Automacao basica

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Automacao basica

  1. 1. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 1 CPM – Programa de Certificação do Pessoal de Manutenção Instrumentação Automação Básica
  2. 2. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 2 Automação Básica e Circuitos de Intertravamento e Alarmes  SENAI – ES, 1999 Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão) Coordenação Geral Evandro de Figueiredo Neto (CST) Robson Santos Cardoso (SENAI) Supervisão Rosalvo Marcos Trazzi (CST) Fernando Tadeu Rios Dias (SENAI) Elaboração Flavio Morais de Souza (SENAI) Aprovação Marcos Antônio R. Nogueira (CST) Wenceslau de Oliveira (CST) SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional do Espírito Santo CTIIAF – Centro Técnico de Instrumentação Industrial Arivaldo Fontes Av. Marechal Mascarenhas de Moraes, 2235 Bento Ferreira – Vitória – ES CEP 29052-121 Telefone: (27) 334-5200 Telefax: (27) 334-5211 CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão Departamento de Recursos Humanos Av. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro – Serra – ES CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1286 Telefax: (027) 348-1077
  3. 3. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 3 Índice 1 – NOÇÕES DE CIRCUITOS LÓGICOS 1.1 – Tópicos da álgebra de Boole 4 1.2 – Simplificação de circuitos lógicos 9 1.3 – Montagem de circuitos com condições estabelecidas 14 2 – PRÍNCIPIO DE CONTROLE SEQUENCIAL E CIRCUITOS BÁSICOS 2.1 – Controle sequêncial 16 2.2 – Circuito sequêncial 19 2.3 – Circuitos básicos 24 3 – DIAGRAMAS DE COMANDO 3.1 – Introdução 34 3.2 – Intertravamento de contatores 41 3.3 – Sistemas de partida de motores 43 3.4 – Comando de um contator por botões ou chaves 50 3.5 – Reversão de rotação de motor trifásico com contator 52 3.6 – Reversão de rotação de motor trifásico com contator e chaves fim de curso 54 3.7 – Partida com comutação automática estrela-triângulo de um motor 55 3.8 – Partida automática de motor trifásico com autotransformador 57 3.9 – Partida com motor de rotor bobinado com comutação de resistência 58 3.10 – Partida consecutiva de motores com relés temporizados 60 3.11 – Partida automática e frenagem eletromagnética de motor trifásico 62 4 – O CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL 4.1 – Surgimento do controlador programável 62 4.2 – Introdução da tecnologia de controladores lógico programáveis – PLC’s 65 4.3 – Arquitetura do controlador programável 70 4.4 – Programação do controlador programável 82 5 – ARQUITETURA DIGITAIS E INTERFACE HOMEM-MÁQUINA 5.1 – Introdução 93 5.2 – Sistema de aquisição de dados “DAS” 93 5.3 – Sistema supervisório de controle “SPC” 99 5.4 – Sistema de controle digital direto “DDC” 100 5.5 – Sistema de controle com controladores programáveis 102 5.6 – Sistema de controle digital distribuído – “SDCD” 105
  4. 4. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 4 1 - NOÇÕES DE CIRCUITOS LÓGICOS 1.1 - TÓPICOS DA ALGEBRA DE BOOLE É uma técnica matemática que é usada quando consideramos problemas de natureza lógica. Em 1847, o matemático inglês George Boole desenvolveu leis básicas aplicadas em problemas de lógica dedutiva. Até 1938, isto se restringia ao estudo de matemática, quando então um cientista do Bell Laboratories, Claude Shammon, começou a utilizar tais leis no equacionamento e análise de redes com multicontatos. Paralelamente ao desenvolvimento dos computadores, a álgebra de Boole foi ampliada, sendo hoje ferramenta fundamental no estudo de automação. A álgebra de Boole utiliza-se de dois estados lógicos, que são 0 (zero) e 1(um), os quais, como se vê, mantém relação íntima com o sistema binário de numeração. As variáveis booleanas, representadas por letras, só poderão assumir estes dois estados: 0 ou 1 , que aqui não significam quantidades. O estado lógico “0” representa um contato aberto, uma bobina desenergizada, uma transistor que não está em condução, etc.; ao passo que o estado lógico 1 representa um contato fechado, uma bobina energizada, um transistor em condução, etc. 1.1.1 – Postulados e Teoremas Toda a teoria de Boole está fundamentada nos postulados e teoremas representados a seguir: a) 0;A,1Ase 1;A,0Ase == == b) 00.0 111 = =+ c) 11.1 000 = =+ d) 00.11.0 11001 == =+=+ e) A1.A A0A = =+ f) 00.A 11A = =+ g) AA.A AAA = =+ h) 0A.A 1AA = =+
  5. 5. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 5 i) AA = j) A.BB.A ABBA = +=+ k) C).B.A()C.B.(A C)BA()CB(A = ++=++ l) A)BA.(A AB.AA =+ =+ m) C.AAB)CB.(A )CA).(BA(C.BA +=+ ++=+ n) B.A)BA.(A BAB.AA =+ +=+ o) BAB.A B.ABA += =+ 1.1.2 - Circuitos Sequenciais a) Circuito Liga Na figura 1.1, temos a chave A e a lâmpada X. Quando a chave A está aberta ( estado “0” ), a lâmpada X está apagada ( estado “0”). Quando a chave A está fechada ( estado “1” ), a lâmpada X está acesa ( estado “1”). A equação deste circuito é A=X. Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela verdade 1.1. Figura 1.1 Tabela 1.1 b) Circuito Desliga ( NOT) Na figura 1.2a, temos a chave A e a lâmpada X. Quando a chave A está aberta ( estado “0”), a lâmpada X está acesa ( estado “1”). Quando a chave A está fechada ( estado “1”), a lâmpada X está apagada ( estado “0”).
  6. 6. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 6 A equação deste circuito é XA = . Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela 1.2. Esta lógica é, geralmente, realizada com contato normalmente fechado, como mostrado na figura 1.2b. Figura 1.2a Figura 1.2b Tabela 1.2 c) Circuito E (AND) Na figura 1.3 temos as chaves A e B em série e a lâmpada X. Somente quando ambas as chaves, A e B, estão ligadas ( estado “1”) , a lâmpada X está acesa ( estado “1”). A equação deste circuito é XB.A = . Os possíveis estados de A, B e X são mostrados na tabela 1.3. Figura 1.3 Tabela 1.3 d) Circuito ou (OR) Na figura 1.4 temos as chaves A e B em paralelo e a lâmpada X. Quando uma das chaves, A ou B, ou ambas, estão fechadas ( estado “1”), a lâmpada X está acesa (estado ”1”). A equação deste circuito é XBA =+ . Os possíveis estados de A, B e X são mostrados na tabela 1.4.
  7. 7. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 7 Figura 1.4 Tabela 1.4 Apresenta-se no quadro abaixo um resumo de bloco lógicos básicos e algumas combinações comuns:
  8. 8. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 8
  9. 9. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 9 1.2 - SIMPLIFICAÇÃO DE CIRCUITO LÓGICOS 1.2.1 – Simplificação Utilizando a Álgebra de Boole Aplicando os postulados e teoremas da álgebra de Boole, podemos simplificar expressões, o que implica em simplificação de circuitos. Exemplo 01 : Simplificar o circuito da figura 1.5. Figura 1.5 Solução : A equação deste circuito é : )BA).(BA(AL +++= BA A.BA A.BB.AA B.BA.BB.AA.AA)BA).(BA(AL += += ++= ++++=+++= A figura 06 representa o circuito simplificado.
  10. 10. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 10 Figura 1.6 Exemplo 02: Simplificar o circuito da figura 7. Figura 1.7 Solução : A equação deste circuito é : YX.CL += Onde : B.AYeBAX =+=
  11. 11. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 11 CBA BB.CA BAC.B.A B.A)BA.(CYX.CL ++= ++= ++= ++=+= A figura 08 representa o circuito simplificado. Figura 1.8 1.2.2 – Simplificação com Mapa de KARNAUGH Quando utilizamos os teoremas e postulados Booleanos para simplificação de uma circuito lógico qualquer não podemos afirmar, que a equação resultante está na sua forma minimizada. Existem métodos de mapeamento de circuitos lógicos, que possibilitam a minimização de expressões com N variáveis. Um desse métodos é a utilização do mapa de KARNAUGH e é indicado para minimização de até 4 variáveis.
  12. 12. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 12 Exemplo 1 : Simplificar o circuito da figura 1.9. Figura 1.9 Figura 1.10 Solução: A equação deste circuito é : B.AB.AB.AL ++= Marcamos no mapa de Karnaugh, figura 1.11, as regiões correspondentes a cada parcela da equação do circuito. Figura 1.11 Tomamos o menor número de pares de parcelas vizinhas. A mesma região pode pertencer a pares diferentes. As regiões 1 ( parcela A ) e 2 ( parcela B) correspondem à simplificação do circuito que é : BAL += A figura 1.10 representa o circuito simplificado.
  13. 13. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 13 Exemplo 2: Simplificar o circuito da figura 1.12 Figura 1.12 Figura 1.13 Solução : A equação deste circuito é : C.B.AA.CC.BB.A)B.AA.(CC.BB.AL +++=+++= No mapa de KARNAUGH, figura 1.14, marcamos : Figura 1.14 Tomamos o menor número de quadras vizinhas. As regiões 1 (parcela A), 2 (parcela B) e 3(parcela C) correspondem à simplificação do circuito que é: CBAL ++= A figura 1.13 representa o circuito simplificado.
  14. 14. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 14 1.3 – MONTAGEM DE CIRCUITOS COM CONDIÇÕES ESTABELECIDAS 1.3.1 – Método da Soma de Produtos Devemos inicialmente preencher a tabela verdade nas condições do problema. Somam-se os produtos das entradas onde se tem a saída no estado “1”, sendo que as variáveis de entrada no estado “0” são barradas. A equação assim obtida é a solução do circuito. Exemplo : Montar o circuito que contém 3 chaves A,B e C e uma lâmpada na seguinte condição: quando pelo menos duas chaves estiverem ligadas, a lâmpada estará acesa. Figura 1.15 Figura 1.16 Solução: As saídas x,y,z e { da tabela verdade, figura 1.15, atendem às condições do problema. Então : C.B.AC.B.AC.B.AC.B.AL +++= No mapa de KARNAUGH, figura 16, marcamos : Região Vx, parcela C.B.A Região Vy, parcela C.B.A Região Vz, parcela C.B.A Região V{, parcela C.B.A
  15. 15. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 15 tomamos o menor número de duplas vizinhas. As regiões 1 ( parcela A.B), 2 (parcela B.C) e 3 ( parcela C.A), correspondem à simplificação do circuito que é : A.CC.BB.AL ++= A figura 1.17 representa o circuito simplificado. Figura 1.17
  16. 16. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 16 2–PRINCÍPIO DE CONTROLE SEQUENCIAL E CIRCUITOS BÁSICOS 2.1 – CONTROLE SEQUENCIAL O controle sequencial é o comando passo a passo de uma série de eventos no tempo e numa ordem predeterminada. 2.1.1 - Exemplo Como exemplo de controle sequencial, um processo industrial de aquecimento é mostrado na figura 2.1. Temos que : a) encher o tanque com matéria-prima até certo nível; b) aquecer o conteúdo do tanque, com uso de vapor, agitando o conteúdo atá certa temperatura; c) dar vazão à matéria aquecida. A operação descrita acima é executada manualmente nesta sequência : 1- abrir a válvula manual “V1” para que a matéria prima chegue ao tanque; 2- fechar “V1” quando a matéria prima atingir certo nível marcado pelo indicador “L”; 3- abrir a válvula manual “V2” para aquecimento com passagem de vapor pelo tubo e ligar o motor “M” fazendo girar o homogenizador, para agitar a matéria; 4- quando a indicação do termômetro “TH” atingir certo valor, interromper a passagem de vapor fechando “V2” e parar a agitação desligando o motor “M”; 5- dar vazão à matéria aquecida.
  17. 17. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 17 6- Quando o tanque esvaziar, fechar “V3”. Os passos de 1 a 6 são repetidos quantas vezes forem necessárias. Este processo pode ser realizado automaticamente, figura 2.2, nesta sequência : 1- Apertando-se a botoeira de partida, o processo irá iniciar com a abertura da válvula solenóide “VS1”, e a matéria prima chegará ao tanque. 2- Quando for atingido certo nível de matéria, a válvula solenóide “VS1” irá fechar devido à atuação do sensor de nível “SN”. 3- Fechando-se a válvula solenóide “VS1”, a chave de fluxo “CFC1” irá abrir a válvula solenóide “VS2” para aquecimento com passagem de vapor e também ligar o motor “M” do homogenizador para agitar a matéria. 4- Quando a matéria atingir certa temperatura, a válvula solenóide “VS2” irá fechar, e o motor “M” irá parar devido à atuação do sensor de temperatura “ST”. 5- Fechando-se a válvula solenóide “VS2”, a chave de fluxo “CFC2” irá abrir a válvula solenóide “VS3”, dando vazão à matéria e acionando um temporizador. 6- Após certo tempo, a válvula solenóide “VS3”, irá fechar e acionará a chave fluxo “CFC3”, que fará abrir a válvula solenóide “VS1”, recomeçando o processo. Este processo será interrompido apertando-se a botoeira de parada quando a válvula solenóide “VS3” estiver terminando de fechar. Um número predeterminado de execuções do processo pode ser conseguido usando-se um contador.
  18. 18. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 18 2.1.2 – Características do controle sequencial O controle sequencial tem as seguintes características : a) do sinal de entrada até o de saída a sequência de operações obedece uma ordem predeterminada; b) durante a execução da sequência, o sinal de controle é transmitido obedecendo certas condições; c) o passo seguinte é executado dependendo do resultado anterior; Geralmente, o controle sequencial é o mais conveniente, indicado e utilizado em operações de atuação passo a passo, como, por exemplo, partida-parada, modificar condição de execução de manual para automático, etc. 2.1.3 – Diagrama de Blocos Na figura 2.3 é mostrado o diagrama de blocos do comando sequencial. 1) Um dispositivo de comando é acionado por um operador; 2) Um sinal é transmitido para o dispositivo de processo que irá atuar de maneira predeterminada. 3) O sinal de detecção, que significa a condição de processo, é enviado aos dispositivos de sinalização; 4) Um sinal de controle, resultante de um sinal de processo e/ou detecção, é transmitido ao dispositivo de final de controle; 5) O sinal transmitido do dispositivo de final de controle atua sobre o dispositivo controlado; 6) Com a atuação dos dispositivos controlados, a variável controlada atinge uma condição predeterminada, e os dispositivos sensores e de proteção atuam. 7) Um sinal de detecção, que significa condição da variável controlada, é enviado aos dispositivos de sinalização e/ou aos de processo, para a próxima sequência de operações. 8) Os dispositivos de sinalização indicam as condições de processo e da variável controlada ao operador. Dependendo do resultado dessa sinalização, o operador poderá acionar o dispositivo de comando quando necessário.
  19. 19. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 19 Figura 2.3 2.2 – CIRCUITO SEQUENCIAL 2.2.1 – Conceito É um circuito lógico cujos valores de saída, num determinado instante, dependem tanto dos valores de entrada quanto do estado interno do dispositivo nesse instante, e cujo estado interno depende do valores de entrada imediatamente precedente. A denominação se deve ao fato de a sequência das mudanças das entradas influir no comportamento do circuito. 2.2.2 – Análise de circuito O funcionamento de um circuito sequencial pode ser analisado através do diagrama de tempo ou do diagrama de transição.
  20. 20. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 20 Exemplo : Equações : 321 2313 12 01 d.d.dh d).dd(d bd bd = += = = O funcionamento do circuito da figura 2.4 é mostrado nos diagramas de tempo (figura 2.5a e 2.6a) e de transição (figura .2.5b e 2.6b). a) Com acionamento de “b0” em primeiro lugar:
  21. 21. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 21 OBSERVAÇÃO: No diagrama de transição, a indicação de um passo sem círculo representa um estado transitório. Por exemplo, na figura 2.5b, na posição 4, o relé “d3” está na energização e em 1 está na desenergização. Na mesma figura as indicações “1” e “0” significam lâmpada “h” acesa e apagada, respectivamente. b) Com acionamento de “b1” em primeiro lugar: Comparando os procedimento descritos anteriormente, verifica-se que a lâmpada “h” acende- se somente quando “b0” é acionado em primeiro lugar. 2.2.3 – Montagem de circuito com condições estabelecidas O circuito é montado a partir da equação que pode ser obtida do diagrama de tempo ou do diagrama de transição, com condições estabelecidas. Exemplo : Montar um circuito que contém duas botoeiras “b0” e “b1”, um contador auxiliar “d” e uma lâmpada “h”, de modo que : x quando se apertar a botoeira “b1”, a lâmpada “h” se acenda e permaneça acesa; y quando se apertar a botoeira “b0”, a lâmpada “h” se apague e permaneça apagada; z quando se apertar as duas botoeiras “b0” e “b1” juntas , a lâmpada “h” permaneça acesa.
  22. 22. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 22 Usando-se o diagrama de tempo da figura2.7. No diagrama de tempo temos : Passo x - o circuito não se altera; Passo y - aciona-se “b1”, energizando “d”, e a lâmpada “h” se acende; Passo z - libera-se “b1”, e a lâmpada “h” permanece acesa; Passo { - aciona-se “b0”, desenergizando “d”, a lâmpada “h” se apaga e permanece apagada. Quando “b0” é liberado, o circuito volta à condição inicial. ou Passo x - o circuito não se altera; Passo y - aciona-se “b1”, energizando “d”, e a lâmpada “h” se acende; Passo z’ - com “b1” acionado, aciona-se “b0” e a lâmpada “h” permanece acesa; Passo { - libera-se “b1” com “b0” ACIONADO, e a lâmpada “h” se apaga e permanece apagada. Quando “b0” é liberado, o circuito volta à condição inicial. Para se obter a equação do circuito, procede-se da seguinte maneira : 1 – Na sequência xxxx→→→→yyyy→→→→zzzz→→→→{{{{ Nesta sequência, o sinal que atua o relé “d” ( passo y ) é retirado, enquanto este está atuando (passo z), sendo necessário neste caso a retenção. A equação de “d” é : d. d""relédo retençãodecondição d""relédoatuação deinicialcondição d       +      = Considera-se a condição inicial de atuação do relé ( no passo y) , que é 10 b.b , e a seguir considera-se a condição de retenção do relé “d”(no passo z), que é
  23. 23. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 23 10 b.b Assim, a equação do relé “d” ( nos passos y e z) é d.b.bb.bd 1010 += Observação : Todas as condições existentes para o relé, tanto inicial como todos os passos de retenção, devem ser consideradas. 2 – Na sequência xxxx→→→→yyyy→→→→zzzz’→→→→{{{{ Nesta sequência, o sinal que atua o relé “d” se mantém enquanto este está atuando e, neste caso, a equação de “d” é : relé)doatuaçãodecondiçõesas(todasd = conforme se tem acima ( nos passos y e z) 10011010 b)bb(bb.bb.bd =+=+= Considerando todas as condições, tem-se: d.bbd d.b.bbd d.b.b)b1(bd bd.b.bb.bd 01 101 1001 11010 += += ++= ++= A configuração do circuito é mostrada na figura 2.8
  24. 24. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 24 2.3 – CIRCUITOS BÁSICOS A seguir são mostrados alguns circuitos básicos de comando e acionamento elétrico. 2.3.1 – Circuito de Retenção Nos circuitos da figura 2.9, apertando-se a botoeira “b1”, a bobina do contator “d” é energizada, fazendo fechar os contatos de retenção “d” como também o contato “d” para a lâmpada e esta se acende. Liberando-se a botoeira “b1 “, a bobina mantém-se energizada, e a lâmpada “h” permanece acesa. Quando se apertar a botoeira “b0”, a bobina será desenergizada, fazendo abrir os contatos de retenção para a lâmpada “h”, e esta se apaga. Libera-se “b0”, a lâmpada permanece apagada e o circuito volta à condição inicial. Figura 2.9
  25. 25. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 25 Quando apertar as duas botoeiras “b0” e “b1” ao mesmo tempo, no circuito da figura 2.9a , a lâmpada “h” não se acende, porque a botoeira “b0” tem preferência na desenergização, e no circuito da figura 2.9b a lâmpada “h” se acende, porque a botoeira “b1” tem preferência na energização. 2.3.2 – Circuito de Intertravamento Nos circuitos da figura 2.10, apertando-se a botoeira “b12” (ou ‘b13”), a bobina do contator “d1” (ou “d2”) é energizada, impossibilitando a energização da outra, e não deixando energizar as duas ao mesmo tempo, porque estão intertravadas. Figura 2.10 Quando se apertar as duas botoeiras “b12” e depois “b13”, no circuito da figura 2.10(a), que tem intertravamento mecânico, com os contatos normalmente fechados das botoeiras conjugadas, as lâmpadas não se acendem, e, no circuito da figura 2.10(b), o intertravamento é elétrico com os contatos normalmente fechados dos contatores. Neste caso, a lâmpada “h12” se acende e “h13” não se acende. Na figura 2.11 é mostrado um circuito com retenção (selo) e intertravamento elétrico. Figura 2.11
  26. 26. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 26 Apertando-se a botoeira “b12” (ou “b13”) a bobina do contator “d1”( ou “d2”) é energizada, o contato de selo “d1” (ou “d2”) fecha-se mantendo a energização, o contato de intertravamento de “d1” (ou “d2”) ligado em série com “d2” (ou “d1 “) impossibilita a energização das duas bobinas ao mesmo tempo. Para se energizar a bobina “d2” (ou “d1 “) é necessário apertar a botoeira “b0”, desenergizando a bobina “d1” (ou “d2”) antes de apertar “b13” (ou “b12”). Neste circuito, quando se apertar “b12” e “b13” ao mesmo tempo, os dois contatores serão energizados instantaneamente até que um dos contatos de intertravamento abra. Na figura 2.12 são mostrados os circuitos de intertravamento mecânico e elétrico que oferecem maior segurança pela sua constituição. Figura 2.12 Quando a bobina do contator “d1” (ou “d2”) estiver energizada, para se energizar a bobina do contator “d2” (ou “d1”) no circuito da figura 2.12(a), é necessário primeiro apertar a botoeira “b0” e depois ‘b13” (ou “b12”), ao passo que, no circuito da figura 2.12(b), não há necessidade de tal procedimento, porque, apertando-se “b13” (ou “b12”), a bobina do contator “d1” (ou “d2”) é desenergizada pelo contato de intertravamento da respectiva botoeira.
  27. 27. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 27 2.3.3 – Circuito de Prioridade a) Primeira ação Este circuito, figura 2.13, permite energizar somente o contator atuado em primeiro lugar. Figura 2.13 b) Última ação Este circuito, figura 2.14, permite a energização do contator acionado em último lugar. Figura 2.14
  28. 28. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 28 c) Primeiro lugar Este circuito, figura 2.15, permite a energização de qualquer contator em primeiro lugar. A seguir, só é possível a energização de um contator anterior, na sequência. Figura 2.15 d) Sequência Este circuito, figura 2.16, só permite a energização dos contatores em sequência, a partir do primeiro. Figura 2.16
  29. 29. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 29 2.3.4 – Circuito Temporizado a) Liga retardado No circuito da figura 2.17(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” se acende depois de um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d”. Liberando-se a chave “a”, a lâmpada “h” se apaga no mesmo instante. O circuito da figura 2.17(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. Figura 2.17
  30. 30. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 30 b) Desliga retardado No circuito da figura 2.18(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” acende-se no mesmo instante. Liberando-se a chave “a”, após um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d2”, a lâmpada “h” se apaga. O circuito da figura 2.18(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. Figura 2.18 c) Liga-desliga retardado No circuito da figura 2.19(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, depois de um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d1”, a lâmpada “h” acende-se. Liberando-se a chave seccionadora “a”, depois de um certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2” a lâmpada “h” se apaga. O circuito da figura 2.19(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.
  31. 31. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 31 Figura 2.19 d) Ação temporizada No circuito da figura 2.20(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” se acende no mesmo instante e se mantém acesa durante um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d”. O circuito figura 2.20(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. Figura 2.20
  32. 32. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 32 e) Liga retardado com ação temporizada No circuito da figura 2.21(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, após um certo “t1”, ajustado no temporizador “d1”, a lâmpada “h” se acende e se mantém acesa durante um certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2”. O circuito da figura 2.21(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente. Figura 2.21 f) Ação liga-desliga (pisca-pisca) No circuito da figura 2.22(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” se acende no mesmo instante e se mantém acesa durante um certo tempo “t1”, ajustado no temporizador “d1”, e se mantém apagada durante um certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2”. A lâmpada “h” se mantém nesses estados, acesa e apagada, até que a chave seccionadora “a” seja liberada. O circuito da figura 2.22(b) tem a mesma função do anterior, só que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.
  33. 33. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 33 Figura 2.22 g) Retenção retardada No circuito da figura 2.23(a), para a lâmpada “h” se acender, a botoeira “b1” deve ficar acionada durante um tempo superior ao tempo “t”, ajustado no temporizador “d1 “. Caso contrário, a lâmpada “h” não se acende. O diagrama de tempo do circuito é mostrado na figura 2.23(b). Figura 2.23
  34. 34. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 34 3 – DIAGRAMAS DE COMANDO 3.1 – INTRODUÇÃO Os diagramas elétricos têm por finalidade representar claramente os circuitos elétricos sob vários aspectos, de acordo com os objetivos : - funcionamento sequencial dos circuitos; - representação dos elementos, suas funções e as interligações conforme as normas estabelecidas; - permitir uma visão analítica das partes do conjunto; - permitir a rápida localização física dos elementos. 3.1.1 – Tipos de diagrama Diagrama tradicional ou multifilar completo É o que representa o circuito elétrico da forma como é realizado. É de difícil interpretação e elaboração, quando se trata de circuitos mais complexos ( figura 3.1). Figura 3.1
  35. 35. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 35 Para a interpretação dos circuitos elétricos , três aspectos básicos são importantes, ou seja: - os caminhos da corrente, ou os circuitos que se estabelecem desde o início até o fim do processo de funcionamento; - a função de cada elemento no conjunto, sua dependência e interdependência em relação a outros elementos; - a localização física dos elementos. Em razão das dificuldades apresentadas pelo diagrama tradicional, esses três aspectos importantes foram separados em duas partes, representadas pelo diagrama funcional e pelo diagrama de execução ou de disposição. Na primeira parte, os caminhos da corrente, os elementos, suas funções, interdependência e sequência funcional são representados de forma bastante prática e de fácil compreensão (diagrama funcional) figuras 3.2 e 3.3. Figura 3.2 Figura 3.3
  36. 36. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 36 Na Segunda parte temos a representação, a identificação e a localização física dos elementos (diagrama de execução ou de disposição ) figura 3.4. Figura 3.4 Assim, o funcional se preocupa com os circuitos, elementos e funções; o de disposição, com a disposição física desses elementos. Combinando-se esses dois tipos, os objetivos propostos são alcançados de maneira prática e racional. O diagrama de execução pode apresentar também o circuito de força. 3.1.2 – Identificação dos componentes no diagrama funcional Os componentes no diagrama são representados conforme a simbologia adotada e identificados por letras e números ou símbolos gráficos. Identificação por letras e números:
  37. 37. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 37 Identificação por símbolos gráficos: Dessa forma, os retângulos ou círculos simbolizam os componentes, e as letras C1, C2, C3 ou L, Y e ∆ indicam, respectivamente, um determinado contator que está localizado no circuito de potência. A letra L e os símbolos Y e ∆ indicam sua função que pode ser : L corresponde à linha, Y corresponde à ligação estrela, ∆ corresponde à ligação triângulo. Da mesma forma, as indicações C1, C2, e C3, etc, correspondem a contatores cujas funções serão conhecidas pelo diagrama de potência ( figuras 3.5 à 3.7).
  38. 38. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 38
  39. 39. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 39 3.1.3 – Identificação Literal de Elementos EXEMPLOS NORMAS VDE
  40. 40. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 40
  41. 41. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 41 3.2 – INTERTRAVAMENTO DE CONTATORES É um sistema elétrico ou mecânico destinado a evitar que dois ou mais contatores se fecham, acidentalmente, ao mesmo tempo provocando curto-circuito ou mudança de sequência de funcionamento de um determinado circuito. Figura 3.8 3.2.1 – Intertravamento Elétrico a) Por contatos auxiliares do contator : Neste processo é inserido um contator auxiliar tipo “NF” (normalmente fechado) de um contator do circuito de comando, que alimenta a bobina de outro controlador. Deste modo, faz-se com que o funcionamento de um dependa do outro ( figura 3.8).
  42. 42. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 42 b) Por botões conjugados : Neste processo, os botões são inseridos no circuito de comando de forma que, ao ser acionado para comandar um contator, haja a interrupção do outro ( botão b1, fechador(contato normalmente aberto - NA) de C1, conjugado com b1, abridor(NF) de C2 , e b2, fechador de C2, conjugado com b2, abridor de C1). OBS.: Quando possível, devem-se usar os dois processos ( a e b) de intertravamento. 3.2.2 – Intertravamento Mecânico por balancim Neste processo é colocado nos contatores um dispositivo mecânico, composto por um apoio e uma régua ( balancim) . Esse balancim faz intertravamento dos contatores. Quando um contator é acionado, atua sobre um extremo de régua, fazendo com que a outra extremidade impeça o acionamento do outro contator. Este processo é muito usado, quando a corrente é bastante elevada e há possibilidade de soldagem dos contatos. Figura 3.9
  43. 43. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 43 3.3 - SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES TRIFÁSICOS As partidas de motores trifásicos podem ser diretas, estrela-triângulo, com compensadores ou ainda por resistências rotóricas (Motor Rotor Bobinado). A instalação desses sistemas obedece critérios técnicos e legais, de acordo com as normas da ABNT para instalações de baixa tensão. Potência do motor Conforme a região do país, cada fornecedor de energia elétrica permitirá a partida direta de motores de determinada potência. Quando for necessário um dispositivo de partida com tensão reduzida ou corrente reduzida, o sistema será determinado pela carga, conforme as possibilidades ou características. Considerando-se as possibilidades, o motor pode partir a vazio até a plena rotação, e sua carga deve ser incrementada paulatinamente, até o limite nominal. Tipo de carga Quando as condições da rede exigirem partida com tensão ou corrente reduzida, o sistema será determinado pela carga, conforme as possibilidades ou tipo de carga. a) Considerando-se as possibilidades, o motor pode partir a vazio até a plena rotação, e sua carga incrementa até o limite nominal. Exemplos: Serra circular, torno ou compressor que deve partir com as válvulas abertas. Neste caso, a partida pode ser em estrela-triângulo. b) O motor deve partir com carga ou com um conjugado de resistente em torno de 50%. Exemplos: Calandras, bombas, britadores. Neste caso, emprega-se a chave compressora, utilizando-se os “taps” de 65% ou de 80% de transformador. c) O motor deve partir com rotação controlada, porém com torque bastante elevado. Exemplos: Pontes rolantes, betoneiras, máquinas de “off-set”. Neste caso, utiliza-se o motor rotor bobinado. 3.3.1 - Comparação entre sistemas de partida Partida direta Na partida direta à plena tensão, o motor de rotor gaiola pode partir à plena carga e com a corrente elevando-se de 5 a 6 vezes à nominal, conforme o tipo e número de pólos. De acordo com o gráfico da figura 3.10, a corrente de partida (curva “a”) é igual a 6 vezes a
  44. 44. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 44 corrente nominal. O conjugado na partida atinge aproximadamente 1,5 do conjugado nominal. Figura 3.10 Partida estrela-triângulo É fundamental para a partida com a chave estrela-triângulo, que o motor tenha a possibilidade de ligação em dupla tensão, ou seja, em 220/380V em 380/660V. Os motores deverão ter, no mínimo, 6 bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a curva de conjugados do motor for suficientemente elevada para poder garantir a aceleração da máquina com a corrente reduzida para 25 a 30% da corrente de partida direta. A curva do conjugado é reduzida na mesma proporção. Por esse motivo, sempre que for necessário uma partida estrela-triângulo, deverá ser usado um motor com elevada curva de conjugado. Exemplo de cálculo da potência de um motor em estrela e triângulo: Um motor trifásico ligado a uma rede de 220V absorve da linha 208A, quando ligado em triângulo. A corrente na fase desse motor será de A120 3 208 = Esse motor ligado em estrela estará sob uma tensão de fase de V120 3 220 = Havendo uma redução de tensão de fase, consequentemente haverá uma redução na corrente. A3,69 220 120x127 X XV127 A120V220 == → → A corrente de linha em triângulo é de 208A. Em estrela, a corrente de linha é de 69,3A, o que representa aproximadamente 30% de 208A. Na partida em estrela, a corrente de partida é de 1,5 a 2 vezes a corrente nominal, mas o conjugado de partida é um quarto do conjugado máximo ( 25 a 30%). Na partida em triângulo, os conjugados de partida são máximos, mas a corrente é aproximadamente 6 vezes a corrente nominal.
  45. 45. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 45 Como exemplo, nas figuras 3.11 e 3.12 temos a ligação estrela-triângulo de um motor, com cargas diferentes, apresentando dados comparativos em % pelas curvas de corrente e conjugados. Na figura 3.11 temos um alto conjugado resistente MR. Se a partida for em Y, o motor acelerará a carga até a velocidade ny, ou aproximadamente 85% da rotação nominal. Nesse ponto, a chave deverá ser ligada em ∆. Acontece nesse caso que a corrente, que era aproximadamente a nominal, ou seja, 100%, passa repentinamente para 300%, o que não é nenhuma vantagem, uma vez que na partida a corrente era somente 170 %. Na figura 3.12, temos o motor com as mesmas características, porém o momento resistente MR é bem menor. Na ligação Y, o motor acelera a carga até 95% da rotação nominal. Quando a chave é ligada em ∆, a corrente, que era aproximadamente 60 %, sobe para 190 %, ou seja, praticamente igual à da partida em Y. Nesse caso, a ligação estrela-triângulo apresenta vantagem, porque, se fosse ligado direto, absorveria na rede 500% da corrente nominal. A chave estrela-triângulo em geral só pode ser empregada em partidas de máquinas a vazio, isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido 95% da rotação nominal, a carga poderá ser ligada. O exemplo típico acima pode ser de um grande compressor. Na figura 3.11, seria partida com carga, isto é, assim que começa a girar,
  46. 46. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 46 a máquina já comprime o ar, mas geralmente isso não acontece. Os compressores partem a vazio, isto é, com todas as válvulas abertas (figura 3.12). Só quando atinge a rotação nominal, as válvulas se fecham, e a máquina começa a comprimir o ar. Partida com a chave compensadora Podemos usar a chave compensadora para dar partida em motores sob carga A chave compensadora reduz a corrente de partida, evitando uma sobrecarga na rede de alimentação, deixando, porém, o motor com um conjugado suficiente para a partida e aceleração. Figura 3.13 A tensão na chave compensadora é reduzida através de autotransformador, que possui normalmente “taps” de 65 a 80% da tensão nominal. Exemplo: Um motor ligado à rede de 220V absorve 100A. Se for ligado ao autotransformador no “tap” de 65%, a tensão aplicada nos bornes será de: U . 0,65 = 220 x 0,65 = 143V A corrente nos bornes do motor, em virtude da redução da tensão, é reduzida também em 65%: Im = I .0,65 = 100 x 0,65 = 65A. Como a potência em VA no primário do autotransformador é aproximadamente igual à do secundário, temos: VA no secundário = VA161003x65x143 = Para encontrarmos a corrente absorvida da linha, temos: A25,42 3x220 16100 3.U VA IL === O conjugado de partida é proporcional ao quadrado da tensão aplicada aos bornes do motor. No caso do exemplo anterior, é 0,65 x 0,65 = 0,42, ou seja, aproximadamente metade do conjugado nominal. No “tap” de 80% teríamos um conjugado de 0,8 x 0,8 = 0,64, ou seja, dois terços do conjugado nominal. A corrente seria: A648,0x808,0xII ML ===
  47. 47. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 47 Partida rotórica É o sistema de partida de onde se utiliza um motor de rotor bobinado com reostato regulável. Esse motor apresenta elevado torque na partida em baixa velocidade. É de construção bem mais cara, porém, apresenta grandes vantagens, conforme a aplicação. Pelo gráfico (3.14) abaixo, podemos comparar o torque com resistências desse tipo de motor que possui características peculiares. Verificamos que a corrente de partida é aproximadamente 2 vezes a nominal (curva a) e que o torque é aproximadamente 240% do torque nominal (curva b). Pode partir, portanto, com baixa rotação e torque elevadíssimo. Figura 3.14 3.3.2 – Ligação de Motores Trifásicos de 6 terminais para tensão nominal de 220 ou 380V. • Ligação em triângulo para 220V Figura 3.15
  48. 48. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 48 • Ligação em estrela (Y) para 380 V Figura 3.16 3.3.3 – Ligação de Motores Trifásicos de 12 terminais para tensão nominal de 220 ou 380V. • Ligação em triângulo paralelo para 220V Figura 3.17 • Ligação em estrela paralelo (Y) para 380 V Figura 3.18
  49. 49. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 49 3.3.4 – Ligação de Motores Trifásicos de 12 terminais para tensão nominal de 440 ou 760V. • Ligação em triângulo série para 440V Figura 3.19 • Ligação em estrela série (Y) para 760 V Figura 3.20
  50. 50. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 50 3.3.5 – Ligação de Motores Monofásicos de fase auxiliar para tensão nominal de 110 ou 220V. • Ligação para 110V Figura 3.21 • Ligação para 220V Figura 3.22 3.4 – COMANDO DE UM CONTATOR POR BOTÕES OU CHAVE Comandar um contator é a ação que se executa ao acionar um botão abridor, botão fechador ou chave de pólo. Isto é feito para que a bobina do eletroimã seja alimentada e feche os contatos principais, ou perca a alimentação, abrindo-os. 3.4.1 – Sequência operacional Start: Estando sob tensão os bornes R, S e T ( figura 3.23 e 3.24), e apertando-se o botão b1 , a bobina do contator C1 será energizada. Esta ação faz fechar o contato de retenção C1, que manterá a bobina energizada; O s contatos principais de fecharão, e o motor funcionará. Stop : Para interromper o funcionamento do contator, pulsamos o botão b0; este abrirá, eliminando a alimentação da bobina, o que provocará a abertura de contato de retenção C1 e, consequentemente, dos contatos principais, e a partida do motor.
  51. 51. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 51 Nota : Um contator pode ser comandado também por uma chave de um pólo (figura 3.25). Neste caso, eliminam-se os botões b0 , b1 e o contato de retenção C1, e introduz-se no circuito de comando a chave b1.
  52. 52. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 52 Figura 3.25 3.5 – REVERSÃO DE ROTAÇÃO DE MOTOR TRIFÁSICO COM CONTATORES COMANDADOS POR BOTÕES A reversão do sentido de rotação de um motor trifásico é feita pela inversão de duas de suas fases de alimentação. Esse trabalho é realizado por dois contatores, comandados por 2 botões conjugados, cujo acionamento permite obter-se rotações no sentidos horário e anti-horário. 3.5.1 – Sequência operacional a) Ligação do motor em um sentido: (figuras 3.26 e 3.27). Estando sob tensão os bornes R, S e T e pulsando-se o botão conjugado b1, a bobina do contator C1 será alimentada, fechando o contato de retenção C1, o qual a mantém energizada. Permanecendo energizada a bobina do contator C1, haverá o fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor num sentido. b) Inversão do sentido de rotação de motor: Pulsando-se o botão conjugado b2, a bobina do contator C2 será alimentada, provocando o fechamento do contato de retenção C2, o qual mantém energizada. Permanecendo energizada a bobina do contator C2, haverá o fechamento dos contatos. Permanecendo energizada a bobina do contator C2, haverá o fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor no sentido inverso.
  53. 53. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 53 Figura 3.26 Figura 3.27 OBSERVAÇÃO: A fim de se evitarem elevados valores de correntes de pico, sempre que possível, deve-se esperar a parada do motor, para se processar a reversão da rotação. Em tornos mecânicos em geral, assim como em outros tipos de máquinas, às vezes se faz necessário aplicar a frenagem por contracorrente, para se conseguir inverter rapidamente a rotação. 3.5.2- Segurança do sistema a) Por meio dos botões conjugados: Pulsando-se o botão conjugado b1 ou b2, são simultaneamente acionados os seus contatos abridor e fechador, de modo que o contato abridor atue antes do fechador (intertravamento mecânico). b) Por meio de contatos auxiliares: Os contatos abridores C1 e C2 impossibilitam a energização de uma bobina, quando a outra será energizada, (intertravamento magnético).
  54. 54. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 54 3.6 – REVERSÃO DE ROTAÇÃO DE MOTOR TRIFÁSICO COM CONTATORES E CHAVES FIM DE CURSO Quando há necessidade de controlar o movimento de avanço ou retrocesso automático de um dispositivo motorizado de uma máquina , empregam-se contatores comandados por chaves fim de curso ( figuras 3.28 e 3.29 ). As chaves de fim de curso são acionadas mecanicamente pelas réguas com ressaltos ( cames) existentes na parte móvel do dispositivo da máquina. Figura 3.28 Figura 3.29 3.6.1 - Sequência operacional a)Ligação do motor para movimentar dispositivo em um sentido: Estando sob tensão os bornes R, S e T e pulsando-se o botão conjugado b1, a bobina do contator C1 será alimentada, provocando o fechamento do contato de retenção C1, o qual a mantém energizada, e o fechamento dos contatos principais. O acionamento do motor num sentido impulsiona, consequentemente, um dispositivo, até atingir o limite de fim de curso, quando abrirá seu contato b3, desligando a bobina C1.
  55. 55. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 55 Desenergizada a bobina C1, os contatos principais se abrem, cortando a alimentação do motor. b) inversão do sentido de movimento do dispositivo: Pulsando-se o botão conjugado b2, a bobina do contator C2 será alimentada, fechando o contato de retenção C2, o qual mantém energizada. Estando energizada a bobina de C2, haverá o fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor e do dispositivo da máquina, até que esta atinja o limite de “fim de curso”. Quando a chave de fim de curso for atingida, seu contato b4 se abrirá, desligando a bobina de C2. Desenergizada a bobina de C2, os contatos principais se abrem, cortando a alimentação do motor. 3.6.2 - Acionamento parcial do dispositivo Quando o motor está funcionando, pulsando-se o botão b0, para-se o movimento do dispositivo em qualquer ponto de percurso. A retomada do movimento no mesmo sentido ou no inverso é possível, pulsando-se os botões b1 ou b2. 3.6.3 - Segurança do sistema pelos botões conjugados Pulsando-se o botão conjugado b1 ou b2, são simultaneamente acionados os seus contatos abridor e fechador, de modo que o contato atue antes do fechador, proporcionando intertravamento mecânico. 3.6.4 - Segurança do sistema pelos contatos auxiliares Os contatos abridores C1 e C2 impossibilitam a energização de uma bobina, quando a outra está energizada. (Intertravamento elétrico). 3.7 – PARTIDA COM COMUTAÇÃO AUTOMÁTICA ESTRELA-TRIÂNGULO DE UM MOTOR É a partida executada automaticamente de um motor trifásico em Y, com comutação para ∆ ; feita por meio de 3 contatores comandados por botões. Este sistema de ligação é utilizado para reduzir a tensão de fase do motor( L L F V.58,0 3 V V == ) durante a partida.
  56. 56. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 56 3.7.1 - Sequência operacional Partida do motor em estrela, estando C1, C2 e C3 desligados (figuras 3.30 e 3.31). Estando sob tensão os bornes R, S e T, e pulsando-se o botão b1, a bobina do contator C2 e o relé temporizador d1 serão alimentados, fechando o contato de retenção de C2 que mantêm energizadas as bobinas dos contatores C1 e C2, respectivamente, e o relé temporizador d1. Permanecendo energizadas as bobinas dos contatores C2 e C1, haverá o fechamento dos contatos principais e, consequentemente, o acionamento do motor em estrela. Decorrido o tempo para o qual foi ajustado o relé temporizador d1, este opera, desligando o contato abridor d1, que desenergizará a bobina do contator C2, acarretando a abertura de seus contatos principais. Estando desenergizada a bobina C2, o contato abridor C2 (31 - 32) retorna, energizando a bobina C3, que acionará o motor em triângulo. 3.7.2 – Parada do motor Estando o motor funcionando em triângulo e pulsando-se o botão b0, interrompe-se a energização da bobina C1, que abrirá os contatos C1 ( 13-14) e C1 (23 –24), interrompendo a corrente da bobina C3. Consequentemente, o motor ficará energizado. 3.7.3 – Segurança do sistema Estando o motor em marcha na ligação triângulo, o contato C3 (31-32) fica aberto, impedindo a energização acidental da bobina C2.
  57. 57. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 57 3.8 – PARTIDA AUTOMÁTICA DO MOTOR TRIFÁSICO COM AUTOTRANSFORMADOR A partida automática com autotransformador permite que o motor inicie seu funcionamento com tensão reduzida e, após um tempo determinado, passe automaticamente à plena tensão. Tem sobre a partida manual estas vantagens : - Não exige esforço físico do operador; - Permite comando à distância; - A comutação da tensão reduzida para tensão realiza-se no tempo previsto e ajustado, independente da ação do operador. Figura 3. 32 Figura 3.33
  58. 58. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 58 3.8.1 - Sequência operacional Partida de motor com tensão reduzida: contatores C1, C2, C3 e relé de tempo desligados (figuras 3.19 e 3.20). Estando sob tensão os bornes R, S, T e pulsando-se o botão b1, a bobina do contator C1 fica energizada, assim como o relé temporizador d1. Os contatos C1 (13 - 14) e C1 (23 - 24) se fecham, conservando energizada a bobina de C3, colocando o motor em funcionamento. Com a alimentação da bobina C3, os contatos C3 (13 - 14) e C3 (23 - 24) se fecham, tornando a bobina de C3 independente do contato C1 (13 - 14). Como as bobinas de C1 e de C3 estão energizadas, os contatos principais de C1 e C3 estão fechados, e o motor está alimentado com a tensão reduzida, iniciando a partida. 3.8.2 – Comutação Decorrido o tempo preestabelecido, o relé temporizador d1 comuta, desenergizando a bobina de C1 e energizando a bobina de C2. Permanecendo energizada a bobina de C2, os contatos de C2(13-14) se fecham e os C2(41-42) se abrem, provocando a desenergização da bobina de C3. Os contatos principais de C3 se abrem e os de C2 se fecham; e o motor é alimentado com tensão plena ( tensão nominal). 3.9 – PARTIDA COM MOTOR TRIFÁSICO DE ROTOR BOBINADO COM COMUTAÇÃO AUTOMÁTICA DE RESISTORES Neste tipo de partida, o circuito de comando faz a eliminação dos estágios de resistores automaticamente. O tempo necessário entre a partida e as sucessivas retiradas dos resistores do circuito do rotor bobinado, até curtocircuitá-lo, é determinado por relés temporizados (figuras 3.34 e 3.35).
  59. 59. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 59 3.9.1 - Sequência operacional 1° estágio de partida: Contatores C1, C11, C12, C13, relés temporizados d1 e d2, e relé auxiliar d3 desenergizados. Pulsando-se o botão b1, as bobinas de C1 e d1 são energizadas simultaneamente e permanecem ligadas pelo contato de retenção comum C1(13 - 14). Estando energizada a bobina C1, seus contatos principais se fecham, e o motor começa a funcionar com todos os resistores intercalados no circuito de induzido (r1, r2 e r3). 2° estágio de partida: Decorrido o tempo ajustado, o relé d1 opera, fechando o seu contato d1 (15 - 18), energizando C11, que assim permanece por meio de seu contato de retenção C11 (13 - 14). Ao mesmo tempo, o contato fechador de C11(23 - 24) energiza o relé d2 e desenergiza a bobina de d1, através de C11(41 - 42). Estando alimentada a bobina de C11, seus contatos principais se fecham, retirando do circuito o resistor r1. 3° estágio de partida: Decorrido o tempo ajustado para d2, ocorre a sua operação, e o contato d2 (15 - 18) energiza C12 que assim mantém por meio de seu contato de retenção C12 (13 - 14). Nesse instante, desenergiza-se C11, voltando seus contatos à posição de repouso. O contato C12 (23 - 24) se fecha, alimentando d3, que fechará d3 (23 -24), energizando novamente d1. Energizada a bobina de C12, seus contatos principais se fecham, retirando de circuito o resistor r2.
  60. 60. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 60 4° estágio de partida: Decorrido o tempo ajustado para d1, ocorre a sua operação, e seu contato d1 (15 - 18) se fecha, alimentando C13, que permanece energizado por seu contato de retenção, e abre o contato de C13 (41 - 42), que volta os demais à condição inicial. Energizando C13, seus contatos principais fecham-se, o resistor r3 é eliminado, e o rotor é curto-circuitado. 3. 10 – PARTIDA CONSECUTIVA DE MOTORES COM RELÉS TEMPORIZADOS É um sistema de comando automático que permite a partida de 2 ou mais motores, obedecendo a uma sequência preestabelecida. Os intervalos de tempo entre as sucessivas partidas são determinados pela regulagem de relés temporizados ( figuras 3.36 e 3.37).
  61. 61. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 61
  62. 62. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 62 3.10.1 – Sequência operacional Pulsando-se b1 , o contator C1 e o relé d1 são energizados e o motor m1 parte. Decorrido o tempo ajustado para d1, este energiza C2 e d2 e o motor m2 parte. Decorrido o tempo ajustado para d2, este energiza C3 e d3 e o motor m3 parte. Após o tempo ajustado para d3, este energiza C4, dando a partida a m4 , último motor de sequência. Se houvesse mais motores, o processo continuaria de forma idêntica. 3.11 – PARTIDA AUTOMÁTICA E FRENAGEM ELETROMAGNÉTICA DE MOTOR TRIFÁSICO NOS DOIS SENTIDOS DE ROTAÇÃO É um sistema de comando elétrico que permite a partida automática, a troca de sentido de rotação e a frenagem eletromagnética por corrente retificada (figuras 3.38 e 3.39). 3.11.1 – Sequência operacional Partida e rotação no sentido anti-horário : Pulsando-se b1, energiza-se C1. O motor será ligado e girará no sentido anti-horário. Obs.: É imprescindível que o motor esteja parado para que se possa dar partida no sentido desejado. Partida no sentido anti-horário :Pulsando-se b2, energiza-se C2. O motor será ligado no sentido anti-horário. Frenagem : Estando o motor girando num sentido ou noutro, pulsando-se b0, desenergiza-se C1 ou C2, energiza-se C3 e C4 e o motor é frenado. C1 e C2 se intertravam. C3 e C4 travam C1 e C2.
  63. 63. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 63 4 – O CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL 4.1 - SURGIMENTO DO CONTROLADOR PROGRAMÁVEL O controlador programável surgiu em 1969. Anteriormente a isso, o hardware do controle sequencial era dominado principalmente pelos relés. No que concerne aos dispositivos de controle de sequência que utilizam os relés, apresentavam as desvantagens a seguir discriminadas: - mau contato; - desgastes dos contatos; - necessidade de instalação de inúmeros relés, execução de fiação entre os inúmeros terminais de contatos e de bobinas; - complexidade na introdução de alteração na sequência; - necessidade de manutenções periódicas. Apesar de apresentarem todas as desvantagens acima citadas, os relés se tornaram elementos principais do hardware de controle de sequência em razão de não haver, na época, elementos que pudessem substitui-los eficazmente. No final da década de 60, iniciou-se o desenvolvimento de microcomputadores, utilizando-se o circuito integrado (Cl), e a universalidade da capacidade de processamento dos mesmos tornou-se o centro das atenções, aguardando-se com enorme expectativa o surgimento do hardware para controle dotado de grande versatilidade de processamento. Por outro lado, inicia-se a era da produção em grande escala, e os assuntos, como automação, incremento da produtividade, uniformidade na qualidade e outros, transformam-se em temas principais nas estações de trabalho, e a solução desses problemas era exigida também pelo lado da tecnologia de controle de sequência. Na época, a General Motors (GM - empresa automobilística americana) anunciou 10 itens relativos às condições que um novo dispositivo eletrônico de controle de sequência deveria atender para que pudesse substituir os tradicionais relés. Os itens são os seguintes: 1. Facilidade de programação, de alteração do programa, inclusive nas estações de trabalho; 2. Facilidade na manutenção, desejável que fosse totalmente do tipo de encaixar (plug-in- unit); 3. A confiabilidade na estação de trabalho deverá ser superior em relação ao painel de controle do tipo com relés; 4. Deverá ser mais compacto que o painel de controle do tipo com relés; 5. Possibilitar o envio direto de dados à unidade central de processamento de dados; 6. Deverá ser economicamente competitivo com o painel de controle do tipo com relés; 7. Possibilitar entradas com níveis de tensão alternada da ordem de 11 5[V]; 8. As saídas deverão ser em 11 5[V] C.A. com capacidade superior a 2[A] de intensidade de corrente; deverá ainda possibilitar a operação das válvulas solenóides, comando para partida de motores e outros; 9. Com um mínimo de alteração, possibilitar a ampliação do sistema básico; 10. Deverá estar dotado de memória programável que possa ser ampliada até 4k WORDS no mínimo.
  64. 64. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 64 Assim, baseando-se nesses 10 itens acima mencionados, a partir de 1969 foram lançados uma série de produtos denominados PLC (Programmable Logic Controller - Controlador Lógico Programável), através de diversas empresas americanas. Como pano de fundo tecnológico para o surgimento do PLC, houve a evolução das tecnologias de computação e semicondutores, especialmente a tecnologia de CIs, possibilitando a substituição do sistema de controle por relés, que havia atingido o seu limite de possibilidades. As características do PLC elaborado segundo as especificações dos 10 itens da GM são a seguir discriminadas: - Como se trata de dispositivo que utiliza o elemento semicondutor em substituição aos relés, o controle será do tipo sem contato; - Enquanto o conteúdo do controle dos sistemas convencionais se realiza pela execução de fiação entre os contatos dos relés, no caso do PLC será realizado através de programa; - Embora seja o PLC um dispositivo que utiliza o semicondutor, poderá utilizar energia para entrada e saída nas faixas de 115[V] e 220[V], 2[A] diretamente em corrente alternada; - Poderá adequar ao sistema a capacidade ideal do PLC, segundo a dimensão do controle a ser realizado. Originalmente, o PLC surgiu como um dispositivo de controle tipo universal, que pudesse substituir os sistemas de relés e, posteriormente, com a evolução das tecnologias de computação e dos CI’s, desenvolveu-se tornando possível a redução de custo, compactação, elevação das funções e outros, até atingir a maturidade como sendo hardware principal para controle sequencial. Com a evolução, foi eliminado o termo “logic” do nome PLC, passando este dispositivo a ser chamado de PC - Controlador Programável (Programmable Controller) Com o passar do tempo os controladores programáveis passaram a tratar variáveis analógicas e no inicio dos anos oitenta incorporaram a função do controle de malhas de instrumentação, com algoritmos de controle proporcionais, integrais e derivativos (PID). Ainda na década de oitenta com a evolução dos microcomputadores e das redes de comunicação entre os PLC's, os quais passaram a elevar sua performance, permitindo que vários controladores programáveis pudessem partilhar os dados em tempo real e que nesta mesma rede estivessem conectados vários microcomputadores, os quais através de um software de supervisão e controle, podiam monitorar, visualizar e comandar o processo como um todo a partir de uma sala de controle distante do processo. Como resumo, podemos classificar historicamente o PLC como segue : 1a . Geração : Os PLCs de primeira geração se caracterizam pela programação intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do PLC, ou seja , para poder programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do PLC. Assim a tarefa de programação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada, gravando-se o programa em memória EPROM , sendo realizada normalmente no laboratório junto com a construção do PLC.
  65. 65. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 65 2a . Geração : Aparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão dependentes do hardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um “Programa Monitor “ no PLC , o qual converte ( no jargão técnico ,Compila), as instruções do programa , verifica o estado das entradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera o estados das saídas. Os Terminais de Programação ( ou Maletas, como eram conhecidas ) eram na verdade Programadores de Memória EPROM . As memórias depois de programadas eram colocadas no PLC para que o programa do usuário fosse executado. 3a . Geração : Os PLC’s passam a ter uma Entrada de Programação, onde um Teclado ou Programador Portátil é conectado, podendo alterar, apagar , gravar o programa do usuário, além de realizar testes ( Debug ) no equipamento e no programa. A estrutura física também sofre alterações sendo a tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks. 4a . Geração : Com a popularização e a diminuição dos preços dos micro - computadores (normalmente clones do IBM PC ), os PLCs passaram a incluir uma entrada para a comunicação serial. Com o auxílio do microcomputadores a tarefa de programação passou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilização de várias representações das linguagens , possibilidade de simulações e testes , treinamento e ajuda por parte do software de programação, possibilidade de armazenamento de vários programas no micro, etc. 5a . Geração : Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicação para os PLCs, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse” com o equipamento outro fabricante, não só PLCs , como Controladores de Processos, Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação e etc., proporcionando uma integração afim de facilitar a automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada Globalização. Existe uma Fundação Mundial para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicação. 4.2 - INTRODUÇÃO DA TECNOLOGIA DE CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS – PLC’s 4.2.1- Hard Logic para Soft Logic a) Hard Logic Quando se elabora uma sequência de controle utilizando os relés convencionais e/ou módulos lógicos de estado sólido, a lógica do sistema será de acordo com a fiação executada entre esses dispositivos, sendo que a sequência de controle é do tipo hard wired logic” ou simplesmente “hard logic” (lógica de interligação dos dispositivos por meio de fiação elétrica). A alteração na lógica significa realizar alterações na fiação. Dessa forma existem diversos pontos deficientes, enumerados a seguir: 1. Problemas relacionados ao projeto e fabricação: A elaboração do diagrama da sequência depende, na maioria dos casos, da capacidade ou
  66. 66. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 66 experiência pessoal do indivíduo. Assim, além do diagrama de sequência propriamente dito, outros inúmeros serviços relacionados, como diagrama de fiação entre os componentes, lay- out dos componentes, determinação das espécies de fios e cabos e outros, têm que ser projetados. Por outro lado, quando se deseja introduzir alterações do sistema já pronto, tem-se que efetuar adição e/ou deslocamento de componentes e da fiação, acarretando um alto custo com relação ao tempo e à mão-de-obra. 2. Problemas relativos à operação experimental e ajustes: Para efetuar a verificação no caso em que o projeto da sequência foi elaborado corretamente ou as fiações foram executadas conforme o projeto, é necessário efetuar testes de continuidade, utilizando aparelhos de testes apropriados. Além disso, nos ajustes de campo com a sequência acoplada às partes mecânicas há a necessidade de assistência e orientação de técnicos de grande experiência. 3. Problemas relativos à instalação, montagem e manutenção: Como o hard logic toma um espaço muito grande, encontra-se normalmente dificuldade no lay-out, além da necessidade de se efetuar a manutenção periódica das partes móveis (contatos, etc.) e, ainda, manter um estoque de peças sobressalentes considerando-se a vida útil das mesmas. 4. Problemas relativos à função: Como existe um limite de tempo para acionamento dos relés, o hard logic não é indicado para equipamentos que requerem alta velocidade de controle. Além disso, torna-se extremamente difícil o controle de um sistema com hard logic quando o mesmo necessita de memorização temporária, processamento e comparação de valores numéricos. b) Soft Logic O computador nada poderá fazer se for constituído apenas por “hardware”. As suas funções serão ativadas somente quando houver um programa denominado “software”. Os computadores, através de programas ou software, podem realizar cálculos das folhas de pagamentos, assim como, cálculos de equações das mais complexas. Isto significa que, com um mesmo hardware, a lógica poderá ser alterada através de um software denominado programa. Ou seja, a lógica do computador é um “soft logic”. Aplicando o mesmo raciocínio de controle sequencial, pode-se dizer que as fiações que compõem a lógica do circuito de relés, poderão ser substituídas pelo software, denomina-se soft wired logic” (lógica de interligação dos dispositivos por meio de programas). Para realizar o controle sequencial através do soft Iogic, ter-se-á que dotar o hardware de um dispositivo de memória, tal qual no computador, e nele armazenar uma série de programas. Esses equipamentos que objetivam o controle sequencial, são denominados “Stored Program System Controller” ou “Programmable Controller’ (PLC) - Controlador Programável, ou ainda, abreviadamente, “PLC”.
  67. 67. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 67 c) Significado da lógica por software O fato de se transformar a lógica da sequência em software significa que as atribuições das fiações do hard logic serão executadas pelo soft logic. Por conseguinte, o hardware poderá ser constituído por um equipamento standard. Isso foi possível através da padronização do controle sequencial, solucionando uma grande parte dos problemas que existiam tradicionalmente nos painéis de relés, além de possibilitar a promoção da automação e racionalização em níveis cada vez mais elevados. Na tabela 4.1, indica-se a comparação entre o tradicional painel de relés e o PLC e verifica-se que, em praticamente todos os aspectos, o PLC apresenta-se com maiores vantagens. Dessa forma, com a introdução da tecnologia de computação, surgiu o controlador programável, proporcionando uma evolução excepcional no controle sequencial.
  68. 68. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 68
  69. 69. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 69 4.2.2 - Diferenças entre o PLC e o Computador O PLC é um novo equipamento que surgiu com o advento da tecnologia do computador, sendo sua utilização voltada à estação de trabalho. Assim, se o PLC for comparado ao computador utilizado em escritórios, tanto o hardware quanto o software são significamente diferentes. a) Hardware O computador é um equipamento destinado a efetuar cálculos de alto nível e processamento de dados, de sorte que as entradas e saídas, como discos magnéticos e impressoras, são projetadas para atender às necessidades do computador. Portanto, os dispositivos de computação e de memória que correspondem ao cérebro, ocupam um grande espaço, e as entradas e saídas, que correspondem aos braços e pernas, são relativamente pequenas. Dessa forma, pode-se dizer que o computador é um superdotado de cabeça gigantesca com estrutura frágil, que trabalha com baixa tensão, tendo que ser instalado em sala climatizada, ou seja, um local de bom ambiente. Em relação a isso, o PLC surgiu com o objetivo de substituir os painéis de relés. Assim, suas entradas e saídas são constituídas pelas chaves fim de curso, válvulas solenóides e outros, sendo, na maioria, equipamentos de alta tensão e corrente. Além disso, estão sujeitos aos ruídos provenientes das máquinas e equipamentos existentes nas estações de trabalho, assim como, severas condições de temperatura e partículas suspensas na atmosfera. Como as partes que realizam a computação são constituídas de componentes eletrônicos de baixa tensão, como no caso dos CIs, será necessário instalar nas portas de entrada e saída os circuitos para transformação e amplificação de sinais e, ainda, conforme o caso, circuito para eliminação de ruídos. Além disso, sua estrutura construtiva deverá ter uma proteção robusta para resistir às severas condições do local de instalação. b) Software Nos programas de computador são utilizadas as linguagens como C, C++, Pascal e outras, e as mesmas podem ser utilizadas apenas pelos especialistas que tiveram os cursos específicos para esse fim. Por outro lado, no caso do PLC, a linguagem é idealizada de tal forma que as pessoas ligadas diretamente à operação de máquinas e equipamentos, ao planejamento de instalações elétricas e à manutenção possam entendê-la, utilizando códigos e/ou linguagens mais próximos das sequências dos circuitos tradicionais, ou seja, no que se refere à programação, foi idealizada para que se possa programar utilizando códigos obtidos através do fluxograma e do diagrama de tempo (time chart) do sistema a ser controlado, sendo essa programação realizável por qualquer pessoa com um treinamento relativamente simples. Dessa forma, embora o PLC seja tecnologicamente um computador, em termos de utilização é um equipamento de controle local.
  70. 70. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 70 4.2.3 - Evolução do Controle Sequencial O controle sequencial evoluiu de painel de relés para o método de programa armazenado. No período inicial, o método de programa armazenado partiu do método ‘discreto” com circuitos transistorizados e, em termos de funções não passava de simples substituição dos painéis de relés. Contudo, ultimamente, com o advento do microcomputador que surgiu da tecnologia do LSI (Large Scale Integration - Integração de Grande Capacidade), foram adicionadas as funções que não havia nos painéis de relés, como cálculo comparativo, computação e outros. Além disso, esse método não se restringe apenas ao controle sequencial, sendo utilizado, por exemplo, no controle digital a realimentação (feed-back) e, assim, tendo a sua utilização ampliada para o controle de uma forma global. O microprocessador é excelente para essas funções e pode-se dizer que o controle sequencial está passando da fase do PLC de simples substituição de painéis de relés (primeira geração) para o PLC de alto nível (segunda geração). 4.3- ARQUITETURA DO CONTROLADOR PROGRAMAVEL 4.3.1 - Constituição Geral, Princípio de funcionamento e Operação a) Constituição geral Como o controlador programável - PLC - será instalado na estação de trabalho da linha de produção para operação e controle de equipamentos, dispositivos e máquinas, o mesmo é constituído com robustez para resistir às condições desfavoráveis de um local de produção, como vibração, ruídos, partículas em suspensão. etc., além da facilidade na sua manipulação.
  71. 71. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 71 Outro aspecto e a sua composição, que é executada de tal forma que possibilite a utilização através de combinações mais adequadas, selecionando a escala e funções segundo o objeto de controle. Indica-se na figura 4.1 a constituição de um PLC. Assim, tem-se a CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento), que corresponde ao cérebro humano, as unidades de entradas e saídas para intercâmbio de sinais entre os equipamentos, dispositivos e máquinas, a fonte para fornecimento de energia elétrica, além dos equipamentos periféricos para incrementar a operacionalidade do PLC. Figura 4.1 – Constituição fundamental de um PC b) Princípio de Funcionamento - Diagrama em Blocos Figura 4.2 – Diagrama em Blocos do Funcionamento de um PLC
  72. 72. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 72 Inicialização No momento em que é ligado o PLC executa uma série de operações pré – programadas, gravadas em seu Programa Monitor : - Verifica o funcionamento eletrônico da C.P.U. , memórias e circuitos auxiliares; - Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados; - Verifica o estado das chaves principais ( RUN / STOP , PROG, etc. ); - Desativa todas as saídas; - Verifica a existência de um programa de usuário; - Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe. Verificar Estado das Entradas O PLC lê o estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura ( Scan ) e normalmente é de alguns micro – segundos ( scan time ). Transferir para a Memória Após o Ciclo de Varredura, o PLC armazena os resultados obtidos em uma região de memória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe este nome por ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo PLC no decorrer do processamento do programa do usuário. Comparar com o Programa do Usuário O PLC ao executar o programa do usuário , após consultar a Memória Imagem das Entradas , atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa. Atualizar o Estado das Saídas O PLC escreve o valor contido na Memória das Saídas , atualizando as interfaces ou módulos de saída. Inicia – se então, um novo ciclo de varredura.
  73. 73. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 73 4.3.2 - Estrutura Interna do PLC O PLC é um sistema microprocessado , ou seja, constituí – se de um microprocessador ( ou microcontrolador ), um Programa Monitor , uma Memória de Programa , uma Memória de Dados, uma ou mais Interfaces de Entrada, uma ou mais Interfaces de Saída e Circuitos Auxiliares. Fonte de Alimentação A Fonte de Alimentação tem normalmente as seguintes funções básicas : - Converter a tensão da rede elétrica ( 110 ou 220 VCA ) para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos , (+ 5Vcc para o microprocessador , memórias e circuitos auxiliares e +/- 12 Vcc para a comunicação com o programador ou computador ); - Manter a carga da bateria, nos sistemas que utilizam relógio em tempo real e Memória do tipo R.ªM.; - Fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas ( 12 ou 24 Vcc ). Unidade Central de Processamento : Também chamada de C.P.U. é responsável pela funcionamento lógico de todos os circuitos. Nos PLC’s modulares a CPU está em uma placa ( ou módulo ) separada das demais, podendo-se achar combinações de CPU e Fonte de Alimentação. Nos PLC’s de menor porte a CPU e os demais circuitos estão todos em único módulo. As características mais comuns são : - Microprocessadores ou Microcontroladores de 8, 16 ou 32 bits ( INTEL 80xx, MOTOROLA 68xx, ZILOG Z80xx, PIC 16xx ); - Endereçamento de memória de até centenas de Mega Byte; - Velocidades de CLOCK variando de 4 a 100 MHZ; - Manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais. Bateria As baterias são usadas nos PLC’s para manter o circuito do Relógio em Tempo Real, reter parâmetros ou programas ( em memórias do tipo RAM ) ,mesmo em caso de corte de energia , guardar configurações de equipamentos etc. Normalmente são utilizadas baterias recarregáveis do tipo Ni – Ca ou Li. Neste casos , incorporam se circuitos carregadores.
  74. 74. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 74 Memória do Programa Monitor O Programa Monitor é o responsável pelo funcionamento geral do PLC. Ele é o responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do PLC. Não pode ser alterado pelo usuário e fica armazenado em memórias do tipo PROM , EPROM ou EEPROM . Ele funciona de maneira similar ao Sistema Operacional dos microcomputadores. É o Programa Monitor que permite a transferência de programas entre um microcomputador ou Terminal de Programação e o PLC, gerenciar o estado da bateria do sistema, controlar os diversos opcionais etc. Memória do Usuário É onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário. Pode ser alterada pelo usuário, já que uma das vantagens do uso de PLC’s é a flexibilidade de programação. Inicialmente era constituída de memórias do tipo EPROM , sendo hoje utilizadas memórias do tipo RAM ( cujo programa é mantido pelo uso de baterias ) , EEPROM e FLASH- EPROM, sendo também comum o uso de cartuchos de memória, que permite a troca do programa com a troca do cartucho de memória. A capacidade desta memória varia bastante de acordo com o marca/modelo do PLC, sendo normalmente dimensionadas em Passos de Programa. Memória de Dados É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Estes dados são valores de temporizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc. São normalmente partes da memória RAM do PLC. São valores armazenados que serão consultados e ou alterados durante a execução do programa do usuário. Em alguns PLC’s , utiliza-se a bateria para reter os valores desta memória no caso de uma queda de energia. Memória Imagem das Entradas / Saídas Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificação nas saídas, ela armazena o estados da cada uma das entradas ou saídas em uma região de memória denominada Memória Imagem das Entradas / Saídas. Essa região de memória funciona como uma espécie de “ tabela ” onde a CPU irá obter informações das entradas ou saídas para tomar as decisões durante o processamento do programa do usuário.
  75. 75. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 75 Circuitos Auxiliares São circuitos responsáveis para atuar em casos de falha do PLC. Alguns deles são : - POWER ON RESET : Quando se energiza um equipamento eletrônico digital, não é possível prever o estado lógico dos circuitos internos. Para que não ocorra um acionamento indevido de uma saída , que pode causar um acidente , existe um circuito encarregado de desligar as saídas no instante em que se energiza o equipamento. Assim que o microprocessador assume o controle do equipamento esse circuito é desabilitado. - POWER–DOWN: O caso inverso ocorre quando um equipamento é subitamente desenergizado . O conteúdo das memórias pode ser perdido. Existe um circuito responsável por monitorar a tensão de alimentação, e em caso do valor desta cair abaixo de um limite pré – determinado, o circuito é acionado interrompendo o processamento para avisar o microprocessador e armazenar o conteúdo das memórias em tempo hábil. - WATCH-DOG – TIMER : Para garantir no caso de falha do microprocessador , o programa não entre em “ loop” , o que seria um desastre, existe um circuito denominado “Cão de Guarda “ , que deve ser acionado em intervalos de tempo pré – determinados . Caso não seja acionado , ele assume o controle do circuito sinalizando um falha geral. Módulos ou Interfaces de Entrada : São circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para que possa ser processado pela CPU ( ou microprocessador ) do PLC . Temos dois tipos básicos de entrada: as digitais e as analógicas. Entradas Digitais São aquelas que possuem apenas dois estados possíveis, ligado ou desligado , e alguns dos exemplos de dispositivos que podem ser ligados a elas são : - Botoeiras; - Chaves ( ou micro ) fim de curso; - Sensores de proximidade indutivos ou capacitivos; - Chaves comutadoras; - Termostatos; - Pressostatos; - Controle de nível ( bóia );Etc.
  76. 76. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 76 As entradas digitais podem ser construídas para operarem em corrente contínua ( 24 Vcc ) ou em corrente alternada ( 110 ou 220 Vca ). Podem ser também do tipo N ( NPN ) ou do tipo P(PNP ). No caso do tipo N , é necessário fornecer o potencial negativo ( terra ou neutro ) da fonte de alimentação ao borne de entrada para que a mesma seja ativada. No caso do tipo P é necessário fornecer o potencial positivo ( fase ) ao borne de entrada. Em qualquer dos tipos é de praxe existir uma isolação galvânica entre o circuito de entrada e a CPU. Esta isolação é feita normalmente através de optoacopladores. As entradas de 24 Vcc são utilizadas quando a distância entre os dispositivos de entrada e o PLC não excedam 50 m. Caso contrário , o nível de ruído pode provocar disparos acidentais. Exemplo de circuito de entrada digital 24 Vcc Figura 4.3 – Entrada Digital 24Vcc Exemplo de circuito de entrada digital 110 / 220 Vca : Figura 4.4 – Entrada Digital 110/220 Vca ENTRADA 24 VCC CPU C.P.U.110/220
  77. 77. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 77 Entradas Analógicas As Interfaces de Entrada Analógica , permitem que o PLC possa manipular grandezas analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As grandezas analógicas elétricas tratadas por estes módulos são normalmente tensão e corrente. No caso de tensão as faixas de utilização são : 0 á 10 Vcc, 0 á 5 Vcc, 1 á 5 Vcc, -5 á +5 Vcc, -10 á +10 Vcc ( no caso as interfaces que permitem entradas positivas e negativas são chamadas de Entradas Diferenciais), e no caso de corrente, as faixas utilizadas são : 0 á 20 mA , 4 á 20 mA. Os principais dispositivos utilizados com as entradas analógicas são : - Sensores de pressão manométrica; - Sensores de pressão mecânica ( strain gauges - utilizados em células de carga ); - Taco-geradores para medição rotação de eixos; - Transmissores de temperatura; - Transmissores de umidade relativa; - Etc. Uma informação importante a respeito das entradas analógicas é a sua resolução. Esta é normalmente medida em Bits. Uma entrada analógica com um maior número de bits permite uma melhor representação da grandeza analógica. Por exemplo : Uma placa de entrada analógica de 0 á 10 VCC com uma resolução de 8 bits permite uma sensibilidade de 39,2 mV, enquanto que a mesma faixa em uma entrada de 12 bits permite uma sensibilidade de 2,4 mV e uma de 16 bits permite uma sensibilidade de 0,2 mV. Exemplo de um circuito de entrada analógico : Figura 4.5 – Entrada Analógica C.P.U.ENTRADA
  78. 78. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 78 Módulos Especiais de Entrada Existem módulos especiais de entrada com funções bastante especializadas. Alguns exemplos são : - Módulos Contadores de Fase Única; - Módulos Contadores de Dupla Fase; - Módulos para Encoder Incremental; - Módulos para Encoder Absoluto; - Módulos para Termopares ( Tipo J, K, L , S, etc ); - Módulos para Termoresistências ( PT-100, Ni-100, Cu-25 ,etc); - Módulos para Sensores de Ponte Balanceada do tipo Strain - Gauges; - Módulos para leitura de grandezas elétricas ( KW , KWh , KQ, KQh, cos Fi , I , V , etc). Módulos ou Interfaces de Saída : Os Módulos ou Interfaces de Saída adequam eletricamente os sinais vindos do microprocessador para que possamos atuar nos circuitos controlados . Existem dois tipos básicos de interfaces de saída : as digitais e as analógicas . Saídas Digitais As saídas digitais admitem apenas dois estados : ligado e desligado. Podemos com elas controlar dispositivos do tipo : - Relés ; - Contatores ; - Relés de estado - sólido - Solenóides; - Válvulas ; - Inversores de Frequência; - Etc. As saídas digitais podem ser construídas de três formas básicas : Saída digital à Relé , Saída digital 24 Vcc e Saída digital à Triac. Nos três casos, também é de praxe , prover o circuito de um isolamento galvânico, normalmente opto - acoplado. Exemplo de saída digital à relé : Figura 4.6 – Saída Digital a Relé CPU SAÍDA
  79. 79. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 79 Exemplo de saída digital à transistor : Figura 4.7 – Saída Digital à Transistor Exemplo de saída digital à Triac : Figura 4.8 – Saída Digital à TRIAC Saídas Analógicas Os módulos ou interfaces de saída analógica converte valores numéricos, em sinais de saída em tensão ou corrente. No caso de tensão normalmente 0 à 10 Vcc ou 0 à 5 Vcc, e no caso de corrente de 0 à 20 mA ou 4 à 20 mA. Estes sinais são utilizados para controlar dispositivos atuadores do tipo : - Válvulas proporcionais; - Motores C.C.; - Servo – Motores C.C; - Inversores de Frequência; - Posicionadores rotativos; - Etc. SAÍDACPU SAÍDA C.P.U.
  80. 80. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 80 Exemplo de circuito de saída analógico : Figura 4.9 – Saída Analógica Existem também módulos de saída especiais. Alguns exemplos são : - Módulos P.W.M. para controle de motores C.C.; - Módulos para controle de Servomotores; - Módulos para controle de Motores de Passo ( Step Motor ); - Módulos para I.H.M. ( Interface Homem Máquina ); - Etc. 4.3.3 - Auto-avaliação de Defeitos O PLC é o centro nervoso do sistema, de sorte que, se ocorrer alguma falha no mesmo, poderá causar erro na execução do programa, colocando em risco todo o sistema sob controle. Assim sendo, quando ocorrer alguma falha no sistema do PLC, é muito importante identificar rapidamente a localização do defeito, se é interno ou externo ao PLC. Caso o defeito for interno, verificar se é no hardware ou no software; se não ruídos, etc. Para fazer frente a esses problemas, formam-se diversas providências, como, por exemplo, a elaboração de programa do sistema que permite descobrir facilmente os defeitos, mesmo sendo no próprio sistema do PLC. A função de auto-avaliação de defeitos é muito importante como meio de prevenção de falhas, reduzindo significantemente o tempo inativo (Down time). Através dessa função, o próprio PLC faz a avaliação do defeito que tenha ocorrido no hardware, indicando o local avariado. Dessa forma, descobre-se o local defeituoso, permitindo então uma rápida restauração do sistema. 8 bits
  81. 81. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 81 O exemplo constante da tabela 4.5 refere-se a um modelo de auto-avaliação de defeitos, apresentado normalmente pelos fabricantes. Isto é, no que se refere à unidade de computação, existem: verificador de processamento e computação, que faz executar um programa de processamento modelo e compara o seu resultado com um valor correto existente; o watch dog timer, que faz a verificação quanto ao congestionamento do processamento e computação; e, também, o verificador de programas, que efetua a checagem dos erros de determinação de endereços, erros de sintaxe, erro de estrutura de circuito programado, etc. Na unidade de memória, por exemplo, existe o verificador de paridade que, acessado o conteúdo da memória tipo RAM, verifica se a quantidade de números “1’ existente em cada endereço se encontra permanentemente ordenada em número ímpar (ou par). Quando o sistema utiliza memória tipo ROM. devido às suas características, não se utiliza o método de verificação de paridade e sim o chamado verificador de soma total de memória (Sum check), que soma os dados de cada endereço de memória, gravando o valor total no último endereço, desconsiderando OVERFLOW. Desta forma, quando em operação, pode-se verificar se a comunicação entre a CPU e a unidade de memória tipo ROM está correta, somando-se os dados de cada endereço e comparando a soma total com o valor gravado no último endereço. Para as unidades de entrada/saída, existe o verificador de barramento (bus check), que efetua a verificação da paridade dos barramentos entre a CPU e unidade E/S e também o sistema duplo de verificação (dual system), que, dobrando cada circuito de entrada, faz a comparação de ambos os dados de entrada para a verificação da coincidência (este tipo é utilizado em sistemas onde se exige grande segurança e alta confiabilidade). Na fonte de energia, existem os sistemas de anunciadores de alarme, que informam anormalidades como sobretensão, sobrecorrente, elevação de temperatura e outros.
  82. 82. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 82 4.4 – PROGRAMAÇÃO DE PLC’S 4.4.1 - Considerações sobre programação e métodos de programação a) Considerações sobre programação Quando se deseja efetuar o controle de aparelhos, dispositivos e máquinas através de um PLC, é necessário que o conteúdo de controle seja previamente gravado na unidade de memória do PLC. Assim, o controlador programável executará fielmente o controle das máquinas e dispositivos, conforme a instrução do conteúdo de controle. Por exemplo, mesmo que se deseje gravar uma instrução de controle, como “A lâmpada h deverá acender-se somente quando as botoeiras b0 e b1 estiverem pressionadas ao mesmo tempo”, como o PLC não entende a linguagem humana de uso cotidiano, a gravação terá que ser efetuada com termos compreensíveis pelas máquinas. Assim, denomina-se “programa a frase escrita segundo uma sequência definida, observando rigorosamente uma determinada regra com os termos que podem ser compreendidos pelas máquinas, e “programação”, a elaboração desse programa e a subsequente gravação do mesmo na memória. b) Métodos de programação Na comunicação entre homens existe o português, o inglês, e assim por diante. Do mesmo modo, para a comunicação com PC’s, existem diversos tipos de linguagem de acordo com o fabricante e o modelo do equipamento. Em geral, os usuários dos PLCs são pessoas treinadas para a utilização de máquinas e equipamentos, manipulação de circuitos elétricos, etc. Assim, foram idealizadas diversas linguagens de programação para que fossem acessíveis para essas pessoas. Classificando essas linguagens, tem-se : método de diagrama de circuitos, que consiste em transformar diagrama de circuito elétrico em linguagem de programação; método de diagrama funcional, no qual programam-se os movimentos ou operação da máquina ao PLC. Figura 4.10 – Métodos de programação
  83. 83. ___________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 83 No caso de método de diagrama de circuito, elabora-se primeiramente o diagrama através dos recursos de circuitos a relés ou símbolos lógicos, para posteriormente transformar em programas. Trata-se de um método bastante eficaz para técnicos da área elétrica treinados em circuitos sequenciais. No que concerne ao método de transformação, existem três, a saber: - Diagrama “Ladder’ (ladder symbol circuit); - Diagrama de portas lógicas; - Diagrama de lista de instruções. Na utilização do método de diagrama ladder, é necessário o display para indicação do desenho. Devido às facilidades que o método oferece em termos de desenhar e indicar diretamente os circuitos de relés, ultimamente o presente método está sendo o mais utilizado em termos de métodos de programação. Por outro lado, no caso do método de diagrama funcional, trata-se de método no qual transfere-se o movimento ou operação do objeto de controle para um fluxograma (flow chart), introduzindo diretamente no PLC, sem necessidade de elaborar o diagrama de circuito sequencial. Assim, trata-se de um método eficaz para as pessoas habituadas a lidar com programação de computadores inclusive técnicos da área de mecânica e afins. Esse método também é classificado em outros dois, a saber: método de fluxograma e método sequencial (passo a passo). 1) Método de diagrama de circuito A seguir, será efetuada uma explanação sobre diversos exemplos de programação sobre um circuito a relés do mais simples, como no caso de um circuito de retenção. Figura 4.11 – Exemplo de programa elaborado segundo o método de diagrama de circuito

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