentos.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Dificilmente dão fechamento estanque e como tem o fechamento de metal contra metal, são consideradas de segurança contra incêndio. o  O fechamento lento evita golpes de aríete, conseqüentes da paralisação repentina do fluxo.

o

Figura 19 - a) Válvulas de gaveta

  Válvula de macho ou plug valves ou cock valves;



  É aplicada em serviços de:   Bloqueio de gases (em quaisquer diâmetros, temperaturas e pressões);   Bloqueio rápido de água, vapor e líquidos em geral (em pequenos diâmetros e baixa pressão);   Em serviços com líquidos que deixem sedimentos ou que tenham sólidos em suspensão. o  Para pequenos diâmetros (até 4”) a válvula de bloqueio de macho também pode ter três ou quatro vias

o

Figura 20 - Válvulas Válvulas macho 2 e 3 vias

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Figura 21 - Componentes de uma válvula macho duas vias

  Válvula de esfera ou ball valves;

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uma válvula muito empregada como substituta da válvula de gaveta, devido as   Éseguintes vantagens:   Menor tamanho e peso   Melhor vedação   Maior facilidade de operação   Menor perda de carga Podem trabalhar com fluidos que tendem a deixar depósitos sólidos, por arraste, o  polimerização, coagulação etc.. Podem ser de passagem plena ou de passagem reduzida. o  o  A esfera pode ter o furo em “v” que permite o emprego tanto para bloqueio como para regulagem. o

Figura 22 - Válvulas esfera

  Válvula de comporta ou slide valves ou blast valves. Não dão fechamento estanque, são usadas em: o 



 

GRANDES DIÂMETROS (ar, gases e água em baixa pressão);

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QUALQUER DIÂMETRO (para produtos espessos ou de alta viscosidade e para fluidos abrasivos)

Figura 23 - Válvulas de comporta

 2.2.5.2  Válvulas de regulagem

As válvulas de regulagem, inglês aode contrário dasinterna de bloqueio destinam-se em ao controle de fluxo, trabalhandoem pois, emthrottling qualquervalves, posição abertura e eventualmente posição de bloqueio total. Por serem peças de custo significativo, podem eventualmente ser projetadas com diâmetros nominais menores que os dos trechos da tubulação que deverão ser assentadas. São exemplos deste tipo de válvulas:   Válvula de globo ou globe valves; São utilizadas para: o    Serviço de regulagem em linhas de água, óleo e líquidos em geral, bem como para vapor, ar e outros gases;   Para bloqueio em linhas de vapor, para Ø de até 8”;    Para fechamento estanque em linhas de gases. o  Para vapor e outros serviços com temperatura elevada, se houver necessidade de fechamento estanque, deve ser montada com o sentido de fluxo invertido

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Figura 24 - Válvulas globo

  Válvula de agulha ou needle valves; o 

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Figura 25 - Válvulas agulha

  Válvula de controle ou control valves; o  AA   AA

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Figura 26 - a) Válvula de ccontrole ontrole elétrica b) Válvula d de e controle pneu pneumática mática c) Posicionador Posicionador da válvula

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  Válvula de borboleta ou butterfly valves; São válvulas de regulagem, mas também t ambém podem trabalhar como válvulas de bloqueio. o  São apropriadas para a aplicação de revestimentos Internos anticorrosivos. o  o  São válvulas leves, baratas e podem ser facilmente adaptadas a diversos tipos de atuadores.

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Figura 27 - Válvulas borboleta

  Válvula de diafragma ou diaphragm valves. o  Foram desenvolvidas especialmente para bloqueio e regulagem de fluidos corrosivos, tóxicos, bem como para fluidos muito voláteis ou que exijam total segurança contra vazamentos. o  Na maioria das válvulas a sede é em forma de barragem. Existem válvulas sem a barragem, denominadas de passagem reta. A temperatura de trabalho depende do material do diafragma o 

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 2.2.5.3  Válvulas de fluxo As válvulas de fluxo único destinam-se a impedirem automaticamente o escoamento danoso ao sistema quanto a sua estabilidade estrutural ou perda deou fluido, especialmente sentido do escoamento quando da interrupção sobacomando acidental do fluxo. em sua inversão no

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I São exemplos deste tipo de válvulas:   Válvula de retenção ou check valves; São de operação automática e permitem a passagem do fluido em somente um o  sentido. o  Provocam uma alta perda de carga, só devem ser usadas quando forem de fato imprescindíveis. Devem ser instaladas de tal modo que a ação da gravidade ajude o fechamento da válvula. o   Tipicamente são empregadas em:   Linhas de recalque de bombas, imediatamente após a bomba, quando houver mais de uma bomba em paralelo descarregando para o mesmo tronco;   Linha de recalque de uma bomba para um reservatório elevado;   Extremidade livre da linha de sucção de uma bomba não afogada.



  Válvula de retenção  retenção e fechamento ou stop-check valves; o  Tem a característica de funcionarem como válvulas de retenção quando trabalhando na posição aberta e como de bloqueio quando o fluxo encontra-se interrompido. São equipamentos de emprego restrito, usualmente nas tubulações de saída das o  caldeiras.

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  Válvula de pé ou foot valves. o  É normalmente colocada na extremidade inferior da tubulação de sucção para impedir que a água succionada retorne à fonte quando da parada do funcionamento

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da bomba, evitando que esta trabalhe a seco (perda da escorva).

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. Figura 28 - Válvula de pé

 2.2.5.4  Válvulas de controle As válvulas de controle de pressão podem ser divididas em de pressão a montante (acima do ponto de referência) e de pressão a jusante (abaixo do ponto de referência). Os tipos de válvulas de controle  controle  a montante tem maior aplicação para o alívio do golpe de aríete e podem ser agrupadas da seguinte maneira:   Válvula de segurança ou de alívio a lívio ou safety valves ou reliefy valves; o  Também chamada PSV (do inglês Pressure Safety and Relief Valve) o  Controla a pressão a montante abrindo-se automaticamente quando esta ultrapassar um determinado valor para qual a válvula foi calibrada São chamadas de segurança quando trabalham com fluídos elásticos e alívio quando o  trabalham com líquidos 

Figura 29 - Válvulas de segurança e alívio

  Válvula de excesso  excesso de vazão ou excess flow valves;

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  Válvula de contrapressão ou back pressure. o  Permite obter uma pressurização na linha de baixa pressão de forma a proteger o sistema ou tubulação contra cavitação

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As válvulas de controle  controle  a jusante são empregadas em pontos baixos da rede onde as pressões estáticas podem superar os 50 metros e coluna de água e as de quebra de vácuo para facilitarem o preenchimento ou esvaziamento das linhas de adução. Podem ser agrupadas da seguinte maneira:   Válvulas  Válvulas redutoras ou reguladoras; É muito utilizada para o controle automático da pressão pressão de redes, como as de ar o  comprimido, líquidos e vapor. Ela mede a pressão a jusante (anterior a mesma) e modula abrindo ou fechando a o  válvula, mantendo a pressão solicitada.

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Figura 30 - Válvulas Válvulas redutoras de pressão

  Válvulas de quebra vácuo ou ventosas. ventosas . o  Semelhante às válvulas de segurança, com a diferença de que se abrem de fora para dentro. São empregadas para proteção de tubulações de grande diâmetro e pequena espessura de parede. Não permite fluxo de dentro para fora da tubulação

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Figura 31 –Válvulas de quebra vácuo ou ventosa automática de ar

 2.2.5.5   Válvulas Solenóides A válvula solenóide é composta por duas partes básicas: o corpo e a bobina solenóide. A bobina consiste de um fio enrolado ao redor de uma superfície cilíndrica. Quando a corrente elétrica circula através do fio, gera uma força eletromagnética no centro da bobina solenóide, que aciona o êmbolo, abrindo ou fechando a válvula.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I O corpo da válvula contém um dispositivo que permite a passagem ou não do fluido, quando a haste é acionada pela força eletromagnética eletromagnética da bobina. O pino é “puxado” “ puxado” para o centro da bobi na por esta força, permitindo assim a passagem do refrigerante. Quando a bobina é desenergizada o processo contrário ocorre, pois o peso do pino em conjunto com a força da mola instalada na parte superior da válvula faz com que volte a bloquear a passagem do fluxo através da válvula.

A válvula solenóide pode ser dividida em Ação Direta ou Ação Indireta (operada por piloto). O tipo de aplicação determina a utilização de cada uma delas.   A válvula de ação direta é utilizada para baixas capacidades e pequenos tamanhos de orifício de passagem.   O sistema operado por piloto é utilizado em válvulas de grande porte pois elimina a necessidade de bobinas e pinos maiores. 

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 2.2.5.6  Válvula Moduladora Na verdade se trata de um atuador pneumático que controla a abertura de uma válvula proporcionalmente a corrente elétrica (4 – 20 mA) que recebe.

Figura 32 - Válvula moduladora

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I  2.2.5.7   Músculo pneumático O músculo pneumático trata-se de um sistema de contração de membrana, ou seja, o tubo quando submetido a uma pressão, aumenta a extensão de seu diâmetro, criando uma força de tensão e um movimento de contração na direção longitudinal de até 25% do seu comprimento inicial sem carga. Quando distendido, o músculo desenvolve até dez vezes mais força que um cilindro pneumático convencional de mesmo diâmetro e consome apenas 40% da energia para uma força idêntica.

Totalmente impermeável, o músculo pneumático - que realmente realiza um trabalho semelhante ao músculo humano - pode ser utilizado em ambientes agressivos carregados de pó, cerragem e até mesmo mergulhado em água.

2.3  Sensores Os sensores são, basicamente, dispositivos sensíveis a um fenômeno físico, como temperatura, umidade, peso, luz, pressão, a presença de uma massa, etc. Eles podem fornecer direta ou indiretamente um sinal que indica a grandeza deste fenômeno físico. Quando operam diretamente, convertendo em uma energia neutra, são chamados transdutores. Existem inúmeros tipos de sensores para as mais variadas aplicações. Em automação e controle eles são responsáveis pelo monitoramento do processo, enviando um sinal ao controlador que pode ser discreto (abertura ou fechamento de contatos), ou analógico. Os sensores podem utilizar diversas tecnologias e princípios físicos para detectar um fenômeno. Desta forma, podem ser classificados em:   Magnéticos,   Indutivos,   Capacitivos, 

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   Ópticos, Ultra-sônicos e outros.

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2.3.1  Sensor fim de curso (de contato) São interruptores extremamente simples acionados pela própria peça monitorada. Basicamente, quando são acionados ou desacionados, eles comutam seus contatos elétricos internos. Existem diversos tipos e tamanhos, conforme a aplicação, como c omo por exemplo:   Em motores podem ser usados para a limitação do movimento   Em um vídeo cassete pode ser usado para verificar a gaveta está fechada ou a fita está dentro do aparelho   Em um comando elétrico, pode ser usado como micro de segurança para desligar a máquina quando uma pessoa abre ou retira uma proteção. 

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A grande vantagem deste sensor é sem dúvida seu preço extremamente baixo em comparação com outros tipos e a facilidade de ligação do circuito normalmente feito somente por dois fios que são isolados eletricamente do processo. Sua maior desvantagem é o contato mecânico com a peça ou processo que o desgasta interna e externamente, diminuindo consideravelmente sua vida útil. Alguns fabricantes também utilizam o termo sensor de fim de curso para os sensores sem contato utilizados para esta função, como alguns sensores indutivos, mas, na prática, não é um termo muito utilizado, pois neste caso se acrescenta ao nome do sensor seu princípio de funcionamento que é mais característico. 2.3.2  Sensor magnético (reed-swicht) São sensores que utilizam o mesmo princípio dos relés magnéticos tipo reed, ou seja, na proximidade de campo magnético orientado ele comuta seu contato elétrico interno. É muito utilizado em aplicações mais simples devido ao seu preço extremamente baixo, como alarmes, sensores de passagem de produto em esteiras e na detecção da posição de válvulas. Sua grande desvantagem é o fato de não poder trabalhar próximo de grandes fontes de campos eletromagnéticos.

2.3.3  Sensor Indutivo São sensores cujo funcionamento se baseia na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência, desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora. Quando o objeto metálico se aproxima há uma variação do sinal que é comparada com um sinal padrão atuando o estágio da saída

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São dispositivos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças metálicas em substituição às tradicionais chaves fim de curso. São muito utilizados para:   Componentes móveis em máquinas,   Acionadores,   Posicionadores, etc, 

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A detecção ocorre sem que haja o contato físico entre um acionador metálico e o sensor, aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos. A distância sensora operacional varia ainda com o tipo de metal, ou seja, é especificada para o ferro ou aço e necessita ser multiplicada por um fator de redução.

Eles são usados em aplicações que requerem: r equerem:   Confiabilidade,   Precisão na detecção do objeto,   Grande número de comutações   Alta velocidade de operação. 

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2.3.4  Sensor Capacitivo

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I São sensores cujo funcionamento baseia-se em um campo elétrico desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. O capacitor é formado por duas placas metálicas, carregadas com cargas elétricas opostas, montadas na face sensora, de forma a projetar o campo elétrico para fora do sensor, formando assim um capacitor com dielétrico ar.

Quando aproximamos um material, o dielétrico se altera, alterando sua capacitância e provocando uma mudança no circuito oscilador. Esta variação é convertida em um sinal contínuo, que comparado com um valor padrão, passa a atuar o estágio de saída. São sensores que podem detectar a presença ou a aproximação de:   Materiais orgânicos,   Plásticos,   Pós e líquidos,   Madeiras, papéis,   Metais, etc. 

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O ajuste de sensibilidade dos sensores capacitivos é protegido por um parafuso, que impede a penetração de líquidos e vapores no sensor. O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente para diminuir a influência do acionamento lateral no sensor, diminuindo-se a distância sensora.

Permite ainda que se detecte alguns materiais dentro de outros, como por exemplo:   líquidos dentro de garrafas   reservatórios com visores de vidro,   pós dentro de embalagens,   fluidos em canos ou em mangueiras plásticas, etc. 

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A tabela abaixo indica o dielétrico dos principais materiais, para efeito de comparação; sendo indicado sempre um teste prático para determinação da distância sensora efetiva para o acionador utilizado.

2.3.5  Sensor Fotoelétrico (óptico) Também conhecidos por sensores ópticos, este sensores manipulam a luz de forma a detectar a presença do acionador, que na maioria das aplicações é o próprio produto.

Seu funcionamento é baseado na transmissão e recepção de luz infravermelha (invisível ao ser humano), que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado. Para tanto, eles são compostos por dois circuitos básicos, responsáveis pela:

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Pela emissão do feixe de luz, denominado transmissor,   Pela recepção do feixe de luz, denominado receptor.

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De acordo com a maneira que estes dois circuitos básicos estão se interagindo, podemos classificá-los em três tipos distintos:   Sistema Fotosensor ou difusa o  Utiliza um transmissor e um receptor no mesmo dispositivo.

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sinal óptico é emitido pelo transmissor   O detecta a presença do sinal neste ponto. até uma distância estabelecida. O receptor Quando algum objeto corta este fluxo, o receptor deixa de detectar o sinal e o sensor o  comuta seu estágio de saída. o  Alcança as menores distâncias de detecção entre os três tipos.

o

  Sistema Refletivo Utiliza um transmissor e um receptor no mesmo dispositivo. o  o  O sinal óptico emitido pelo transmissor retorna para o sensor quando este encontra um retro-refletor (tipo de “olho de gato”) colocado a uma distância estabelecida. o  Quando algum objeto corta este fluxo, o receptor deixa de receber o sinal e comuta seu estágio de saída. o  Alcança uma distância de detecção mediana entre os três tipos.

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  Sistema por barreira Utiliza um transmissor e um receptor distantes entre si, mas, montados alinhados um o  contra o outro de forma que o sinal óptico entre eles seja constante. Quando um objeto interrompe este sinal, o receptor aciona seu estágio de saída. o  Alcança as maiores distâncias de detecção entre os três tipos. o 



2.3.6  Sensor infravermelho Pode ser usado para medir a presença ou ausência de um objeto.   Objeto localizado entre os sensores o  A luz infravermelha emitida pelo transmissor será refletida para os receptores do arranjo dos transmissores.   Se a superfície do objeto for paralela ao arranjo transmissor o  Ambos os receptores detectarão uma quantidade igual de luz refletida.   Se o objeto desvia do alinhamento paralelo o  Os -se possível para o robô reposicionar sua mão para acomodar essa inclinação. 

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O sensor infravermelho também pode ser usado para determinar a proximidade de um objeto, avaliando-se a intensidade de dois sinais refletidos. 2.3.7  Sensor ultra-som É um sensor que emite pulsos curtos, de alta freqüência em intervalos regulares que se propagam no ar na velocidade do som.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Quando estes sinais atingem um objeto eles são refletidos de volta para o sensor como sinais de eco. Então o próprio sensor computa a distância do alvo, baseado no tempo gasto entre a emissão do sinal e a recepção do eco.

Como a distância a um objeto é determinada medindo o tempo que o sinal leva de ida e volta e não pela intensidade do som, os sensores ultra-sônicos são excelentes em suprimir a interferência do fundo. Assim, todos os materiais que refletem o som podem ser detectados, não importando sua cor, ou formato. Mesmo os materiais transparentes ou folhas finas não representam nenhum problema para um sensor ultra-sônico.

Figura 33 - Sensores ultra-sônicos

2.3.8  Sensor microondas Este sensor detecta o movimento pelo chamado efeito Doppler. Funciona como um radar emitindo pulsos e analisando os sinais recebidos. O sensor por microondas possui três elementos: um emissor, um receptor e um circuito de analise e ativação. O emissor transmite um sinal com freqüência de 10 GHz, que ao ser refletida é captada pelo receptor. Se ocorrer algum movimento de pessoas no ambiente, a freqüência muda, ativando em seguida a central de alarme. Tem grande utilização em ambiente externo, desde que não haja arvores e arbustos na área de monitoramento do mesmo, que faz com que o al alarme arme seja disparado

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2.4  Transdutores e conversores Transdutores são dispositivos que tem a função de:   Receber informações na forma de uma ou mais quantidades físicas (tensão, velocidade, posição, temperatura, pH, ondas, etc),   e   Modificá-las Fornecer umcaso sinalnecessário de saída resultante.

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  Pode ser um elemento primário, um transmissor ou outro dispositivo dependendo da aplicação,   Exemplos de transdutores: o  Alto falante, Cápsula fonocaptora, o  Microfone, Motor, Gerador, o  Lâmpada, Fotocélula, etc.

O conversor é um tipo de transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saída padronizados.

2.5  Dispositivos de proteção

2.5.1  Dispositivos de proteção: Fusíveis Os fusíveis são componentes de proteção contra sobrecorrentes em circuitos. Basicamente, eles são ligas metálicas que "queimam" (fundem-se) quando a corrente elétrica ultrapassa um valor considerado perigoso, ou seja, sua função é abrir e interromper a circulação da corrente, caso sua intensidade se tome perigosa a ponto de colocar em risco a integridade da instalação. A intensidade máxima da corrente que pode passar por um fio é determinada basicamente pelo material de que ele é feito e por sua espessura.

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Em um circuito elétrico, se a corrente ultrapassar certo valor, a quantidade de calor produzida pode ser exagerada e afetar, inclusive, a integridade da capa plástica do fio. Se perder o isolamento, o perigo se torna maior, pois pode ocorrer um curto-circuito. Existem inúmeros tipos de fusíveis no mercado para diferentes aplicações. Deixando a forma construtiva e comercial de lado, o que difere basicamente um tipo de fusível de outro são as chamadas curvas características tempo X corrente que relacionam os valores da intensidade à qual o fusível funde com o respectivo tempo que o fusível demora a fundir.

Figura 34 - Fusíveis Fusíveis comerci comerciais ais a) Fusível de vidro b) Fusível Automotivo Automotivo c) Fusíveis cartucho cartucho

 2.5.1.1  Dispositivos de proteção: Fusível NH  São aplicados na proteção de:   Subcorrentes de curto-circuito e   Sobrecarga em instalações elétricas industriais. 

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Figura 35 - Fusíveis NH comerciais e base 

Além disso, facilitam a determinação da seletividade e coordenação de proteção em função dos seus valores de energia de fusão e interrupção. Eles possuem cinco tamanhos e atender correntes nominais de 6 a 1600 A. Podem ser manipulados com a ajuda de punhos garantindo assim segurança na montagem ou substituição dos fusíveis.  2.5.1.2  Dispositivos de proteção: Fusível Diazed  São disjuntores utilizados na proteção de:

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Curto-circuito em instalações elétricas residenciais, comerciais e industriais



Eles possuem um conjunto de dispositivos, como base, tampa, anel de proteção e coberturas que permitem o seu manuseio sem riscos de toque acidental no circuito energizado. Além disso, possuem parafusos de ajuste na base que impedem a mudança para valores superiores de corrente. As bases montadas dos fusíveis Diazed permitem a fixação por engate rápido sobre trilho ou parafusos. Os fusíveis possuem três tamanhos (DI, DII e DIII) para correntes nominais de 2 a 100 A

Figura 36 - Fusíveis Diazed comerciais e chave do parafuso de ajuste

O fusível possui um indicador, visível através da tampa, cuja corrente nominal é identificada por meio de cores, como mostrado na tabela abaixo: INTENSIDADE DE CORRENTE 2A 4A 6A 10 A

COR Rosa Marrom Verde Vermelho

INTENSIDADE DE CORRENTE 16 A 20 A 25 A

COR Cinza Azul Amarelo

INTENSIDADE DE CORRENTE 35 A 50 A 63 A

COR Preto Branco Laranja

Este indicador, também chamado de espoleta, se desprende em caso de queima do fusível, pois é preso internamente por um fio muito fino ligado em paralelo com o elo fusível.

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Figura 37 - Curva característica característica Tempo X Corrente do fusível Diazed

 2.5.1.3  Dispositivos de proteção: Fusível Neozed  Possuem tamanho reduzido e são aplicados na proteção de curto-circuito em instalações típicas residenciais, comerciais e industriais.

Possui dois tamanhos (D01 e D02) atendendo as correntes nominais de 2 a 63ª Sua forma construtiva garante total proteção de toque acidental quando da montagem ou substituição dos fusíveis. Possui anéis de ajuste evitam alteração dos fusíveis para valores superiores. A fixação pode ser rápida por engate sobre trilho ou por parafusos.

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 2.5.1.4  Dispositivos de proteção: Fusível Sitor  São fusíveis ultra-rápidos apropriados em instalações industriais para a proteção de semicondutores, tiristores, GTO's e diodos.

  Atende correntes nominais de 32 a 710A   Dois tamanhos (1e 2), podendo ser usado em AC (de 800 1000 V) ou DC (de 440 a 600 V).   Com o uso de punhos garantem manuseio seguro na montagem ou substituição dos fusíveis.

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 2.5.1.5   Dispositivos de proteção: Fusível Silized  São fusíveis ultra-rápidos utilizados na proteção de curto-circuito de semi-condutores, estão adaptados às curvas de carga dos tiristores e diodos de potência,

  Permitem manuseio sem riscos de toque acidental.   Possui três tamanhos para correntes nominais de 16 a 100A.   Através de parafusos de ajuste, evitam alterações dos fusíveis, preservando as especificações do projeto.   Permitem a fixação rápida por engate rápido sobre trilho

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2.5.2  Dispositivos de proteção: Relé térmico

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I O relé térmico de sobrecarga é constituído basicamente por:   Um conjunto de lâminas bimetálicas (um por fase)   Um mecanismo de disparo constituídos num invólucro isolante i solante de alta resistência térmica. 

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Estas lâminas são formadas por dois metais com coeficientes de dilatação linear diferentes.

Figura 38 - Curvas a frio (a) e a quente (b) de um relé térmico típico

2.5.3  Dispositivos de proteção: Disjuntor de sobrecarga

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Disjuntores têm a mesma finalidade que os fusíveis comuns, se bem que funcionem de modo um pouco diferente.

Consistem, basicamente, numa chave que desliga automaticamente quando a intensidade da corrente alcança o valor para o qual é projetado. A vantagem do disjuntor em relação ao fusível é que o disjuntor simplesmente "desarma", interrompendo a corrente quando ela se torna perigosa, enquanto que o de fio fusível queima, precisando ser trocado por outro novo, enquanto o disjuntor é simplesmente rearmado

 

2.5.4

Dispositivos de proteção: Disjuntor Motor

Solução compacta para proteção do circuito elétrico e partida/proteção de motores monofásicos e trifásicos.

Possui alta capacidade de interrupção, permitindo sua utilização mesmo em instalações com elevado nível de corrente de curto-circuito Assegura total proteção ao circuito circ uito elétrico e ao motor através de seus disparadores:   Térmico Ajustável para proteção contra sobrecargas e o  o  Dotado de mecanismo diferencial com sensibilidade a faltas de fase 

  Magnético (para proteção contra curto-circuito). Possui acionamento rotativo ou de chave com indicação de disparo, permitindo ao operador a visualização do desligamento manual do disjuntor ou de seu disparo via mecanismo de proteção. Possui manopla de acionamento pode ser bloqueada com cadeado ou similar na posição "desligado", garantindo assim segurança de operadores e técnicos em serviços de manutenção. 

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2.5.5  Dispositivos de proteção: Disjuntor residual DR (Relé de fuga) É um dispositivo de segurança e proteção contrachoques e danos no equipamento, provenientes de corrente de fuga e aterramento inadequado, i nadequado, instalado série com o disjuntor do transformador. A função do disjuntor residual de segurança, é desativar automaticamente a alimentação de energia sempre que existir uma corrente de fuga no circuito elétrico. Quando o DR desarma, é importante fazer uma revisão na sua instalação elétrica, verificar se o aterramento está correto, assim como, se os cabos e as conexões estão em perfeito estado. Existem vários tipos de DR. O chamado de alta sensibilidade possui corrente diferencial - residual / nominal não superior a 30mA.

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A instalação dele, segundo a ABNT, é obrigatório para todas áreas que em condições normais de uso podem conter umidade excessiva, como cozinhas, áreas de serviço, lavanderias, áreas externas, banheiras de hidromassagem e outros

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 3  Motores elétricos Motores elétricos podem ser definidos como equipamentos cujo funcionamento baseia-se no giro de bobinas, que são orientadas pela ação de uma força magnética. Essa, exercida por um campo magnético sobre uma corrente elétrica. Em síntese, motores transformam a energia elétrica em energia mecânica. São máquinas que recebem energia elétrica da rede caracterizada por tensão, corrente e fator de potência e fornece energia mecânica no seu eixo caracterizado pala velocidade e conjugado

Existem motores de corrente contínua e de corrente alternada, e essas categorias subdividem-se em diferentes tipos de motores:

Motores elétricos Corrente alternada

Corrente contínua M. passo

Separado Série Paralelo Composto

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Indução

Síncrono

Com enrolamento Não exc. M. passo

"Reluctance"

Gaiola

Exc. CC

Com enrolamento

Anel Sem escova

Hysterese

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A forma construtiva define como o motor vai ser fixado e acoplado à carga na qual será utilizado, caracterizando se a carcaça do mesmo será fabricada com ou sem pés, com flange (A,C ou C DIN) ou sem flange e se sua instalação será na vertical ou na horizontal. Os motores normalmente são fornecidos na forma construtiva B3D (horizontal, com pés, eixo à direita olhando-se para a caixa de ligação.) Demais formas construtivas podem ser observadas na tabela abaixo:

Figura 39 - Forma construtiva dos motores da WEG

3.1  Motor de corrente contínua

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3.1.1  Excitação em série O circuito do enrolamento de campo que produz a excitação está em série com o circuito de armadura, sendo assim necessária apenas uma fonte para alimentar o circuito de campo e da armadura. Como neste caso a corrente que circula no enrolamento de campo que produz a excitação é a mesma corrente que circula no enrolamento da armadura, é necessário um enrolamento próprio para o circuito de excitação, capaz de suportar correntes relativamente altas da armadura. Características principais:   Bobinas de campo estão em série com o enrolamento da armadura   Só há fluxo no entreferro da máquina quando a corrente da armadura for diferente de zero (máquina carregada)   Conjugado é função quadrática da corrente, uma vez que o fluxo é praticamente proporcional 

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à corrente de armadura   Conjugado elevado em baixa rotação   Potência constante

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Velocidade extremamente elevada quando o motor é descarregado, por isso não se recomenda utilizar transmissões por meio de polias e correias

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3.1.2  Excitação shunt ou derivação (paralelo) O circuito do enrolamento de campo que produz a excitação está em paralelo ou em derivação com o circuito de armadura. Nesta configuração, é necessária apenas uma fonte de corrente contínua para alimentar o circuito de armadura e de campo, pois ambos os circuito estão em paralelo. Como o enrolamento de campo está em paralelo ou em derivação com o circuito de armadura, é possível utilizar o mesmo tipo de condutor do caso de excitação independente. Características principais:   Velocidade praticamente constante   Velocidade ajustável por variação da tensão de armadura 

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3.1.3  Excitação independente Nesta configuração o circuito de excitação da máquina é alimentada por uma fonte adicional independente ou separada da fonte de corrente contínua que alimenta a armadura. Em geral o enrolamento de campo que produz a excitação é constituído de condutores que não suportam grandes correntes, pois a excitação em geral utiliza correntes baixas para produzir o campo magnético em comparação com as correntes que circulam no enrolamento de armadura. Características principais:   Motor excitado externamente pelo circuito de campo 

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Velocidade praticamente constante   Velocidade ajustável por variação da tensão de armadura e também por enfraquecimento de campo   São os motores mais aplicados com conversores CA/CC na indústria   Aplicações mais comuns: máquinas de papel, o  laminadores, o  o  extrusoras, o  fornos de cimento, etc.

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3.1.4  Excitação composta Com dois enrolamentos de excitação, um em série e outro em derivação, podendo existir o esquema de ligação longo ou curto e composto aditivo ou subtrativo. Neste esquema de ligação utiliza-se uma combinação da excitação série e shunt, de forma a aproveitar os benefícios de ambas as ligações. Em muitas aplicações o enrolamento série é utilizado para compensar o efeito desmagnetizante da reação de armadura Características principais:   Enrolamento de campo independente   Apresenta um fluxo mínimo mesmo com o motor em vazio. 

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3.1.5  Motores de passo em corrente contínua São usados em aplicações de serviço relativamente leves e algumas das suas características de desempenho são apresentadas a seguir:

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Rotação em sentido horário e anti-horário; Variações incrementais de precisão angular; Repetição de movimentos bastante exatos; Baixo torque; Um torque de sustentação a velocidade zero; Possibilidade de controle digital.

Os motores de passo podem ser bipolares ou unipolares. Em ambos os casos as fontes utilizadas são de tensão continua e requerem um circuito digital que produza as seqüências de sinais para que o motor funcione corretamente. A forma com que o motor ira operar dependera bastante do que se deseja controlar. Existem casos em que o torque é mais importante, em outras a precisão ou mesmo a veloci velocidade dade são mais relevantes. Ao trabalhar com motores de passo, precisa-se de algumas características de funcionamento, como a tensão de alimentação, a máxima corrente elétrica suportada nas bobinas, o grau (precisão), o torque. Motores de passo podem ser acionados de diversas formas. As duas formas mais comuns são: passo completo e meio passo. No modo de operação em passo completo pode-se acionar apenas uma ou duas bobinas a cada passo. No primeiro caso apenas uma bobina é energizada a cada passo, o torque gerado é menor, assim como o consumo. É facilmente empregado em máquinas que necessitam de um controle preciso de posição, tais como equipamentos de coordenadas, robôs, impressoras, plotters, etc..

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 3.2  Motores de corrente alternada

3.2.1  Motores assíncronos ou de indução   São motores robustos   Têm um custo menor, comparativamente com os motores CC, particularmente os motores de indução com rotor em gaiola;   Requerem pouca manutenção e tem uma alta relação peso/potência.   Tem sido utilizado em aplicações que requerem velocidade constante e que operam a partir de uma fonte de alimentação com tensão e freqüência constantes. Porém, Com a evolução da eletrônica de potência, os conversores atingiram um estágio, no qual os motores de indução podem ser considerados como sérios rivais do motor CC, em muitos sistemas de controle de velocidade.

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Partes Constituintes

  ESTATOR: Consistem de um núcleo cilíndrico, laminado e ranhurado que é colocado no interior o  de uma carcaça de aço fundido e do conjunto de bobinas que é instalado no interior das ranhuras.

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  ROTOR o  É a parte girante do motor, também chamado de induzido, pois giram no seu próprio eixo em função da indução e reação do campo magnético do estator

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Pode ser de dois tipos:   Rotor bobinado e   Gaiola de esquilo

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Princípio de funcionamento:   A aplicação de uma tensão trifásica ao enrolamento trifásico do estator do motor de indução cria um campo magnético girante que por efeito de transformação, induz uma Fem no enrolamento do rotor. A Fem induzida faz circular uma corrente no enrolamento do rotor, essa corrente associada a onda de densidade de fluxo girante produz torque.   No rotor surge uma força eletromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa suas bobinas. A fem. induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor.   A diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade do rotor é chamada de velocidade de escorregamento (ne).

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 3.2.1.1  Motor de indução com rotor bobinado Como o próprio nome diz, possui bobinas de fio enrolado no seu rotor. Os enrolamentos são conectados a anéis coletores nas bobinas no motor. Por meio destes anéis coletores, resistências externas podem ser introduzidas ou retiradas do circuito do rotor para variar o torque e a velocidade do motor.

A construção de um rotor bobinado é muito mais cara que um rotor gaiola. Com um motor de rotor bobinado é possível controlar a corrente que circula no rotor e sendo possível assim controlar a corrente de partida, a velocidade e conjugado do mesmo. A inserção de resistências externas ao rotor de um motor de rotor bobinado pode influenciar nos seguintes parâmetros do motor:   Corrente de partida (funcionamento normal);   Fator de potência;   Conjugado (velocidade em que o torque máximo ocorre);   Velocidade; 

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3.2.1.2  Motor de indução com rotor tipo gaiola de esquilo Neste motor os condutores (ou bobinas) do rotor são constituídos de barras de cobre ou alumínio colocadas em ranhuras. Nas duas extremidades das barras existem 2 anéis curto-circuitando todas as barras. É o tipo mais empregado (mais barato e não requer manutenção elétrica).

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Características dos motores de indução.        

São robustos; Têm um custo menor que os motores CC, Requerem pouca manutenção e tem uma alta relação peso/potência. Amplamente utilizados em aplicações que requerem velocidade constante e que operam a partir de uma fonte de alimentação constante.   Estator montado na carcaça do motor que vai fornecer o campo girante do motor   Rotor constituído por barras curto-circuitadas sob a ação do campo girante irá fornecer energia girante ao eixo do motor

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Com a evolução da eletrônica de potência, os conversores atingiram um estágio, no qual os motores de indução tornaram-se sérios rivais do motor CC, em muitos sistemas de controle de velocidade.

Efeitos da resistência do Rotor O valor da resistência do rotor de um motor de indução é um fator de grande importância no projeto de uma máquina, pois influência no rendimento, na corrente de partida, no conjugado e no fator de potência desta máquina. Como os motores de rotor de gaiola não possuem uma forma de variar a resistência do rotor como o motor de rotor bobinado, este utilizam barras profundas e de dupla gaiola para se obter uma resistência de rotora freqüência que varie automaticamente a velocidade. Para tanto,dautiliza fato de ao que para o rotor parado da tensão induzidacom no rotor é igual a freqüência tensãooaplicada estator.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Conforme o rotor acelera a freqüência da tensão induzida diminui. Pelo uso de formas e arranjos apropriados para as barras do rotor, os rotores de gaiola podem ser projetados de modo que a resistência efetiva a 60 Hz seja muito maior que a 2 ou 3 Hz.

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3.2.1.2.1  Motor tipo Dahlander

São motores que possuem conjuntos enrolamentos que podem alimentados em momentos distintos para se conseguir duasdois velocidades diferentes. Normalmente elesser possuem enrolamentos com o dobro de pólos do outro: 2 e 4 pólos ou 4 e 8 pólos, O motor trifásico Dahlander pode ser aplicado em talhas, elevadores, correias transportadoras, máquinas e equipamentos em geral ou qualquer aplicações que requeiram motores assíncronos de indução trifásicos com duas velocidades 3.2.1.2.2  Motores de alto rendimento

Dados estatísticos da Procel mostram que 44% da energia elétrica no Brasil são consumidas pela indústria e nesta os motores elétricos representam a principal carga ligada ao sistema elétrico de potência, como pode ser mostrado abaixo:

Dos diversos tipos de motores existentes, cerca de 90% se concentram no motores de corrente alternada (CA) trifásicos de indução de gaiola de esquilo, que apesar de não serem os melhores, são os mais robustos e baratos.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Tais motores eram freqüentemente fabricados com elevadas perdas, o que prejudicava seu uso racional e dava um mau aproveitamento à energia gerada. Atualmente, porém apesar de um custo um pouco mais elevado na aquisição, os motores de alto rendimento têm sido preferidos porque o custo a mais é compensado em pouco te tempo. mpo.

Em geral a diferença entre os motores comuns e os motores de al alto to rendimento é que estes possuem:   Maior quantidade de cobre o  Reduz as perdas joule no estator   Chapa magnética com baixas perdas Reduz a corrente magnetizante e conseqüentemente as perdas no ferro o    Enrolamento dupla camada Resulta em melhor dissipação de calor o    Rotores tratados termicamente o  Resultam as perdas suplementares   Menor região de entreferro o  Resultam as perdas suplementares.

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3.2.1.2.3  Dados de placa do motor

Os motores elétricos possuem uma placa identificadora, colocada pelo fabricante, na qula pelas normas, deve ser fixado em um local bem visível.

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Para se instalar adequadamente um motor é preciso que o instalador saiba interpretar os dados de placa. Estes dados em geral são:

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   Nome e dados do fabricante

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  Modelo   Potência (CV, HP ou KW) o  [1 HP = 746 KW, 1 CV = 736 KW]

  Número de fases o  (ex. Trifásico ou 3Ø)  3Ø) 

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  Freqüência nominal (Hz)  (Hz) 

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Tensões nominais (V) que o motor deve ser submetido. o  Tensão da linha o  De acordo a ABNT, todo motor deve ser capaz de funcionar satisfatoriamente quando alimentado tanto com tensão 10% acima ou 10% abaixo desde a freqüência seja a nominal.  nominal. 

  Categoria (CAT) o  Relaciona as características de conjugado em relação à velocidade e corrente de partida em motores de indução trifásicos com rotor de gaiola

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  Categoria N o  Conjugado de partida normal, corrente de partida normal, baixo escorregamento. Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e o  prestam-se ao acionamento de cargas normais, como: bombas, máquinas operatrizes e ventiladores etc.

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  Categoria H o  Conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento. o  Usados para cargas que exigem maior conjugado de partida, como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inércia, britadores etc.

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  Categoria D Conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto o  escorregamento (+ de 5%). o  AUsados em prensas excêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos. Usados também em elevadores e cargas que necessitam de conjugado de partida muito alto e corrente

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de partida limitada.

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  Correntes nominais In (A)

É a corrente nominal que o motor solicita da rede sob tensão e freqüência e potência nominais. O valor também depende do fator de potência, do rendimento:

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  Corrente de partida Ip (A) regime  o  É a corrente exigida pelo motor para que ele entre em regime  o  A obtenção normalmente é feita pela relação r elação Ip/In descrito na placa:  placa: 

Figura 40 – Relação das correntes Ip/In e gráfico normal das correntes de um motor trifásico de gaiola

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  Velocidade nominal (RPM) É a velocidade que o motor gira realmente  realmente  o  É menor que a velocidade síncrona do campo magnético girante do motor que é o  dada pela fórmula:  fórmula: 

  A diferença entre as duas velocidades é chamada de escorregamento

o

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  Fator de serviço (FS) É um fator que aplicado a potência nominal, indica a carga permissível que pode ser o  aplicada ao motor.  motor.  Refere-se a uma capacidade de sobrecarga contínua, ou seja, uma reserva de o  potência que dá ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condições desfavoráveis  desfavoráveis  o  Um motor que tem funcionamento intermitente tem fator de serviço alto  alto    Classe de isolamento (ISOL CL.)  CL.)  o  Estipulam os níveis máximos de temperatura em que o motor poderá operar sem que seja reduzida sua vida útil, estas temperaturas são definidas de acordo com os tipos de materiais isolantes utilizados no motor.

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  Letra código (COD) o  É a relação existente entre a potência do rotor bloqueado e a potência nominal o  Existe uma classificação da ABNT e outra da NEMA:

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  Regime (REG) o  É o grau de regularidade da carga que o motor é submetido. o  Os motores normais são projetados para regime contínuo, ou seja, funcionamento constante, mas, existem motores que suportam regimes intermitentes   Grau de proteção (PROTEÇÂO IP)  IP)    É a eficiência que o motor possui contra a entrada de corpos estranhos (poeiras, fibras e etc), contato acidental e penetração excessiva de água no interior do mesmo. Assim, por exemplo, um equipamento a ser instalado em um local sujeito a jatos d´água, deve possuir um invólucro capaz de suportar tais jatos, sob determinados valores de pressão e ângulo de incidência, sem que haja penetração excessiva de água. o  O grau de proteção é definido por duas letras (IP) seguido de dois números. O 1º número o

indica proteção contra entrada de corpos sólidos estranhos e contato acidental, e o 2º número indica proteção contra entrada de água/líquidos. Conforme tabelas abaixo:

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ligação    Tipo de ligação  o  Indica a possibilidade de se ligar em estrela, triângulo, dupla estrela, duplo triângulo, etc.   Fator de potência:   É indicado usualmente pela expressão: Representa o ângulo de defasagem da tensão em relação à corrente, o  Também representa a relação entre a potência real P (ativa, efetivamente o  transformada em trabalho) e a potência aparente S.   A potência aparente é a soma vetorial da potência ativa e da potência reativa Q, potência esta que não realiza trabalho e é transferida e armazenada nos elementos passivos (capacitores e indutores) do circuito. circuito.  

o

  Rendimento: o  Também conhecido pelo símbolo η, Representa a relação entre a potência real ou útil Pu (efetivamente transferida para a o  ponta do eixo) e a potência total absorvida da rede Pa, ambas são potências ativas. o  Os motores de alto rendimento tem em média 88,5% de rendimento

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3.2.2  Motores síncronos CA São máquinas construídas para serem aplicadas no controle preciso de posição e velocidades de processos. São motores mais rápidos que os convencionais, seus enrolamentos são dimensionados para suportarem momentâneas correntes elevadas. O rotor de uma máquina especial é projetado com uma baixa inércia, isto é: pequeno diâmetro e grande comprimento. Apesar de se parecer com os motores de indução, quando comparados com estes, normalmente possuem:   Potência mais elevada   Rotação muito baixa   Comprimento de núcleo pequeno   Diâmetro maior. 

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Os motores síncronos têm estatores e enrolamentos de estator (enrolamentos de armadura) bastante similares aos dos motores de indução. Como nestes, a circulação de corrente no enrolamento distribuído do estator produz um fluxo magnético com polaridade alternada norte e sul que progride em torno do entre-ferro numa velocidade diretamente proporcional a freqüência da fonte de alimentação e inversamente proporcional ao número de pares de pólos do enrolamento também chamado campo magnético girante. A diferença é que o circuito do rotor de um motor síncrono é excitado por uma fonte de corrente contínua proveniente de uma excitatriz, que é um pequeno gerador de corrente contínua.

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O motor síncrono não tem partida própria, necessitando, portanto, que o rotor seja arrastado até a velocidade síncrona por um meio auxiliar.   Existem motores em que a partida é dada por condutores em gaiola embutidos na face dos pólos do rotor. Inicia-se a partida como motor de indução e no momento certo excita-se os pólos do o  rotor e o motor entra em sincronismo.   Alguns motores são levados próximos a sua rotação nominal, através de um outro motor. 

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O rotor do motor síncrono difere consideravelmente do rotor do motor de indução, pois tem pólos salientes correspondentes ao número de pólos do enrolamento do estator, pois os pólos são enrolados com muitas espiras de fio de cobre isolado, e quando a corrente continua (cc) passa pelos enrolamentos, os pólos se tornam alternativamente pólos magnéticos norte e sul. Até os anos 1960 a excitação em cc tinha que ser aplicada no campo através dos porta escovas e dos anéis coletores. Atualmente, um sistema de excitação sem escova com controle eletrônico é freqüentemente usado. Atualmente, os motores síncronos são usados em muitas das aplicações na indústria em função: 1. Baixo custo inicial para grandes potências e tensões. 2. Obter altos rendimentos. 3. Obter correção de fator de potência. 4. Obter características de partida especiais. 5. Obter características especiais do motor síncrono. De um modo geral o custo de um motor síncrono com excitatriz e controle é bem inferior àquele de qualquer outro quando a potência é igual ou maior que duas vezes a rotação (rpm).

Alguns fabricantes, como a SEW, também o chamam de servomotores. Neste caso:

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Servomotor CA: O estator é formado pelas bobinas de campo sendo alimentada por uma fonte trifásica e o rotor é constituído por ímãs permanentes. O controle da velocidade ou posição se dá através da regulação da freqüência das correntes nas bobinas de campo.

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3.2.2.1  Servomotor  Servos-motores são compostos por motores DC e um redutor de velocidade, junto com um sensor de posição e um sistema de controle re-alimentado. Em outras palavras, os servomotores podem ser considerados como sendo motores comandados em posição (angular ou linear), já que, do ponto de vista de quem os utiliza, o controle interno em malha fechada é irrelevante. Os servo-motores são pequenos, com ampla variação de torques. O mecanismo de posicionamento ajusta a posição angular pormeio de um sinal codificado que lhe é enviado. Enquanto essecódigo estiver na entrada, o servo ira manter a sua posição angular. Em geral o sinal e do tipo PWM (Pulse Width Modulation), ou seja, a posição angular ira depender da largura do pulso enviado.

Servomotor CC: o estator é formado por ímãs permanentes e pelas escovas e o rotor é constituído pelas bobinas da armadura e pelo comutador. O controle da velocidade ou posição se dá através da regulação da corrente das bobinas da armadura.

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3.2.3  Técnicas de acionamento, controle e proteção de motores

Figura 41 - Ligação motor monofásico

Figura 42 - Ligação em delta ou triângulo

Figura 43 - Ligação em Y, Pi ou estrela

3.2.4  Componentes de um sistema de acionamento,

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3.2.4.1  Simbologia e definições dos principais componentes (conforme NBR / IEC / DIN)

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3.2.5  Modalidades de acionamento

3.2.5.1  Partida direta Do ponto de vista do motor, esta é a forma mais adequada de se partir o motor de indução, desde que as condições locais permitam.

A partida usando chaves de faca, ao invés de um contator ou outro dispositivo apropriado, somente deve ser usado em motores pequenos em função dos desgaste nos contatos 3.2.5.2  Partida estrela-triângulo

É um método de partida de motores elétricos trifásicos que modifica a forma de ligação dos enrolamentos do motor durante a sua partida.

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Para que possa ser utilizada, os enrolamentos do motor devem estar desmembrados e os 6 terminais acessíveis e o motor deve dispor de dupla tensão: 220/380V, 380/660V ou 440/760V. O motor parte em configuração estrela, aonde cada enrolamento receberá uma tensão mais baixa (fase-neutra). Após o motor vencer a sua inércia, a chave é atuada, convertendo a configuração para triângulo, aumentando a tensão nos enrolamentos (fase-fase). ( fase-fase). Paraem um sistema trifásico 220/tensão 380 V, cada enrolamento do motor inicia com 220 V e termina a partida 380 V, no qual será sua nominal.

Através desta manobra o motor realizará uma partida mais suave, reduzindo aproximadamente sua corrente de partida 1/3 da que seria se acionado em partida direta.

Seu acionamento pode utilizar uma chave para acionamento manual ou um conjunto de contatores e relé temporizador para o comando automático

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Vantagens:   Custo reduzido   Elevado número de manobras   Corrente de partida reduzida (em 1/3 da nominal)   Dimensões relativamente reduzidas 







Desvantagens:   Aplicação específica a motores com dupla tensão nominal e que disponham de seis terminais acessíveis   Conjugado de partida reduzido (1/3 a menos do nominal)   A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor 





  A comutação somente pode ocorrer quando o motor alcançar pelo menos 90% de sua velocidade de regime para que a corrente de pico não atinja valores elevados



3.2.5.3  Partida série-paralelo, Pode ser usada em motores trifásicos e monofásicos nos casos em que a carga acionada oferece baixo conjugado resistente e baixíssima inércia.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Aplicam-se unicamente aos motores com 9 ou o u 12 terminais. Consiste basicamente na ligação dos terminais dos enrolamentos das fases em série (metade da tensão) durante a partida. Em plena carga essas ligações são comutadas para paralelo. Tanto se aplica para ligações Δ-ΔΔ como para Y-YY a) Triângulo Série Paralelo (Δ-ΔΔ) 

• Motor com execução dos enrolamentos em 220/380/440/660V ou 220/440V • Tensão da rede: 220V  • Na partida executa-se a ligação triângulo série (Δ -apto a receber 440V) e aplica-se a tensão de

triângulo paralelo (220V) • Após a partida o motor deve ser ligado em triângulo paralelo (ΔΔ) assim as bobinas passam a

receber tensão nominal (220V). b) Estrela Série Paralelo (Y-YY) • Motor com execução dos enrolamentos em 220/380/440/760V ou 380/760V   • Tensão da rede: 380V  • Na partida executa -se a ligação estrela série (Y - apto a receber 760V) e aplica-se a tensão de

estrela paralelo (380V) • Após a partida o motor deve ser ligado em estrela paralelo (YY) assim as bobinas passam a

receber tensão nominal.

A chave série-paralelo reduz a corrente de partida a 25% do seu valor para partida direta. Essa chave só é aplicada em situações de partida em vazio, pois o conjugado de partida fica reduzido a um quarto do seu valor para a tensão nominal.

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3.2.5.4  Partida com chave compensadora co mpensadora (autotransformador) É utilizada para partidas sob cargas de motores m otores de indução trifásicos, com rotor curto-circuitado, onde o nde a chave estrela-triângulo é inadequada. Foi durante durante muitas décadas décadas o dispositivo mais utilizado para partida de motores. Reduz a corrente de arranque, evitando sobrecarregar a linha de alimentação, mas, deixa o motor com conjugado suficiente para a partida. A tensão na chave compensadora é reduzida através de um autotransformador trifásico que possui geralmente taps de 50%, 65 % e 80% da tensão nominal.

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Este tipo de partida normalmente é indicado para motores de potência elevada, acionando cargas com alto índice de atrito, tais como:   Compressores,   grandes ventiladores,   laminadores, 







         









moinhos, bombas helicoidais e axiais (poço artesiano), britadores, calandros, máquinas acionadas por correias, Em geral motores cuja potência seja maior ou igual a 15 CV.

CORRENTE DE PARTIDA (aproximada) DIRETA Ip x 1 Ip x 0,64 (TAP 80%) COMPENSADORA Ip x 0,42 (TAP 65%) TIPO DE CHAVE

CONJUGADO DE PARTIDA Cp x 1 Cp x 0,64 (TAP 80%) Cp x 0,42 (TAP 65%)

  Nenhuma



  Necessita auto-transformador



  Os enrolamentos do motor devem estar desmembrados e os 6 terminais acessíveis   O motor deve dispor de dupla



Y-Δ  ESTRELATRIÂNGULO

CONDIÇÕES DE PARTIDA ADMISSÍVEIS

Ip x 0,33

Cp x 0,33



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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I tensão: 220/380V, 380/660V ou 440/760V.   Tensão Δ = tensão rede    motores com 9 ou 12 terminais   O motor deve dispor de dupla tensão: 220/380/440/660V ou 760 V   Em geral, só é aplicada em situações

  

SÉRIE PARALELO

Ip x 0,25

Cp x 0,25



de partida em vazio devido a redução do conjugado de partida 3.2.5.5   Partida com soft-starter,

O avanço da eletrônica permitiu a criação de dispositivos de estado sólido de potência. Entre eles destaca-se o tiristor, ou simplesmente SCR (Silicon Controlled Rectifier), que nada mais é que um diodo controlado, que permite o controle do valor médio da tensão. O controle é realizado por microprocessadores, permitindo um ajuste correto do conjugado e da corrente às reais necessidades da carga, suavizando suas curvas características. O período de partida tipicamente é ajustável entre 2 e30 segundos. Ao final da aceleração o motor passa a operar a plena tensão. Além da vantagem da variação suave do conjugado e da corrente, o softstarter, também chamado de chave de partida estática, não apresenta componentes móveis que geram arcos, como as chaves mecânicas, o que permite uma vida útil mais longa.

3.2.5.6  Partida com inversor de freqüência É um equipamento que possibilita o controle da velocidade do motor CA variando a freqüência. Ele também varia a tensão de saída para respeitar a característica V/F (Tensão / Freqüência) do motor e não produzir aquecimento excessivo quando o motor opera em baixas rotações.

Inicialmente eles foram destinados a aplicações mais simples, mas, atualmente são encontrados nos mais diversos usos, desde o acionamento de bombas até complexos sistemas de automação industrial, substituindo os motores CC em quase todas aplicações aplic ações

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Modos de controle:   Escalar o  Relação Tensão / Freqüência proporcional até a freqüência de inflexão; Rotação em função da carga (escorregamento). o 



  Vetorial VFC - Controle do Fluxo pela Tensão o    Mediante a leitura da corrente do estator e do modelo matemático do motor é definido o escorregamento, que é corrigido através do controle da tensão do estator.



  CFC - Controle do Fluxo pela Corrente   Mediante a leitura da corrente, da posição angular do rotor (encoder) e do modelo matemático do motor, controla-se a corrente em função de uma reserva de tensão.

o

3.2.5.6.1  Inversor de freqüência com controle escalar

Grande parte das aplicações como bombas, ventiladores e máquinas simples, necessitam apenas de variação de velocidade e partidas suaves, sendo atendidas plenamente com o uso de inversores com tecnologia Escalar ou V/F. Aplicações recomendadas: 1. Onde não necessita um controle preciso de velocidade. 2. Onde não necessita um controle de Torque 3. Aplicações multi-motores 4. Aplicações onde não necessita necessita Faixa extensa de variação de velocidade : 20 : 1 5. Aplicações onde não necessita necessita grandes torque de de partida:110% / 150%.

3.2.5.6.2  Inversor de freqüência com controle vetorial

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I São utilizados quando se necessita controlar, além da variação de velocidade, o controle de torque e operar em baixíssimas rotações com alta velocidade de resposta, como em:   Elevadores,   Guinchos,   Bobinadeiras   Extrusoras   Máquinas operatrizes , etc. 









Aplicações típicas:   Onde se necessita baixíssimas rotações e elevados torques em velocidade zero.   Onde se necessita extensa faixa de variação de velocidade : 100:1 , 1000:1   Onde se necessita regulação precisa de velocidade : 0,01% e regulação de Torque 





Função 

VFC sem Encoder Motores de Indução Acionamentos para aplicações gerais. VFC com Encoder Motores de Indução Acionamentos para aplicações exigentes. Capacidade de Posicionamento CFC com Encoder Servo Assíncrono Acionamentos para aplicações exigentes de controle de qualidade e propriedades dinâmicas. dinâmicas. Posicionamento CFC com Encoder/Resolver Servo Síncrono Acionamentos para aplicações exigentes de controle de qualidade e propriedades dinâmicas. Posicionamento

 Aplicação 

Controle de Rotação Transportador, Bomba, Exaustor Posicionamento, Controle de Rotação Armazenagem e Coleta, Elevação, Extrusoras, Dosadoras

Aplicações Dinâmicas Bobinagem, Manipulação de material, Controle de Torque, Máquina de Embalagem e Robôs

3.3  Sistemas de realimentação para controle de motores Os sistemas de realimentação utilizam dispositivos de medição que, a partir do ângulo de rotação do motor, conseguem gerar informações do tipo velocidade angular (rotação), posição e sentido de rotação. Os dispositivos mais comuns são:   Encoder Incremental   Encoder Absoluto   Resolver   Encoder Hiperface 







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3.3.1  Tacogerador Tacogerador ou tacômetro são dispositivos analógicos que fornecem uma tensão de saída proporcional à velocidade de rotação da ponta do eixo do motor, ou seja, a velocidade real independente de escorregamentos. A medida da velocidade é importante, pois serve como realimentação para sistemas de controle. É muito utilizado em robôs, sistemas de movimentação, estrusoras e em qualquer sistema onde é preciso ter certeza do valor da velocidade

3.3.2  Encoder Comportam-se como sensores digitais que medem posição. A resolução encoder é o ângulo resultante da transmissão umlhares pulsoem (menor ângulo que um encoder é capaz de de um medir) e depende do número de slots (de centenasdeà mi milhares robótica) Possui três principais tipos: absolutos, incrementais i ncrementais e de hiperface 3.3.2.1  Encoder incremental  Possuem somente um anel de slots igualmente espaçados

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Sinais de Saída  Saída 

3.3.2.2  Encoder Absoluto Medem o ângulo sem necessidade de usar medidas anteriores Utilizam vários pares de emissores e detectores e luz

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Sinal de Saída  Saída 

3.3.2.3  Encoder de hiperface

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Funções integradas   Sinal Seno-Coseno   Encoder absoluto   Mono-Volta (ES1H)   Multi-Volta (AS1H ou AV1H)   Não é necessária a realização de referenciamento. 









  EEPROM integrada para armazenar dados da plaqueta do acionamento, facilitando o start up da aplicação.



3.3.3  Resolver Comporta-se como um sensor de ângulo, analógico, cuja saída é proporcional ao ângulo que um elemento de rotação (enrolamento do rotor) faz em relação a um elemento fixo

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Sinal de Saída  Saída 

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 4   Automação de baixo custo custo

4.1  Revisão de Lógica Booleana

4.1.1  Portas lógicas 4.1.1.1  Portas AND (E) Porta Lógica AND ( E )  S=A.B Assume valor 1 quando todas as variáveis assumirem valor 1.

4.1.1.2  Portas OR (OU) Porta Lógica OR (OU)  S = A + B Assume valor 1 quando pelo menos uma variável assumir valor 1.

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4.1.1.3  Portas NOT (Inversora) Porta Lógica NOT ( NÃO ) ( INVERSOR )  S = -A Inverte o valor da variável de entrada

4.1.1.4  Portas NAND (E invertida)

Porta Lógica NAND (NE) Inverso da função AND.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 4.1.1.5   Portas NOR (OU invertida)

Inverso da função OR.

4.1.1.6  Portas XOR (Exclusiva) Assume valor 1 quando um número ímpar de variáveis assumir o valor 1.

4.1.1.7   Portas XNOR (Coincidência)

Assume valor 1 quando um número par de variáveis assumir o valor 1.

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4.1.2  Mapa de Karnaugh

O Mapa de Karnaugh é uma ferramenta de auxílio à minimização de funções booleanas. O próprio nome mapa vem do fato dele ser um mapeamento biunívoco a partir de uma tabela-verdade. Vejamos como é feito este mapeamento. Mapa de Karnaugh para 1 Variável  Variável  Considere a tabela-verdade, já vista, de uma função NOT NOT,, f(A) = A' 0 1 1 0 Para se fazer um Mapa de Karnaugh a partir desta tabela-verdade, realiza-se a construção ilustrada na figura abaixo,

ou seja (veja que a variável A, em verde, está indicando que a função em questão só possui uma variável independente): 1.  1.  Acrescentam-se mais uma coluna à tabela-verdade original. Esta coluna tem por função enumerar as linhas, a partir de zero (0). 2.  2.  Constroi-se tantos quadrículos quantas forem as linhas da tabela-verdade, enumerando-os com o número da linha correspondente no canto superior esquerdo de cada quadrículo (números em preto). 3.  3.  Colocam-se os valores das variáveis do lado de fora de cada quadrículo (números em azul). 4.  Colocam-se os valores da função no centro de cada quadrículo, respeitando-se o número da linha correspondente (números em vermelho).

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Mapa de Karnaugh para 2 Variáveis  Variáveis  Veja para função de duas varáveis (por exemplo, a função AND AND), ),

Mapa de Karnaugh para 3 Variáveis  Variáveis  Para funções de três variáveis independentes,

Mapa de Karnaugh para 4 Variáveis  Variáveis  Para funções de quatro variáveis independentes, i ndependentes,

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Note que, partir do Mapa de Karnaugh para funções três ou mais independente variáveis independentes, há uma anotação dasafilas (linhas ou colunas) de quadrículos onde a variável não muda de valor. Também observe que, de uma fila de quadrículos para outra fila, só há uma mudança de valor nas variáveis. Observe que a ordem de numeração das linhas e colunas, representativas de combinações de variáveis, obedece o  o Código de Gray  Gray (Gray Code), Code), as vezes chamado de Código Refletido. Refletido.   O código de Gray é um sistema de código binário onde de um número para outro apenas um bit varia. Este sistema de codificação surgiu quando os circuitos lógicos digitais se realizavam com válvulas termoiônicas e dispositivos eletromecânicos. Os contadores necessitavam de potências muito elevadas e geravam ruído quando vários bits modificavam-se simultaneamente. O uso do código Gray garantiu que qualquer mudança variaria apenas um bit.



Dígito decimal

Código Gray

Dígito decimal

Código Gray

0

0000

8

1100

1

0001

9

1101

2

0011

10

1111

3

0010

11

1110

4

0110

12

1010

5

0111

13

1011

6

0101

14

1001

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Exemplos de Uso  Uso  Ex.1 - Considere a seguinte função lógica de duas variáveis, F(A,B) F(A,B),,

Do lado da equação booleana, e pelo Teorema 11 visto no tópico  tópico   Álgebra de Boole, Boole, a redução é evidente. Do lado do Mapa de Karnaugh, os dois quadrículos contíguos, contendo o valor lógico 1 cada, indicam que: 1.  1.  A variável A não muda de valor lógico nos dois quadrículos contendo o valor lógico 1 da função F  (1 acima da tabela): mantenha a variável A. 2.  2.  A variável B muda de valor lógico nos dois quadrículos contendo o valor lógico 1 da função F (0 e 1  à esquerda da tabela): elimine a variável B. Ex.2 - Considere, agora, a função de três variáveis, F(A,B,C) F(A,B,C),,

Por não ser trivial a conclusão obtida com o mapa de Karnaugh, aí segue a prova,

Como pode ser visto, o mapa de Karnaugh é uma ferramenta eficiente para simplificar funções booelanas. Uma simplificação algébrica alternativa da função acima fica como exercício. Note que no mapa de Karnaugh acima, os quatro quadrículos contíguos (linha ( linha 0 - coluna 11; 11; linha 0 - coluna 10; 10; linha 1 - coluna

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 11 11;; linha 1 - coluna 10), 10), contendo o valor lógico 1 cada, indicam que a variável A não muda de valor lógico nos quatro quadrículos contendo o valor lógico 1 da função F. Esta é a razão de manter-se a variável A  (primeiro termo da simplificação). A variável A muda de valor lógico nos dois quadrículos contendo o valor lógico 1 da função F: elimine a variável A, mantendo B e C complementadas (segundo termo da simplificação). Ex.3 - Considere, agora, a função lógica do exemplo 2. Faremos sua minimização através do conceito de maxtermos. Para isso, complete as lacunas com o dígito 0,

4.1.3  Teoremas de Boole Toda a teoria de Boole está fundamentada nos postulados e teoremas representados a seguir:

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4.2  Aplicações comuns de controle Liquidificador

 

Ligar:  

4 velocidades   Pulsar   Desligar

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Tanquinho   1- Quais as informações que ele precisa para funcionar?   2- Quais ações que ele realiza?

 

Ligar  

Única velocidade   Desligar após determinado tempo   Desligar

Furadeiras

 

Ligar

 

Velocidade baixa   Velocidade alta

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Inverter rotação   Desligar

Videocassete

       

 

   

Play – Ler e rodar fita   cabeça leitura + ligar motor velocidade normal Stop – parada   Para tudo (motor, cabeças, etc...) Pause   Cabeça de leitura Avançar   Velocidade rápida para frente   Velocidade rápida para frente + Leitura Retroceder   Velocidade rápida para traz   Velocidade rápida para traz + Cabeça leitura Gravar   Ligar motor velocidade normal + Cabeça gravação Ejetar fita   Dispositivo de retirada

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Máquina de lavar roupa

 

Ligar  

Tipo de tecido    determina a quantidade de ciclos de lavada e conseqüentemente tempo de funcionamento   Bater   Enxaguar   Centrifugar   Desligar •

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Injeção eletrônica de combustíveis

Semáforo

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4.3  Aplicações industriais de controle

4.3.1.1  Uso de lógica booleana bool eana para aplicações envolvendo sistemas determinísticos Se fossemos automatizar usando lógica booleana a guilhotina descrita pelo sistema abaixo:

Definições:   Guilhotina o  É um equipamento de corte de folhas com comando e acionamento eletro pneumático o  O corte é feito a partir do avanço de um cilindro pneumático que abaixa a lâmina de corte. Este é controlado por uma válvula eletricamente atuada por solenóide. Possui uma porta com pequeno rasgo para se inserir a folha que será cortada. A porta o  pode ser aberta eventualmente para acessar a lâmina e retirar resíduos de corte. 

Elementos:   Botões liga 1 (A) e liga 2 (B) o  Acionam o cilindro pneumático que avança abaixando a lâmina de corte. 

  Por segurança é preciso que os dois botões estejam acionados ao mesmo tempo, de forma que a mão do operador não fique livre e possa intervir no equipamento no momento do corte.

o

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  Botão de emergência NF (C) Atua por segurança impedindo que o cilindro avance e retornando o pistão para a posição o  recuada.



  Micro de proteção (D) Impede por segurança o acionamento do pistão caso a porta esteja aberta e retorna o o 



pistão para a posição recuada. Note-se que ele está acionado o tempo todo que a porta está fechada.   Cilindro pneumático de duplo efeito. o  Atua e recua conforme o ponto de entrada do ar comprimido.   Existem dois pontos de entrada do ar: próximo a posição de avanço e próximo a posição de recuo.   O ar empurra o êmbolo interno do cilindro para a posição contrária ao ponto de entrada. Possui dois sensores magnéticos reed que detectam a posição do êmbolo interno: o    Pistão recuado (R),   Pistão totalmente acionado (S)



  Válvula de 4/2 vias eletricamente atuada por solenóide (Y) e com retorno por mola o   Comuta, a partir da energização do seu solenóide, a alimentação do ar comprimido para o cilindro acionar e recuar. o  Quando em repouso (igual ao desenho acima) o ar comprimido passa do ponto 1 para 2 e empurra o êmbolo do cilindro para cima, mantendo o cilindro recuado. Quando o solenóide é energizado, a válvula comuta e o ar comprimido passa do ponto 1 o  para 4, empurrando o êmbolo do cilindro para baixo e fazendo com este avance e corte o que estiver dentro da guilhotina.   Ao mesmo tempo, o ar da parte de baixo do êmbolo sai para a atmosfera, pois o ponto 3 (escape) está comutado para o ponto 2.   Este escape é importante, pois se não existisse, o êmbolo não conseguiria superar com facilidade a pressão interna da câmera inferior que ainda teria ar comprimido. o  Quando o solenóide é desenergizado, a válvula retorna a posição original em função da atuação de uma mola.   Os pontos 1 e 2 voltam a ficar conectados, fazendo com que o ar comprimido entre pela parte de baixo do cilindro e empurre o êmbolo do cilindro para cima até a posição de retorno.   Os pontos 3 e 4 também voltam a ficar conectados para que o ar da parte de cima do êmbolo escape para a atmosfera e facilite o êmbolo superar a pressão interna da câmera superior.



Tabela verdade para o sistema Uma tabela verdade para o sistema acima possui seis entradas: os botões A, B e C e os sensores D, R e S além de uma saída: Solenóide Y. Portanto, teremos 26 = 64 combinações possíveis. Apesar de a tabela ser bastante extensa, ela possui a vantagem de contemplar todas as situações possíveis do sistema, ou seja, nenhuma possibilidade combinacional ficará de fora da análise. Portanto um sistema determinístico.

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Após montado a tabela com as 26 = 64 combinações, a melhor forma de iniciar seu preenchimento é pela lógica de falha que já elimina grande parte das possibilidades. A lógica de falha, que também é uma saída, nos auxilia a programarmos uma ou várias ações de segurança. Estas ações podem ser desde uma sinalização de alerta, um aviso sonoro, uma parada total imediata ou uma parada programada em que alguns acionamentos da máquina vão de um estado para outro definido e não necessariamente o de desligado. No nosso caso, precisamos recuar (levantar) o cilindro para que a lâmina da guilhotina saia da área de corte. Para tanto, basta desligarmos a alimentação elétrica solenóide da válvula já que seu retorno é feito pela ação de uma mola. Portanto, para toda lógica de falha igual a 1, a saída da válvula solenóide deverá ser igual a 0. A lógica de falha é facilmente identificada e nos seguintes casos: 1.  1.  Botão de parada (C) de emergência pressionada. a.  a.  Combinações na tabela (C = 1): 8, 9, 10, 11, 12,13, 14, 15, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62 e 63 marcados de vermelho. 2.  2.  Micro de segurança (D) da porta não acionado (porta aberta). a.  a.  Combinações na tabela (D = 0): 0, 1, 2, 3, 16, 17, 18, 19, 32, 33, 34, 35, 48, 49, 50, 51 marcados de laranja. 3.  Sensores do cilindro nas posições recuado e avançado acionados ao mesmo tempo. a.  a.  Caso típico de algum problema nos sensores como curto-circuito nos cabos, indução magnética ou sujeira próxima. b. b.   Combinações na tabela: 7, 23, 39 e 55 marcados de azul. 4.  4.  Explorada todas as possibilidades de falha, restam as situações possíveis para o acionamento normal da guilhotina que deverão ser objeto de uma análise mais crítica. a.  a.  As combinações da tabela 4, 5, 6, 20, 21, 22, 36, 37, 38, 52, 53 e 54, marcados de branco, terão o estado de falha desligado.

   o    ã    ç    a    n    i     b    m    o    c    N

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Entradas Botão liga pressionado

Botão liga pressionado

A 0 (não) (não)   0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

B 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

0 (não) 0 (não) 0 (não)

0 (não) 0 (não) 0 (não)

Saída

Parada emergência

Micro segurança

Sensor Cilindro

Sensor Cilindro

Válvula Solenóide

pressionada

Atuado

recuado

avançado

Energizada

C 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

D 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

R 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim)

1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

0 (não) 1 (sim) 1 (sim)

1 (sim) 0 (não) 0 (não)

S 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim)

Y 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

Falha Situação irregular

0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

F 1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim)) 

0 (não) 0 (não) 0 (não)

1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim)) 

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim)

0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não)

1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não)

1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não)

1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não)

0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não)

0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

1 (sim) (sim) 1 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

0 (não) (não) 0 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

0 (não) (não) 0 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

0 (não) (não) 0 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim)

01 (não) (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não)

(sim) 01 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim)

1 (sim) (sim) 1 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

0 (não) (não) 0 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

1 (sim) (sim) 1 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

1 (sim) (sim) 1 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

1 (sim) (sim) 1 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim) 1 (sim) 0 (não) 0 (não) 1 (sim)

01 (não) (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não) 1 (sim) 0 (não)

0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

1 ((sim sim)))   sim 1 sim) 1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim)) 

1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

1 (sim) 1 (sim) 1 (sim)

0 (não) 1 (sim) 1 (sim)

1 (sim) 0 (não) 0 (não)

1 (sim) 0 (não) 1 (sim)

0 (não) 0 (não) 0 (não)

1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim)) 

0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim)) 

33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

0 (não) (não) 0 0 (não)

0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não) (não) 0 0 (não) 0 (não) 0 (não) 0 (não)

1 ((sim sim)))   sim 1 sim) 1 (sim sim))  0 (não) 0 (não) 0 (não) 1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim))  1 (sim sim)) 

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Pág. 107 

 

FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 1 (sim) 1 ((sim sim)) 

62 63

1 (sim) 1 ((sim sim))

1 (sim) 1 ((sim sim)) 

1 (sim) 1 ((sim sim))

1 (sim) 1 (sim (sim))

0 (não) 1 (sim (sim))

0 (não) 0 (não)

1 (sim sim))  1 (sim sim)) 

Cada tipo de falha acima demonstrado poderia produzir uma ação diferente caso fosse assim necessário, como por exemplo:   Falha 1 = Desligamento total,   Falha 2 = Alarme sonoro,   Falha 3 = Alarme visual. 





Como não é o caso, podemos junta-las e facilitar nossa análise e redução. Para levantarmos qualquer situação na tabela verdade de acordo com a lógica Booleana devemos substituir na tabela as variáveis por letras que exprimem sua natureza e estado. Por exemplo, se o Botão liga 1 (A) estiver:     Pressionado substituiremos este por A    Não pressionado substituiremos este por A—1 o

o

Ou seja, todo valor na tabela igual a 1 (sim), será substituído pela sua variável correspondente: A, B, C, D, R, S, Y ou F, F, e da mesma forma Todo valor na tabela igual a 0 (não), será substituído pela sua variável correspondente invertida, ou seja, A—1 , B—1 , C—1 , D—1 , R—1 , S—1 , Y—1 ou F—1 Dessa forma para a lógica de falha (F = 1), teremos: 0

A—1

B—1

C—1

D—1

R—1

S—1 

1

A—1

B—1

C—1

D—1

R—1

S

2

A—1

B—1

C—1

D—1

R

S—1 

3

A—1

B—1

C—1

D—1

R

S

7

A—1

B—1

C—1

D

R

S

8

A—1

B—1

C

D—1

R—1

S—1 

9

A—1

B—1

C

D—1

R—1

S

10

A—1

B—1

C

D—1

R

S—1 

11

A—1

B—1

C

D—1

R

S

12

A—1

B—1

C

D

R—1

S—1 

13

A—1

B—1

C

D

R—1

S

14

A—1

B—1

C

D

R

S—1 

15

A—1

B—1

C

D

R

S

16

A—1

B

C—1

D—1

R—1

S—1 

17

A—1

B

C—1

D—1

R—1

S

18

A—1

B

C—1

D—1

R

S—1 

19

A—1

B

C—1

D—1

R

S

23

A—1

B

C—1

D

R

S

24

A—1

B

C

D—1

R—1

S—1 

A—1 A—1

B B

C C

D—1 D—1

R—1 R

S S—1 

25 26

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Pág. 108 

 

FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 27

A—1

B

C

D—1

R

S

28

A—1

B

C

D

R—1

S—1 

29

A—1

B

C

D

R—1

S

30

A—1

B

C

D

R

S—1 

31

A—1

B

C

D

R

S

—1

—1

—1

—1

33

A A

B B—1

C C—1

D D—1

R R—1

S   S

34

A

B—1

C—1

D—1

R

S—1 

35

A

B—1

C—1

D—1

R

S

39

A

B—1

C—1

D

R

S

40

A

B—1

C

D—1

R—1

S—1 

41

A

B—1

C

D—1

R—1

S

42

A

B—1

C

D—1

R

S—1 

43

A

B—1

C

D—1

R

S

44

A

B—1

C

D

R—1

S—1 

45

A

B—1

C

D

R—1

S

46

A

B—1

C

D

R

S—1 

47

A

B—1

C

D

R

S

48

A

B

C—1

D—1

R—1

S—1 

49

A

B

C—1

D—1

R—1

S

50

A

B

C—1

D—1

R

S—1 

51

A

B

C—1

D—1

R

S

55

A

B

C—1

D

R

S

56

A

B

C

D—1

R—1

S—1 

57

A

B

C

D—1

R—1

S

58

A

B

C

D—1

R

S—1 

32

—1

—1

60

A A

B B

C C

D D

R R—1

S S—1 

61

A

B

C

D

R—1

S

62

A

B

C

D

R

S—1 

63

A

B

C

D

R

S

59

Montando um mapa de Karnaugh para estas variáveis, teremos:

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Pág. 109 

 

FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I

Falha = (  ( D—1 ) —1 Falha = (  ( D— ) Falha = (  ( D 1 ) Falha = (  ( D—1 ) Falha = (  ( D—1 ) Falha = (  ( D—1 ) Falha = (  ( D—1 )

+ ( B—1 . C—1 . D . R . S ) + ( A . C ) + ( B . C—1 . D . R . S ) + ( A—1 . C ) —1 + ( B— . C—1 . D . R —. S1 ) + ( B . C—1 . D—.1R . S ) + ( A . C ) + ( A—1 . C ) 1 + ( C . D . R . S )(B + B) + C ( A + A ) + ( C—1 . D . R . S )(1) + C (1) + ( C—1 . D . R . S ) + C + (D.R.S) + C +(R.S)+C

O resultado do mapa de Karnaugh comprova a lógica de falha requerida:   Se o micro de segurança (D) não estiver atuado OU   Os dois sensores do cilindro (R e S) estiverem atuados ao mesmo tempo OU   O botão de emergência (C) ( C) estiver pressionado 





O circuito lógico e elétrico para falha é apresentado a seguir:

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Pág. 110 

 

FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I

Quanto à lógica de acionamento, sobraram as seguintes possibilidades: 4

A—1

B—1

C—1

D

R—1

S—1

F—1 

5

A—1

B—1

C—1

D

R—1

S

F—1 

6

A—1

B—1

C—1

D

R

S—1

F—1 

20

A—1

B

C—1

D

R—1

S—1

F—1 

21

A—1

B

C—1

D

R—1

S

F—1 

22

A—1

B

C—1

D

R

S—1

F—1 

36

A

B—1

C—1

D

R—1

S—1

F—1 

37

A

B—1

C—1

D

R—1

S

F—1 

38

A

B—1

C—1

D

R

S—1

F—1 

52

A

B

C—1

D

R—1

S—1

F—1 

53

A

B

C—1

D

R—1

S

F—1 

54

A

B

C—1

D

R

S—1

F—1 

Como sabemos o acionamento só poderá ocorrer se os dois botões A e B estiveram acionados, portanto as possibilidades 4, 5, 6, 20, 21, 22, 36, 37 e 38 não acionarão a Solenóide Y gerando 0 para sua saída. Sobraram neste momento, de todas as 64 possíveis inicialmente, somente três possibilidades para o acionamento: 52, 53 e 54. São estas as únicas que satisfazem todos os requ requisitos isitos de segurança e de acionamento previamente estabelecidos:   Os dois botões A e B devem estar pressionados   A botoeira de emergência C não pode estar acionada   O micro de segurança D deve estar acionado, ou seja, em contato com a porta fechada.   Os sensores reed do cilindro não podem estar acionados ao mesmo tempo. 







52

A

B

C—1

D

R—1

S—1

F—1 

53

A

B

C—1

D

R—1

S

F—1 

54

A

B

C—1

D

R

S—1

F—1 

A possibilidade nº 54 refere-se à situação inicial do problema: com todas as condições de segurança satisfeitas e o cilindro recuado, apertam-se os dois botões de liga. Portanto deverá Y = 1 A possibilidade nº 52 refere-se à situação intermediária de avanço do cilindro, ou seja, depois de iniciado o comando e com todas as condições de segurança satisfeitas o cilindro continua seu percurso. Portanto permanece Y = 1. A possibilidade nº 53 refere-se à situação final do avanço do cilindro. Esta possibilidade é interessante, pois poderá modificar substancialmente o modo de funcionamento da máquina:   Caso seja atribuído Y = 1, não ocorrerá nenhuma mudança na ação do cilindro ao final do seu percurso. o  Ele continuará avançado enquanto os dois botões de liga A e B estiverem pressionados e as condições de segurança se manter satisfeitas.   Caso seja atribuído Y = 0, o cilindro recuará quando alcançado o final do percurso o  Se os dois botões de liga A e B continuarem pressionados mesmo após oo final do avanço do cilindro e as condições de segurança se manterem satisfeitas, cilindro 



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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I recuará um pouco e voltará a avançar e recuar ciclicamente. O que pode ser interessante quando há dificuldade no corte. A tabela verdade para a lógica de acionamento da válvula solenóide ficará então desta forma: A—1

B—1

C—1

Y—1 Y—1 

F—1 

—1

—1

—1

5 6

A A—1

B B—1

C C—1

D D

R R

S S—1 

Y—1 

F—1  F  

20

A—1

B

C—1

D

R—1

S—1 

Y—1 

F—1 

21

A—1

B

C—1

D

R—1

S

Y—1 

F—1 

22

A—1

B

C—1

D

R

S—1 

Y—1 

F—1 

36

A

B—1

C—1

D

R—1

S—1 

Y—1 

F—1 

37

A

B—1

C—1

D

R—1

S

Y—1 

F—1 

38

A

B—1

C—1

D

R

S—1 

Y—1 

F—1 

52

A

B

C—1

D

R—1

S—1

Y

F—1 

53

A

B

C—1

D

R—1

S

Y—1

F—1 

54

A

B

C—1

D

R

S—1

Y

F—1 

4

Solenóide (Y) = Solenóide (Y) = Solenóide (Y) = Solenóide (Y) =

[A . B . [A . B . (A . B . A . B .

C —1 C —1 C —1 C—1

D

R—1

S—1

—1

—1

. D . R—1 . S—1 . F—1 ] + [A . B . C—1 . D . R . S—1 . F—1] . D . S—1 . F—1)(R—1 + R) . D . S—1 . F—1)(1) . D . S—1 . F—1 

O circuito lógico e elétrico para o acionamento do solenóide é apresentado a seguir:

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Para que não tenhamos uma tabela relativamente comprida como esta, podemos realizar algumas reduções que não afetam o sistema em termos de analise:   Os botões A e B tem a mesma função e somente realizam alguma ação se atuados juntos. Portanto podemos substituí-los por uma outra variável que condense os dois (X). o  Para ligar X, X, A (E) B tem estarem atuados, portanto A (*) B = X .   Se X = 1, quer dizer que A e B estão atuado.   Se X = 0, quer dizer que ou A ou B não estão atuados ou até mesmo os dois.   O botão de emergência C e o micro de segurança D também têm a mesma função apesar de serem dispositivos diferentes. Também podemos substituí-los por uma outra variável que condense os dois (Z). o  Para ligar Z, Z, ou seja, acionar o sistema de segurança, C atuado (OU) D desatuado Z = C (+) D --¹ o    Se Z = 1, quer dizer que ou o botão de emergência foi acionado OU micro da porta não detectou a presença da porta, ou seja, ela está aberta.   Se Z = 0, dizer quefoiestá tudo correto em termos de segurança. Nem o botão dequer emergência acionado e o micro de segurança está acionado pela porta, ou seja, ela está fechada. 

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Com estas reduções eliminamos duas variáveis da análise, temos agora quatro entradas: X, Z, R e S que representam 24 = 16 combinações possíveis, ou seja, reduzimos 2² = 4 vezes o tamanho da nossa tabela verdade.

Além da tabela verdade, outra forma de descrevermos a lógica de um sistema é levantando a ação desejada e as informações associadas que precisam estar satisfeitas. Exemplo: Ação: Cilindro Avançar (Y) Informações necessárias   Os dois botões A epara B (Aa. ação: B) devem estar pressionados [E]   A botoeira de emergência C não pode estar acionada [E] 

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I   O micro de segurança D deve estar acionado, ou seja, em contato com a porta fechada [E]   Os sensores reed (R e S) do cilindro não podem estar acionados ao mesmo tempo: o  (R . S)—1 = (R—1 + S—1)

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Portanto: Y = A . B . C —1 . D . (R—1 + S—1)

  A lógica levantada desta maneira é praticamente a mesma que a levantada pela tabela verdade. A diferença reside na lógica de falha que não fica explícita nesta última, mas, continua existindo no arranjo das variáveis.   A vantagem desta maneira lógica é que o objetivo é diretamente atingido sem perda de tempo.   A desvantagem é que o sucesso do resultado depende do raciocínio e experiência de quem faz a análise. A chance é bem maior de se perder detalhes, pois nem todas as possibilidades são avaliadas.

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Bombas para enchimento de reservatório d'água

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Controle de aquecimento de um tanque com líquido

Controle de enchimento de silo

Controle de enchimento de caixas

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I 4.4  Relés inteligentes programáveis (micro CLP’s) São dispositivos programáveis que permitem automatizar diversas aplicações e tarefas que possuam pequeno número de entrada e saídas, como:   Instalações internas o  Iluminação das escadas e luz exterior, 

persianas,    Toldos, Aquecimento e outras. Montagem do armário de distribuição, Construção mecânica Engenharia de aparelhos o  Comandos de portão, Sistemas de ventilação, o  Bombas para água industrial, e outros. o  Comandos especiais o  Jardins de Inverno, estufas, o  Pré –processamento de sinal para comandos Máquinas pequenas o  Painéis de controle e outros. o  o

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Alguns modelos possuem módulos de comunicação, como a rede interface AS (ASi), para serem utilizados no comando local descentralizado de máquinas e processos. Enquanto que os CLPs são programados geralmente em microcomputadores e o programa é transferido posteriormente para sua memória interna, nos relés programáveis ou micro CLP’s existe a possibilidade de se programar na tela da Interface Homem Máquina (IHM) utilizando blocos de funções lógicas ou um tipo de linguagem ladder. Também existem softwares disponibilizados pelo fabricante que podem ser instalados em computadores para criar programas, simular e posteriormente serem descarregados para o dispositivo por meio de um cabo apropriado.

4.4.1  SMART da Metaltex

O Relé programável SMART da Metaltex permite montar quadros de comando onde normalmente são utilizados relés, e a utilização de um CLP é inviável devido ao custo. Existem vários modelos com: 1.  1.  Entradas e 4 saídas ou 12 entradas e 8 saídas. 2.  2.  Alimentação e entradas em 24VCC ou 110/220VCA e 3.  3.  Saídas do tipo relé 10A/250VCA ou transistor PNP 0,3A/24VCC. 4.  4.  Modelos analógicos. 5.  5.  20 blocos de funções e com memória de 127 blocos, relógio e calendário em tempo real e porta de comunicação.

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Há dois métodos de programação no Smart: um é a completa edição do diagrama funcional diretamente no painel do Smart, utilizando as teclas do Smart, enquanto a outra é através de um programa dedicado, chamado Quick II, operado a partir de um microcomputador PC. É possível começar a programação no teclado e depois finalizá-la no microcomputador e vice-versa. O Smart adota o método de programação por blocos de função. No total, 20 blocos estão configurados, e cada bloco poderetardo implementar uma função de controle específica independente; exemplos: retardo na energização, na desenergização, programador horário, contador, etc. Como diversos blocos podem ser combinados das mais diversas formas, controles relativamente complexos podem ser implementados. Eles serão mais simples e evidentes que as funções de controle com programação por instruções convencionais de CLP. Blocos de função básicos (GF) Há 06 blocos de função básicos no total, listados abaixo:

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Blocos de funções especiais (SF) Há 14 blocos de função especiais no total, listados abaixo:

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4.4.2  LOGO! Siemens

O LOGO 24RL da Siemens é um micro CLP que utiliza a linguagem de programação em Blocos Funcionais padronizada por normas internacionais, tais como a DIN e a IEC. Possui:   Unidade integrada de operação e visualização   Possibilidade de programação diretamente no equipamento   Permite visualização e modificação de mensagens de aviso, variáveis e parâmetros   Saídas de 10A 

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Com as suas 8 funções básicas e 28 funções especiais, o módulo lógico LOGO! substitui uma enorme gama de equipamentos de comutação, desde relês temporizados a contatores. Economiza espaço no painel elétrico, requer menos acessórios e espaço de armazenamento, e pode ser expandido sempre que

necessário. Reduz custos e tempo   em até 70%. É fácil de instalar, necessita de muito pouco cabo e é

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I muito fácil de se programar. Além disso tudo, o LOGO! é resistente a vibrações, possui um elevado grau de compatibilidade eletromagnética (EMC), está em conformidade com normas industriais e pode suportar as condições climáticas mais agressivas. Possui ainda supressão de rádio-interferências de Classe B e as principais certificações necessárias para uso em qualquer parte do mundo. Através do software Soft Comfort o LOGO! pode ser programado e pré-testado com o simulador integrado e transferidos sem erros para a CPU do LOGO!. Este ainda:   Gera automaticamente a documentação durante a edição do programa.   Utiliza diagramas de contatos (ladder) ou de blocos lógicos que podem ser editados simplesmente selecionando, arrastando e soltando as funções e suas conexões.   Simula offline todo o programa no computador permitindo economia de custos e de tempo pela eliminação de erros antes da montagem elétrica. 

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APLICAÇÕES Há mais de 1 milhão de LOGO! em operação:   Instalações de transporte e Sistemas de esteiras transportadoras   Plataformas de elevação e Elevadores   Controle de silos   Gestão de casas e edifícios o  Controle de de iluminação o  Automação portas e (interior portões e exterior) Controle de persianas e toldos o  Controle de sistemas de sprinklers e fornecimento de água o  

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  Soluções especiais Sistemas fotovoltaicos o  Uso em navios o  o  Uso sob condições ambientais severas o  Controle de painéis de publicidade o  Controle da sinalização de trânsito o  Controle de irrigação

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  Aquecimento / Ventilação / Condicionamento de Ar

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de energia    Gerenciamento Controle de caldeiras Sistemas de refrigeração, ventilação e ar condicionado o 

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  Controle de máquinas Comando de motores, bombas e válvulas o  Compressores de ar o  o  Sistemas de exaustão e filtragem o  Estações de tratamento de água o  Serras e plainas

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  Sistemas de monitoramento o  Controle de acesso o  Monitoramento de veículos em estacionamentos

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  Sistemas de alarme

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I Possui ainda um módulo de comunicação (CM) com 4 entradas e saídas virtuais e que serve de interface entre a Interface AS e o sistema LOGO!.   O módulo permite transferir 4 bits de dados do LOGO! Basic para o sistema de interface AS e/ou vice –versa. 

A nova geração do módulo lógico LOGO! possui como acessório, o display de texto LOGO! TD. O novo LOGO! TD é uma interface homem-máquina que proporciona ao fabricante de máquinas e ao cliente interação ideal para operação, configuração, controle e monitoramento de sistemas automatizados com LOGO!.

4.4.2.1  Exemplo de aplicações utilizando o LOGO!  1 - Monitoração de vagas em um estacionamento Em um estacionamento de veiculos há um determinado número de vagas disponíveis. As sinalizações luminosas na entrada devem mudar automaticamente de verde para vermelho quando todas as vagas estiverem ocupadas. Tão logo uma vaga esteja livre, a sinalização comuta novamente para verde para permitir que novos veículos entrem. Solução: Os veículos que entram e saem do estacionamento são ocontados via barreiras de luz. (em I1 e I2) com o contador integrado ao LOGO!. Quando um veículo entra no estacionamento, (I1) o contador adiciona 1 ao total e quando um veículo deixa o estacionamento (I2) o contador subtrai 1 do total. A direção de contagem (para frente/para trás) no contador é definida por I2 e a função de contagem atual. Quando o parâmetro ajustado é alcançado, a sinalização de tráfego é ligada em Q1. Por meio do botão em I3 o valor de contagem e a saída Q1 podem ser resetados. Componentes utilizados: - LOGO! 230R - I1 Barreira de luz "entrada" (Contato NA) -- I2 luz "saída" (Contato NA) I3 Barreira Botão dede reset (Contato NA) - Q1 Relé de sinalização de tréfego (contato

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FPU – FACULDADE POLITÉCNICA DE UBERLÂNDIA – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL I reversor) Vantagens e particularidades:   O valor atual do contador pode ser facilmente mostrado em um display.   O valor máximo de contagem pode ser modificado conforme desejado.   O sistema pode ser facilmente expandido; por exemplo, para fechar a entrada quando o estacionamento estiver lotado ou comutar entre dois valores de contagem (vagas reservadas para funcionários). 

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2- Controle de uma máquina dobradeira A curvatura de tubos de escape deverá ser controlada usando LOGO!. O processo de curvatura não pode ser iniciado se tanto o tubo como a fixação não estiverem no lugar. Se uma peça estiver defeituosa ou estiver faltando, isto será indicado por uma lâmpada indicativa. Solução: Um sensor de proximidade em I1 detecta se há presença de tubo (uma temporização na energização de 1 segundo é ajustado para isto). O tubo é então fixado na posição via válvula solenóide em Q1. Se o conector de fixação ambém estiver no lugar (sensor em I2), o tubo é transportado e a liberação para a curvatura é feita pelo reset do relé em Q2 (Q2 = 0). Um procedimento de liberação dura no máximo 5 segundos. Este é o tempo limite para a liberação. Se o tubo não for detectado dentro destes 5 segundos, a liberação para a curvatura será cancelada pela energização do relé de liberação (Q2 = 1). Se uma peça for detectada como defeituosa ou incompleta, isto será indicado por uma lâmpada em Q3. Por meio de I3 poderá ser feito o reconhecimento de defeitos e a peça defeituosa poderá ser removida. O tubo é liberado e o processo pode ser inicializado novamente do começo. Componentes utilizados: - p.ex.,. LOGO! 24R - I1 Sensor "presença de tubo" (Contato NA) -(Contato I2 SensorNA) "presença de conector de fixação" - I3 Botão de reconhecimento de defeito (Contato NA) - Q1 Válvula solenóide para cilindro de fixação - Q2 Relé de liberação - Q3 Lâmpada indicadora de defeito Vantagens e particularidades:   O sistema pode ser facilmente expandido; por exemplo para displays adicionais.   Utilização de menor número de componentes que soluções anteriores. 

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