Mecatronica atual 60

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Magazine Mecatronic

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Mecatronica atual 60

  1. 1. 3Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual Editora Saber Ltda Diretor Hélio Fittipaldi Associada da: Associação Nacional das Editoras de Publicações Técnicas, Dirigidas e Especializadas Atendimento ao Leitor: atendimento@mecatronicaatual.com.br Os artigos assinados são de exclusiva responsabilidade de seus autores. É vedada a reprodução total ou parcial dos textos e ilustrações desta Revista, bem como a industrialização e/ou comercialização dos aparelhos ou ideias oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanções legais. As consultas técnicas referentes aos artigos da Revista deverão ser feitas exclusivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Técnico). São tomados todos os cuidados razoáveis na preparação do conteúdo desta Revista, mas não assumimos a responsabilidade legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampouco assumimos a responsabilidade por danos resultantes de imperícia do montador. Caso haja enganos em texto ou desenho, será publicada errata na primeira oportunidade. Preços e dados publicados em anúncios são por nós aceitos de boa fé, como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade por alterações nos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o fechamento. Editor e Diretor Responsável Hélio Fittipaldi Revisão Técnica Eutíquio Lopez Redação Rafaela Turiani Publicidade Caroline Ferreira Designer Diego Moreno Gomes Colaboradores César Cassiolato, Denis Fernando Ramos, Edicley Vander Machado, Edson Martinho, Eduardo Ferro, Francisco José Grandinetti, Guilherme Kenji Yamamoto, José Rui Camargo, Luis Antonio Tolielo Ferracini, Renan Airosa machado de Azevedo, Valesca Alves Correa www.mecatronicaatual.com.br Mecatrônica Atual é uma publicação da Editora Saber Ltda, ISSN 1676-0972. Redação, administração, publicidade e correspondência: Rua Jacinto José de Araújo, 315, Tatuapé, CEP 03087-020, São Paulo, SP, tel./fax (11) 2095-5333 ASSINATURAS www.mecatronicaatual.com.br fone: (11) 2095-5335 / fax: (11) 2098-3366 atendimento das 8:30 às 17:30h Edições anteriores (mediante disponibilidade de estoque), solicite pelo site ou pelo tel. 2095-5330, ao preço da última edição em banca. PARA ANUNCIAR: (11) 2095-5339 publicidade@editorasaber.com.br Capa Cummings / Divulgação Impressão EGB Gráfica Distribuição Brasil: DINAP Portugal: Logista Portugal tel.: 121-9267 800 Submissões de Artigos Artigos de nossos leitores, parceiros e especialistas do setor, serão bem-vindos em nossa revista. Vamos analisar cada apresentação e determinar a sua aptidão para a publicação na Revista Mecatrônica Atual. Iremos trabalhar com afinco em cada etapa do processo de submissão para assegurar um fluxo de trabalho flexível e a melhor apresentação dos artigos aceitos em versão impressa e online. A proteção à vida humana e aos seres vivos é o primeiro item a ser considerado quando uma norma brasileira, ou de qualquer outra origem, é elaborada pelos institutos credenciados para isso. Se é tão importante preservar a vida humana ou animal, por que se leva tão pouca consideração pela fiscalização e os demais órgãos estatais que têm como objetivo zelar pela implantação dessas políticas, tão básicas!? Sabemos que não há recursos, nem financeiros nem de pessoal, para uma fiscalização eficaz em todo o terri- tório nacional, assim entendemos que a solução para este impasse seria mais facilmente atingível se buscássemos uma educação em massa da população. Isto também é um sonho que perseguimos há anos e sempre que possível nos colocamos em favor dessa causa. Recentemente, tomei conhecimento do trabalho do engenheiro Edson Martinho que está à frente da ABRACOPEL - Associação Brasileira de Conscientização para os Perigos da Eletricidade e, assim, solicitei que ele escrevesse um artigo (que é o nosso principal de capa) e os leitores entenderão a importância de abraçarem conosco essa causa, pois segundo consta, 300 vidas são perdidas por ano no Brasil devido à exposição perigosa à eletricidade. O desconhecimento dos riscos, o descaso em seguir as normas, ou mesmo a falta de manutenção em estruturas expostas, e o descuido ocasionam muitos desses acidentes que, às vezes, não são nem registrados pelos órgãos competentes e o número de acidentados pode chegar até a mais de 1500 casos por ano. Esperamos que os nossos leitores se preocupem com isto e que cada um seja um ativista nesta área, ajudando o próximo: seja numa fábrica, em casa, na rua, numa casa de espetáculos e principalmente nas escolas, passando os ensinamentos indispensáveis. Hélio Fittipaldi O valor de uma vida Hélio Fittipaldi
  2. 2. 38 28 20 4 índice Editorial Eventos Notícias: Estagiários daVolkswagen desenvolvem no Paraná veículo elétrico para transporte de peças ........................................08 EPLAN FieldsSys:Traçados de cabos otimizados desde o painel de controle até o campo ..........................................09 NovaempresadeSoftwareparaIndústriaseinstalanoBrasil.........10 Proline Promoss 200. Medidor Coriolis 2 fios com Profibus PA: Facilidade de integração e precisão de vazão mássica ...................10 Nanotech do Brasil investe 20% no desenvolvimento de tecnologias sustentáveis ...............................................................11 Purificação eficiente do ar de exaustão em processo de secagem e pintura ....................................................12 Interruptores de emergência acionados por cabos robustos para aplicações mais exigentes .........................................................12 NovosisoladoresExiparasensoresdevibração.............................13 SKFapresentarolamentoslinearesdeesferarecirculantes...........14 03 06 Índice de Anunciantes: Feimafe 2013 ........................ 05 MDA 2013 ............................ 07 Patola .................................. 09 Metaltex ................................ 11 Mouser ....................... Capa 02 Nova Saber ................ Capa 03 Invensys ...................... Capa 04 38 15 28 20 44 32 48 Proteção nas Instalações Elétricas Características do Protocolo Profibus e sua utilização em Áreas Classificadas Profisafe - O Perfil de Segurança do Profibus Redes Industriais para Sensores e Atuadores Saiba porque utilizar uma Controladora Embarcada em seu projeto Identificação Automática e Captura de Dados Aplicadas em um Sistema Automático de Manufatura O que é um Sistema Operacional de Tempo Real (RTOS)?
  3. 3. curso literatura Este livro, composto de seis capítulos e dois apêndices, descreve de maneira dinâmica e didática os conhecimentos fundamentais relativos ao acionamento de máquinas elétricas. Aborda motores elétricos de indução monofásicos, trifásicos e síncronos, assim como conceitos relativos à potência e ao fator de potência. Detalha de maneira clara e técnica os dispositivos utilizados em acionamentos elétricos, contatores, fusíveis, disjuntores, relés de sobrecarga, inversores de frequência e soft- -starters, com análise e projeto de chaves de partida e circuitos de comando. Ao final de cada capítulo há um conjunto de exercícios para facilitar a fixação do conteúdo. Os apêndices apresentam os principais diagramas elétricos utilizados na prática e a descrição da simbologia adotada por normas técnicas nacionais e inter- nacionais. Destinado a técnicos, tecnólogos e engenheiros que atuam nas áreas de automação, mecatrônica e eletrotécnica e também aos profissionais que precisam manter-se atualizados. Acionamentos Elétricos – 4ª Edição Autor: Claiton Moro Franchi ISBN: 978-85-365-01449-9 Preço: R$ 79,90 Onde comprar: www.novasaber.com.br Fevereiro Lean Administration Game: “Vivencie melhorias surpreendentes de processos” Organizador: Festo Data: 28 - 01 Horário: 08h30 às 17h30 Duração: 2 dias / 16 horas Investimento: R$ 740,00 por participante (Estado de São Paulo) / R$ 770,00 por participante (Demais Estados) Local: Rua Giuseppe Crespi, 76 Jd. Santa Emília – São Paulo – SP www.festo-didactic.com/br-pt Março Automação Hidráulica Organizador: Festo Data: 11-13 Duração: 20 horas Investimento: R$ 990,00 por participante (Estado de São Paulo) / R$ 1.030,00 por participante (Demais Estados) Local: Rua Giuseppe Crespi, 76 Jd. Santa Emília – São Paulo – SP www.festo-didactic.com/br-pt Comandos Elétricos em Sistemas Hidráulicos Organizador: Festo Data: 25-27 Duração: 20 horas Investimento: R$ 990,00 por participante (Estado de São Paulo) / R$ 1.030,00 por participante (Demais Estados) Local: Rua Giuseppe Crespi, 76 Jd. Santa Emília – São Paulo – SP www.festo-didactic.com/br-pt Comandos Elétricos em Sistemas Pneumáticos Organizador: Festo Data: 11 – 15 Horário: 18h00 às 22h00 Duração: 20 horas Investimento: R$ 990,00 por participante (Estado de São Paulo) / R$ 1030,00 por participante (Demais Estados) Local: Rua Giuseppe Crespi, 76 Jd. Santa Emília – São Paulo – SP www.festo-didactic.com/br-pt Automação Pneumática de Sistemas deTratamento de Água e Efluentes Organizador: Festo Data: 18 – 22 Horário: 18h00 às 22h00 Duração: 20 horas Investimento: R$ 860,00 por participante (Estado de São Paulo) / R$ 900,00 por participante (Demais Estados) Local: Rua Giuseppe Crespi, 76 Jd. Santa Emília – São Paulo – SP www.festo-didactic.com/br-pt Informações sobre inscrição FESTO Após escolher o curso e a data, preencha a Ficha de Inscrição que se encontra em no site da festo e envie por e-mail ou fax (11) 5013-1613 para fazer sua reserva. Na semana anterior à data desejada, a equipe de cursos da Festo entrará em contato com você, via e-mail ou telefone, para confirmar a sua participação. Tel: (11) 5013-1616 treinamento@br.festo.com
  4. 4. 8 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 //notícias Estagiários da Volkswagen desenvolvem, no Paraná, veículo elétrico para transporte de peças Os veículos, conhecidos como AGVs, são robôs utilizados para o abastecimento automático de peças na linha de produção. São rápidos, eficientes e baratos. Incentivados a desenvolver novos projetos e bus- car soluções inovadoras, um grupo de estagiários da Volkswagen do Brasil, em São José dos Pinhais (PR), desenvolveu um novo conceito de veículo autoguiado AGV (Automatic Guided Vehicle), mais sustentável, eficien- te e de baixo custo, com uso da tecnologia interna da empresa e de peças nacionais. O robô AGV é utilizado para transporte e abastecimento de peças dentro da fábrica em um caminho pré-definido, sem necessidade de operador, como ferramenta de flexibilidade logística. O modelo foi aprimorado pelos jovens como um exercício de aprendizagem, criado com o apoio e a orientação dos engenheiros e técnicos da Volkswagen. O veículo tem ajuste de velocidade,é 10% mais rápido que os existentes no mercado, possui maior força de tração (transporta até uma tonelada), e pode ser guiado apenas por uma marcação de tinta sobre o piso, em vez de um trilho metalizado que demanda obras para ser instalado.Enquanto no equipamento tradicional,as baterias têm vida útil de 80 ciclos, no novo conceito doAGV,graças ao sistema de monitoramento de carga, as baterias apresentam um aumento de vida útil para 200 ciclos, o que reduz os custos. Outra vantagem é o monitoramento das baterias à distância por meio de mensagens enviadas pelo sistema eletrônico do AGV para os computadores ou celulares cadastrados, evitan- do paradas. Além disso, o modelo custa cerca de 70% menos que os similares no mercado e apresenta o mesmo padrão de qualidade dos veículos utilizados pela empresa, bem como a mesma segurança, pois, com o sensor de presença, o modelo também faz parada automática diante de qualquer obstáculo. O AGV com o novo conceito foi desenvolvido durante o projeto aplicativo do Programa de Estágio da Volkswagen do Brasil, que oferece aos jovens a oportunidade de aplicarem os conhecimentos acadêmicos adquiridos em situações reais. O grupo de trabalho teve que elaborar em 2011 um estudo logístico e financeiro, o projeto elétrico e mecânico do veículo e realizar diversos testes para validação das funções e da con- fiabilidade do robô-protótipo, em escala menor. “O projeto é relevante para o mercado automobilístico por propor maior eficiência no abastecimento logístico de forma inovadora e com custo de implementação e manutenção até 70% menor. A proposta se encaixa nos objetivos do planeja- mento estratégico da empresa e reflete a qualidade, solidez e eficácia do nosso programa de estágio”, afirma o gerente de Logística da unidade, Sidnei Eich. Por apresentar inovação, criatividade, originalidade, impacto e viabilidade, o AGV obteve o 1º lugar no Programa de Reco- nhecimento de Estagiários da Volkswagen do Brasil no ano passado. Em 2012, após os resultados e a comprovação de que era possível a construção do veículo elétrico, os estudantes iniciaram a criação do robô AGV em escala real utilizando os novos conceitos. Para a gerente de Recursos Humanos da unidade, Luciana Partel, ao realizarem o projeto aplicativo, estes jovens assumem um compromisso de apresentar estudos relevantes para as áreas e, em contrapartida, a Volkswagen investe na capacita- ção destes profissionais formando futuros líderes. “Durante o programa de estágio, eles realizam cursos de gestão de projeto e de comunicação, recebem indicações de leituras, elaboram apresentações aos executivos da empresa, além de vivenciarem na prática todo o conhecimento visto em teoria na sala de aula”, observa. AGV criado pelos jovens faz o abastecimento automático de peças na linha de produção.
  5. 5. 9Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual //notícias EPLAN FieldSys: Traçados de cabos otimizados desde o painel de controle até o campo Módulo que permite a aplicação de rotas de cabeamento, configuradas de acordo com a escala. Esta abrangente ferramenta de projeto incluiroteamento,gestãogerenciadaporbanco de dados, bem como a análise automática de dados para acelerar os processos, simplificar as montagens e manutenção e assegurar um traçado eficiente. O EPLAN FieldSys é um módulo adicional de cablagem de campo, que estará disponível com a nova Plataforma EPLAN 2.2. O sistema FieldSys baseia-se num esquema 2D de uma máquina/instalação que pode ser importado para o EPLAN nos formatos DWG ou DXF,por exemplo. Dentro da Plataforma EPLAN,o configurador do sistema pode adicionar uma rede de percursos à escala para este esquema e mostrar as possíveis disposições de percursos de cabos. Isto significa que as ligações entre o controla- dor e os componentes de campo podem ser traçadas de forma eficiente e documentadas permanentemente. A fase seguinte envolve a localização dos componentes automatizados e dispositivos de campo registrados nos diagramas de cablagem no esquema. Relatórios abrangentes incluídos Com base nas ligações entre os dispositivos definidos no diagrama de cablagem elétrica, o EPLAN efetua o roteamento de todas as ligações de cabos dentro da rede definida. As regras de roteamento individual facilitam o planejamento dos percursos dos cabos através da rede. O comprimento dos cabos também é calculado, assim como quaisquer acessórios necessários para a ligação dos dispositivos. Com base na informação de roteamento, ele gera, ao toque de um botão, relatórios abrangentes sobre os cabos. Estes relatórios são de extrema importância para a montagem. O cálculo do comprimento do cabo necessário para cada tipo de cabo e ligação, incluindo a informação de origem e destino, garantirá resultados precisos. Também existem relatórios que mostram o percurso exato para cada cabo, o que é muito útil durante o processo de instalação. A partir da origem, o responsável pela montagem pode seguir a documen- tação passo a passo até ao destino, encontrando assim rapidamente o percurso ideal e definido para os cabos. O novo EPLAN FieldSys permite configurar com precisão a escala das rotas do cabo entre o controlador e os componentes de campo.
  6. 6. 10 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 //notícias Nova empresa de Software para Indústria se instala no Brasil Com sua sede na Alemanha, a Synatec Brasil - Sistema de Qualidade e Rastreabilidade para Indústria, foi fundada no Brasil em 28 de Agosto de 2012, e tem seu escritório no eixo Rio – São Paulo, em Taubaté. Com o objetivo de prospectar clientes no Brasil, atualmente a Synatec GmbH possui grandes clientes na Europa, Ásia e América do Norte, como Volkswagem, Mercedes-Benz, Porsche, Ford, Caterpillar, Audi, entre outros. Com mais de 3.000 estações de trabalho já implantadas na Indústria Automobilística para Controle e Rastrealibilidade de Torque, a Synatec fabrica a própria IHM. Seu software modular permite a integração de diversas funções Poka Yoke como controle de parafusamento, guia do usuário, pick to light, controle por câmera, controle de produto, scanner, controle de líquidos, entre outros, além de possibilitar que o próprio usuário configure todo o processo sem necessidade de inter- venção do fabricante. A IHM de última geração trabalha sem cooler, com tela em cristal, em LED, muito mais compacta e com economia de energia. Para mais informações,entre no site www.synatec.com.br. Proline Promass 200 Medidor Coriolis 2 Fios com Profibus PA: facili- dade de integração e precisão de vazão mássica Depois de introduzir no mercado medidores de vazão Coriolis 2-fios 4-20mA Hart com o Proline Promass 200, a Endress+Hauser (www.br.endress.com) está expandindo essa linha de produto para redes Profibus PA.Agora é pos- sível que o próprio loop de uma rede Profibus PA seja capaz de alimentar o medidor Coriolis, sem a necessidade de uma alimentação externa e sem nenhum comprometimento para a medição de vazão ou densidade. O Proline Promass 200 está disponível para os sensores Promass E e Promass F (DN8 a 50,3/8” a 2“),garantindo pre- cisão de até 0,1% na medição de vazão mássica e volumétrica. O Promass 200 mede simultaneamente vazão mássica,va- zão volumétrica,densidade e temperatura.A ampla variedade de conexões de processo (flanges, clamps, couplings, roscas e adaptadores) garantem que o Promass 200 se encaixa em qualquer tubo. Atrativo conceito dois fios A tecnologia 2-fios já é padrão em algumas indústrias, como Química & Petroquímica e Óleo & Gás,e revolucionou diversas tecnologias de medição disponíveis. O Promass 200 é o primeiro medidor de vazão Coriolis com tecnologia 2-fios (4...20mA e Profibus). Isso permite uma integração direta e sem barreiras à infraestrutura existente e sistemas de controle. Vantagens adicionais são: reduções de custos de instalação e cabeamento,alta segurança operacional em áreas classificadas graças ao design total e intrinsecamente seguro (Ex: ia), e um procedimento de instalação já bem conhecido. Eficiência através da uniformidade Como um inovador dispositivo de medição 2-fios, o Pro- mass 200 é baseado em um conceito uniforme de construção e operação.Visando a maior facilidade de operação e menor complexidade entre seus equipamentos, a Endress+Hauser padronizou a interface entre seus medidores 2-fios de nível e vazão. Isso vai além do mesmo menu de operação e engloba até peças comuns entre os diferentes princípios de medição, reduzindo esforços na configuração do equipamento e custos com gerenciamento de sobressalentes. HistoROM™ – Gerenciamento inteligente de dados HistoROM é parte de um sistema inteligente de gerencia- mento de dados que aumenta significativamente a disponibilida- de da planta e torna possível substituir componentes de forma rápida e fácil sem perda de dados.Todos os dados do equipa- mento e configuração são automaticamente salvos em uma memória não volátil no módulo HistoROM, que está fixado no alojamento.Além disso,dados podem ser transferidos para outro ponto de medição sem qualquer esforço extra,usando o módulo display.Assim os usuários têm diversos benefícios desse conceito de gerenciamento de dados ao mesmo tempo. Promass 200 para aplicações básicas - precisão de 0,25%
  7. 7. 11Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual //notícias Nanotech do Brasil investe 20% no desenvolvimento de tecnologias sustentáveis A empresa tem em seu DNA a preocupação ambiental e faz investimento em P&D acima da média do mercado para manter a eficiência de seus produtos tecnologias, trabalhamos com os clientes para a customização de acordo com a necessidade do momento”, explica o diretor José Faria. Os produtos em formato de tinta não agridem o meio ambiente em sua composição e, no caso do revestimento térmico, diminui o uso de ar condicionado contribuindo para a redução significa- tiva do consumo de energia. Para garantir esse desempenho, a empresa investe em constantes análises feitas em laboratórios nacionais e internacionais. O investimento em P&D já levou à produção de importantes tecnologias, como o isolante térmico para trens e metrôs (que torna o transporte mais fresco para os passageiros); a tecnologia usada em coberturas de galpões de empresas do agronegócio, que garante a qualidade dos grãos; produto aplicado em carros fortes, que torna a temperatura adequada para os funcionários; redução de calor em refinarias de petróleo, usinas de açúcar, entre outras, e o isolante acústico em formato de tinta que, com apenas 2,5 mm de espessura, substitui 50 mm de isolantes convencionais. “Além da garantia de que estamos oferecendo o melhor produ- to para o mercado, o investimento em pesquisa e desenvolvimento é visto de forma muito positiva por investidores e torna a empresa mais competitiva”, afirma Faria. O mercado de construções sustentáveis tem avançado no país. Hoje, o Brasil já é o 4º no ranking mundial de cons- truções verdes, segundo o Green Building Council Brasil. Para que esse movimento cresça ainda mais, é necessário o engajamento do setor de materiais e tecnologias para a construção civil. A Nanotech do Brasil, indústria de tecnologias em reves- timento térmico e acústico, nasceu com essa preocupação. Para isso investe 20% do seu faturamento em pesquisa e desenvolvimento de produtos para atender esse mercado. “O setor de construções sustentáveis é muito dinâmico, por isso, investimos constantemente no desenvolvimento e aprimoramento dos nossos produtos para o surgimento de novas versões e derivações. Além disso, a partir de nossas
  8. 8. 12 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 //notícias Purificação eficiente do Ar de Exaustão em processos de Secagem e Pintura A Dürr - Sistemas de Energia e Meio Ambiente otimiza a purificação do ar de exaustão para a indústria automotiva e a coordena com o processo de secagem e pintura Interruptores de emergência acionados por cabos robustos para aplicações mais exigentes A pintura e secagem de carrocerias de automóveis produzem poluentes gasosos que, dependendo do sistema de pintura e requisitos legais, devem ser removidos do ar. Para a purificação de fluxos de ar de exaustão de secadores,os incineradores recuperativos como,por exemplo,o EcoPureTAR da Dürr,são os mais adequados porque a energia do calor con- tida no gás limpo pode ser reutilizada no processo de secagem. O oxidador recuperativo EcoPureTAR é utilizado também na purificação do ar de exaustão de cabines de pulverização de tinta, uma vez que,principalmente no processo de pintura,um grande volume de fluxo de ar de exaustão é produzido,o qual tem,porém, baixas cargas de poluentes.O volume do ar de exaustão é forte- mente reduzido para o processo térmico de limpeza posterior. O aumento resultante da concentração de poluentes possibilita uma visível redução de consumo de gás,já que a energia constante nos poluentes também é utilizada na oxidação. Interruptores de emergência acionados por cabo ZS 91, da Steute. Como em todos os processos térmicos, o ar de exaustão é aquecido no EcoPure TAR o suficiente para oxidar os hidro- carbonetos, produzindo vapor de água e dióxido de carbono. O ar poluído é inicialmente pré-aquecido no trocador de calor integrado (recuperativo) através de ar quente.Isso já permite que grande parte do calor de combustão seja recuperada.Quando o ar entra na câmara de combustão, o queimador aquece-o ainda mais e inicia a oxidação dos poluentes,que é completada depois de passar pela câmara de combustão. A temperatura de saída do ar de exaustão purificado pode ser controlada independentemente da temperatura da câmara de combustão. Através do ponto de funcionamento variável do sistema, a temperatura inicial do TAR pode ser diminuída, por exemplo,em pausas de produção para economizar energia. O EcoPure TAR economiza significativamente energia de combustível e custos operacionais, leva a melhores níveis de emissão e alcança,através de baixas temperaturas na câmara de combustão, uma vida útil mais longa para o sistema. Este sistema não só reduz o consumo de energia da planta de pintura em até 30%,mas também oferece vantagens na purifica- ção do ar de exaustão,pois o ar de exaustão do EcoDryScrubber é altamente concentrado e eficientemente filtrado. Com isso o sistema Ecopure KPR de concentração de COV e o EcoPure KPR, adicionalmente instalado,que são empregados para a purificação do ar de exaustão, podem possuir um design muito compacto. temas de transporte de forma segura como, por exemplo, na indústria de mineração ou em fábricas de reciclagem. Além dos diferentes sistemas de comutação com até 6 con- tatos, as variantes da série também incluem o interruptor de fim de curso de elevada resistência ES 91 DL e o interruptor de alinhamento de correias ZS 91 SR.Este último vem equipado com uma alavanca ajustável,com capacidade para medir o alinhamento correto das correias de um transportador.Se a correia não fun- cionar numa posição central,será desligada ou será transmitido um sinal de aviso para a sala de controle. Desta forma, podem evitar-se períodos de inatividade prolongados, resultantes de uma correia totalmente carregada ou alinhada de forma errada. Com o novo ZS 91, a Steute está expandindo a sua gama de interruptores de emergência acionados por cabo para incluir uma série especialmente desenvolvida para aplicações mais exigentes. O seu invólucro é feito de plástico reforçado com fibra de vidro e consegue suportar níveis muito elevados de desgaste mecânico. A alavanca de liberação facilita o seu manuseio e a sua construção melhorada, em conjunto com a mais recente tecnologia de fabricação, permite a aplicação de classes de proteção até a IP 67. O sistema de comutação possibilita uma integração padroni- zada simples do interruptor de emergência acionado por cabo em circuitos de segurança.O comprimento do cabo pode atingir 2 x 50 m, o que significa que até áreas perigosas mais extensas podem ser equipadas com uma função de parada de emergência rápida e acessível.As funções de segurança adicionais incluem a monitoração integrada do próprio acionamento por cabo,assim como de possíveis rupturas no cabo.Para se visualizar um sinal de parada de emergência, é possível utilizar uma lâmpada de aviso opcional ou uma alavanca indicadora amarela. O ZS 91 encontra-se em conformidade com a DIN EN 60947-5-5. O interruptor pode ser utilizado para desligar sis-
  9. 9. 13Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual //notícias Novos isoladores Ex i para sensores de vibração A detecção segura de vibração em áreas pe- rigosas aumenta a disponibilidade da fábrica excelente relação sinal - ruído assegura uma transmissão de sinais de elevada precisão. Como todos os isoladores ISpac, os módulos estão dis- poníveis como unidades únicas num trilho DIN, com uma alimentação elétrica comum e mensagem de erro coletivo através do acessível pac-Bus, ou em transportadores PAC. Estes transportadores permitem a pré- cablagem das fábri- cas, facilitando, assim, a montagem final ou a readaptação numa data posterior, e assegurando uma instalação sem erros dos isoladores. A detecção de vibrações problemáticas é virtualmente indispensável na monitoração de estados de fábricas de processamento com peças rotativas. Ao diagnosticar um perigo muito antes da ocorrência da falha, é possível pre- venir encerramentos dispendiosos de fábricas. Geralmente, a detecção de vibração é bem-sucedida significativamente antes da temperatura, velocidade ou medição acústica. A monitoração de estado completa para máquinas também inclui sensores de temperatura, sinais discretos e sinais de 4...20 mA. A gama ISpac de isoladores da R. STAHL oferece aos usuários soluções para todas as combinações possíveis de sinais. Com o lançamento da nova Série 9147, a R. STAHL ampliou a sua família ISpac de isoladores Ex i e acrescen- tou funções importantes: as unidades de alimentação do transmissor permitem a utilização de sensores de vibração em áreas perigosas. Estes sensores de monitoração de estados de fábricas e máquinas permitem aos usuários detectarem quaisquer danos numa fase primária. A maior parte dos sensores de vibração é desenvolvida com uma classe de proteção de segurança intrínseca (Ex i) e exige a utilização de isoladores. As novas unidades de alimentação de tipo 9147 suportam uma variedade bastante vasta destes sensores e transmis- sores. Um interruptor rotativo facilmente acessível permite uma configuração rápida e simples. Com uma versão de um ou dois canais, a R. STAHL oferece aos clientes opções versáteis: a versão de dois canais permite aos usuários pouparem 50% de espaço no armário de distribuição, reduzindo, assim, os custos indiretos de instalação. Uma Incinerador recuperativo EcoPure, da Dürr.
  10. 10. www.mecatronicaatual.com.br Veja no Portal: www.mecatronicaatual.com.br 14 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 //notícias Manutenção e Calibração de Medidores de Vazão A medição de vazão é crítica para o seu processo industrial? Uma indicação errônea implica em perdas e qualidade do produto final? Como saberemos se o medidor precisa de manutenção? Estas e outras perguntas serão respondidas de forma clara e objetiva para facilitar nas rotinas operacionais e tomadas de decisões de engenheiros e técnicos de instrumentação e qualidade. Esta matéria publicada na edição nº59 esta aberta para todos gratuitamente na página www. mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/1079 Sensor Hall A tecnologia dos Posicionadores Inteligentes Comentaremos, neste artigo, uma interessante aplicação da Física no desenvolvimento de Posicionadores Inteligentes de Válvulas, base- ados no Sensor Hall que agregará vários recursos de performance e diagnósticos. Os sensores são dispositivos essenciais para a automação de um modo geral e o leitor poderá ver esta matéria gratuitamente em nosso portal no endereço www.mecatronicaatual.com.br/ secoes/leitura/1035 SKF apresenta rolamentos lineares de esferas recirculantes A SKF está trazendo para o mercado brasileiro os rolamen- tos lineares de esferas recirculantes. Essa linha oferece muitas vantagens e já é considerada uma referência entre os usuários de sistemas lineares. Os rolamentos lineares de esferas recirculantes da SKF, suas caixas de mancal, unidades e acessórios são componentes mecânicos que podem ser utilizados para montar sistemas de movimentação linear simples e econômicos para uma grande variedade de aplicações. Recursos do produto: • Intercambialidade de acordo com as normas DIN ISO 1 e ISO 3; • Pré-lubrificação de fábrica; • Alta capacidade de carga; • Excelente solução de vedação; • Sem efeito stick-slip; • Nível baixo de ruído; • Disponível em materiais resistentes à corrosão; • Compensação por desalinhamento do eixo. Benefícios para o usuário: • Maior tempo de funcionamento e produtividade; • Redução dos custos de manutenção e operação; • Alta repetição de processos de produção; • Redução de ruído. Aplicações comuns: • Automação industrial; • Sistemas de manuseio automático; • Máquinas para indústria alimentícia; • Máquinas de corte de madeira; • Centros de usinagem; • Máquinas de embalagem. Para ter soluções eficientes e econômicas, a companhia investe constantemente em inovações tecnológicas com qua- lidade: uma dessas inovações é a utilização de bucha plástica no lugar de rolamentos que eram completamente metálicos. A SKF substituiu a bucha metálica por uma bucha plástica com pista metálica, mantendo a capacidade de carga e melhorando a vida útil dos rolamentos lineares. Os rolamentos lineares de esferas recirculantes da SKF fazem parte de uma plataforma de produtos e serviços em mecatrô- nica oferecidos no Brasil.A divisão, recém-inaugurada no País, pretende faturar em torno de R$ 10 milhões a partir de 2015. Por meio da mecatrônica, é possível melhorar a produtividade, desempenho e eficiência de máquinas e equipamentos industriais. A SKF está presente em setores tão importantes,como os de máquinas-ferramenta,alimentos e bebidas,automotivo,agrícola e petroquímico.“Atuamos no mundo com cera de 500 engenheiros altamente capacitados em mecatrônica.É uma equipe qualificada e especializada em soluções de engenharia avançada.Essa tecno- logia está sendo transferida agora para o Brasil”, explica Paola Jimenez, gerente de Produtos em Mecatrônica. Rolamento linear de esferas recirculantes.
  11. 11. 15Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual energia saiba mais Automação da Subestação da Usina Termelétrica de Linhares (ES) Mecatrônica Atual 52 Raio de Curvatura Mínimo e Instalações PROFIBUS Mecatrônica Atual 47 Regulação de tensão em sistemas na distribuição de energia elétrica Mecatrônica Atual 40 Gerenciamento de energia elétrica para redução de demanda Mecatrônica Atual 33 F Um levantamento realizado pela ABRACOPEL – Asso- ciação Brasileira de Conscientização para os Perigos da Eletricidade, com base em notícias divulgadas na internet, mostra que cerca de 300 vidas são ceifadas anualmente no Brasil por descuido, descaso ou desco- nhecimento dos riscos da eletricidade. Acredita-se que os números reais são pelo menos 5 vezes maiores que este, portanto estimamos que cerca de 1500 pessoas perdem suas vidas anualmente devido a eletricidade. Proteção nas instalações elétricas Eng. Edson Martinho alar de proteção é muito complexo, pois proteção só é percebida quando há um risco. No nosso caso, o risco existe e é conhecido emfunçãodasinúmeraspessoasquemorrem ou são vítimas de acidentes cuja origem é a eletricidade. É desta proteção que estamos falando. Proteção quanto aos riscos da eletricidade. O princípio de tudo na proteção é a definição das regras a serem seguidas. Isto significa ter parâmetros para se basear quando for executar um serviço ou adquirir um produto. A segunda etapa é a conscien- tização do usuário, ou seja, para que exista segurança ele deve seguir estes parâmetros. Dividindo cada uma das etapas, vamos ver como anda o Brasil. Regras e Normas As regras são estabelecidas por leis, regulamentos e normas, e neste quesito o Brasil está bem preparado, pois possui um conjunto invejável de normas, leis e regulamentos que estão se atualizando cons- tantemente. Dentro deste contexto, no item instalações elétricas, temos como exemplo a ABNT NBR14039 – Instalações Elétricas de Média Tensão, a ABNT NBR5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão e a NR10 – Regulamentação de Serviços com Eletricidade. Estes são exemplos de algumas normas e regulamentos que definem as regras mínimas de segurança e qualidade. Somente para ser ter uma ideia, a ABNT NBR5410/2004, que será objeto de nossos artigos, traz no seu objetivo o seguinte texto: “Esta norma estabelece as condições a que devem satisfazer as instalações elétricas de baixa tensão, a fim de garantir a segurança de pessoas e animais ao funcionamento adequado da instalação e à conservação dos bens”. Isto já diz tudo! Portanto, para garantir a segurança de uma instalação elétrica de baixa tensão, devemos seguir as premissas da ABNT NBR5410. Vencida a primeira etapa, a de definir regras, vamos à segunda, que na minha ótica é o ponto falho do Brasil: “A CONS- CIENTIZAÇÃO”. Conscientização De nada adianta definir regras se a população não as segue. Um exemplo do cotidiano: não adianta ter uma lei que não permite o uso de drogas, se a população não se conscientiza que não se deve usar as drogas. Não adianta ter uma lei que obrigue os ocupantes de um veículo a usar o cinto
  12. 12. 16 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 energia de segurança para minimizar os possíveis acidentes, se eles acreditam que o cinto de segurança não ajuda em nada. Dentro de todos estes cenários, existem apenas duas maneiras de solucionar o pro- blema: ou se faz uma campanha maciça de conscientização, o que acontece no caso do uso de drogas, ou se faz uma fiscalização que aplique multas, como é o exemplo do cinto de segurança. Mas, vamos focar no assunto proteção, sobretudo o da proteção nas instalações elétricas de baixa tensão. A primeira pro- vidência a ser tomada é utilizar a norma ABNT NBR5410/2004 (versão em vigor) como livro de cabeceira para projetistas, instaladores, reparadores e fiscalizadores, ou seja, todo o serviço que for realizado por estes profissionais, no âmbito de instalação elétrica de baixa tensão, deve estar de acordo com os itens da ABNT NBR5410/2004. Entretanto, como fica o contratante que opta por realizar o “serviço” sozinho, elimi- nando dispositivos de segurança, ou pior, contratandoum“ZéFaísca”,parabaratearos custos? Esteprecisase conscientizarqueestá errado,sejapormudançadoseupensamento ou por aplicação de sanções previstas na lei. Certificação da Instalação Elétrica Outro ponto muito discutido no meio das instalações elétricas é a sua certificação. Este projeto se encontra há anos tramitando entreCongresso,Câmara,órgãosdogoverno, entidades e é sempre assunto muito citado em artigos do setor. Infelizmente, ainda se encontra na mesa de alguém, aguardando não se sabe o que, para definir não se sabe o porquê! Este dispositivo é a multa para o cinto de segurança, ou seja, se não estiver correta a instalação, não se liga a energia elétrica. Desta forma, ou a instalação elétrica é segura ou a energia elétrica é “ilegal”. De qualquer modo, desde 2008 várias entida- des do setor preocupadas com o crescente número de acidentes de origem elétrica criaram a CERTIEL Brasil, uma entidade com o objetivo de “certificar a instalação elétrica” que, atualmente é realizada de forma voluntária, mas esperamos que seja compulsória em breve. Enquanto a obrigatoriedade não acon- tece, vamos fazendo nosso trabalho de formiguinha. Voltando à conscientização O primeiro passo nesta conscientização é definir quem é quem neste mercado de instalações elétricas. A ABNT NBR5410 apresenta a tabela de nº 18 (nossa tabela 1) que divide e define as competências de cada ser humano em classes e atribui códigos que serão tratados ao longo dos artigos. Atabelaacimaacabadedefiniraspessoas que podem trabalhar com eletricidade e as pessoas que são somente usuários. Estas, portanto, devem ser objeto dos dispositivos deproteção.Seavaliarmoscadaclassificação, podemos dizer que o Zé Faísca se enquadra na categoria BA1, portanto não pode exe- cutar serviço de eletricidade. A ABNT NBR5410/2004 apresenta no item Proteção contra choques elétricos, as definições de elemento condutivo ou parte condutiva, proteção básica, supletiva e adicional, como segue abaixo: • ElementoCondutivooupartecondu- tiva:elementoouparteconstituídade materialcondutor,pertencenteounão à instalação, mas que não é destinada normalmente a conduzir corrente elétrica. – Este é o caso de carcaças de equipamentos, por exemplo. • Proteção Básica: meio destinado a impedir contato com partes vivas perigosas em condições normais. – Como a própria denominação já diz, é básica, portanto deve sempre ser pro- vida. Como exemplo, podemos citar a isolação dos condutores de energia elétrica (fios e cabos). • Proteção Supletiva: meio destinado a suprir a proteção contra choques elétricos quando massas ou partes condutivas acessíveis tornam-se aci- dentalmentevivas.–Nestecasodevemos garantir que o risco seja detectado e eliminado, ou minimizado. • Proteção adicional: meio destinado a garantir a proteção contra choques elétricos em situações de maior risco de perda ou anulação das medidas normalmente aplicáveis, de difi- culdade no atendimento pleno das condições de segurança associadas a determinada medida de proteção e/ou, ainda, em situações ou locais em que os perigos do choque elétrico são particularmente graves. Proteção contra choques elétricos Vamosdiscorrersobreasproteçõesacima e algumas regras que permitirão além de se construir uma instalação elétrica segura, realizar um trabalho com qualidade, o que deve ser premissa de toda a instalação elétrica e de todo profissional. Um dos pontos iniciais, que no meu modo de ver é um item importante, tanto para a segurança quanto para a qualidade do serviço executado, diz respeito ao código de cores a ser adotado quando se utiliza condutores (fios e cabos isolados). A ABNT NBR5410/2004 diz, em 6.1.5.3 - Identificação de componentes, que: • O condutor neutro, se for isolado, deve ser identificado pela cor AZUL CLARO – (6.1.5.3.1); • O condutor de proteção (fio terra), quando isolado, deve ser identificado comascoresVERDE/AMARELO, ou simplesmente com a cor VERDE – (6.1.5.3.2); • O condutor PEN, quando houver e for isolado, deve ser identificado pela corAZULCLAROcomplementado com anilhas VERDE/AMARELO – (6.1.5.3.3). • Os condutores de fase de uma ins- talação, quando isolados, devem T1. Tabela nº 18 da ABNT NBR5410 – Competência das pessoas (Fonte: ABNT NBR 5410:2004, p. 30.) Código Classificação Características Aplicações e exemplos BA1 Comuns Pessoas Inadvertidas - BA2 Crianças Crianças em locais a elas destinados* Creches, escolas BA3 Incapacitadas Pessoas que não dispõem de completa capacida- de física ou intelectual (idosos, doentes) Casas de repouso, unida- des de saúde BA4 Advertidas Pessoas suficientemente informadas ou supervi- sionadas por pessoas qualificadas, de tal forma que lhes permitam evitar os perigos da eletricida- de (pessoa de manutenção e/ou operação) Locais de serviço elétrico BA5 Qualificadas Pessoas com conhecimento técnico ou experi- ência tal que lhes permitam evitar os perigos da eletricidade (engenheiros, técnicos) Locais de serviço elétrico fechados * Esta classificação não se aplica necessariamente a locais de habilitação.
  13. 13. 17Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual energia atender o código de cores, exceto as coresdefinidasparaNeutro,Proteção (terra) e PEN. Observe que um detalhe, muitas vezes simples, pode fazer a diferença em uma instalação elétrica, sendo objeto de quali- dade da instalação e ao mesmo tempo item de segurança, pois com a identificação das cores, qualquer profissional que for realizar uma manutenção saberá identificar qual condutor é fase, neutro ou condutor-terra, evitando assim uma confusão que possibi- lita uma inversão na hora de ligar circuitos novos, colocando em risco a instalação, os equipamentos e também os usuários. Falando ainda de identificação, há uma determinação para identificar os dispositivos de manobra, comando e proteção, com placas, etiquetas ou outros meios adequados, de modo a permitir que os usuários possam saber a função de cada dispositivo e a qual circuito pertence (6.1.5.4). Esta medida garante a segurança do usuário em saber que o dispositivo de proteção de um circuito, por exemplo,umdeterminadodisjuntornacaixa dedistribuiçãodacasa,atendeailuminaçãode um cômodo e está seccionado. Entretanto, o seccionamentodeumdispositivodeproteção não garante a desenergização. Ocapítulo5daABNTNBR5410define o nosso assunto “PROTEÇÃO PARA GA- RANTIR SEGURANÇA” . Este capítulo é dividido em 5 sub-itens assim distribuídos e usando o termo proteção em todos: • Proteção contra choques elétricos; • Proteção contra efeitos térmicos; • Proteção contra sobrecorrentes; • Proteção contra sobretensões e per- turbações eletromagnéticas • Proteção contra quedas e falta de tensões. Há mais um subcapítulo que trata sobre SeccionamentoeComando,quetambémversa sobre proteção. Se avaliarmos a norma em seu capítulo 5.1 – Proteção contra choques elétricos e verificarmos seu princípio fundamental, veremos que os dois destaques são: Partes vivas perigosas não devem ser acessíveis e Massas ou partes condutivas acessí- veis não devem oferecer perigo, seja em condições normais, seja, em particular, em caso de alguma falha que as tornem acidentalmente vivas. Traduzindo em miúdos, significa que todas as partes vivas - já definidas ante- riormente – não devem ser acessadas por pessoas, exceto pelo uso de ferramentas ou destruição do isolamento ou da barreira, e também que partes metálicas que não são vivas, mas podem vir a se tornar por uma falhaouacidente,devemseralvodeproteção. Como medida de proteção contra o acessoapartesvivas,háaisolaçãobásica.Por exemplo: uma das coisas que a população já sabe é que fio desencapado, sem isolação, dá choquee,portanto,nãodevesertocado,mas umacriançaouumanimalnãosabemdisso. Destemodo,énecessárioobservarsetodosos fios estão devidamente isolados de maneira adequada, ou seja, com suas capas originais de fábrica, ou em caso de necessidade, se o restabelecimento da isolação foi realizado com fitas isolantes adequadas, normalizadas e em perfeito estado, o que significa que não podem ser usados produtos como fita crepe, fita durex ou outros materiais que não são concebidos para este fim. Outroitemdesegurançatambémmuito importanteaoprojetistaeinstaladorquando da escolha ou orientação do seu cliente, diz respeito ao quadro de distribuição, tomadas, interruptores e soquetes de lâmpadas. Estes dispositivos, incluindo o quadro de distri- buição, devem possuir barreiras, obstáculos, proteção etc., de modo que o usuário não tenhacomocolocaramãooumesmoodedo nos barramentos, conexões ou condutores que compõem o circuito. Portanto, como já citei anteriormente, na hora de comprar, especificar ou aconse- lhar a compra de quadros de distribuição e componentes de uma instalação elétrica, como tomadas, interruptores e soquetes, lembre-se que deverá possuir barreiras para que o usuário não acesse as partes vivas. Proteção contra choques por uso de SELV ou PELV Sistema de extra baixa tensão que tem a característica de ser separado eletricamente da terra e de outros sistemas, de tal modo que a ocorrência de uma única falha não coloque as pessoas em risco de choque elétrico. Este tipo de proteção é conhecido como SELV, do termo original em inglês SeparatedExtra-LowVoltage.Outramaneira é por meio do sistema de extra baixa tensão, porém não eletricamente separado da terra, conhecido como PELV, também do termo inglês Protected Extra-Low Voltage, onde os demais requisitos são idênticos ao SELV. Estes dois conceitos são normalmente empregados em situações onde o risco de choque elétrico é grande, como é o caso de iluminação de piscinas, banheiras, áreas de estacionamentos externos, como campings etc.Esteconceitoreduzatensãoatépróximo da tensão de contato limite, ou seja, 50 V na condição menos severa podendo chegar a 12 V em condições de extremo risco, como é o caso de piscinas e banheiras. Umasériederequisitosdeveserlevadaem consideração na definição das fontes SELV ou PELV, e estão listadas no capítulo 5 da ABNT NBR5410/04, porém não vamos entrar em detalhes neste assunto. Outro item que aparece na ABNT NBR5410/04 em definições de proteção contra choques elétricos é o DISPOSITI- VO DE PROTEÇÃO À CORRENTE DIFERENCIAL RESIDUAL, conhecido no mercado como DR simplesmente, mas por definição pode ser chamado de RCD, Dispositivo Diferencial, ou Dispositivo Diferencial Residual. Trata-se de um com- ponente da instalação elétrica com a função de seccionar o circuito, ou seja, interromper a passagem da corrente elétrica, toda vez que a corrente diferencial - residual atinja um valor acima do valor especificado. O DR é dividido em duas categorias, de alta sensibilidade (de 7 a 30 mA de sen- sibilidade) e de baixa sensibilidade (de 100 a 3000 mA). Cada um tem sua função: o DR de baixa sensibilidade protege contra incêndios, causados por falhas na isolação e será objeto de um outro artigo; o DR de alta sensibilidade é um item de muita importância no que diz respeito a proteção contra choques elétricos, pois na lingua- gem popular, supervisiona as condições da instalação elétrica quanto ao perigo de choque elétrico e atua quando uma falha acontece, fazendo com que a situação de perigo seja eliminada. O funcionamento de um DR não é tão complexo, podemos dizer que ele é o super- visor da 1ª lei de Kirchoff, conhecida como a LEI DOS NÓS, que afirma que: a soma das correntes que chegam a um dado ponto de um circuito é igual à soma das correntes que dele partem, ou seja, que a soma algébrica das correntes em um ponto do circuito é nula. O DR possui em seu interior um toroide que envolve os condutores fase e neutro de um circuito, e ficam a todo instante verificando se não há uma diferença entre
  14. 14. 18 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 energia Como pudemos ver, a proteção con- tra choques elétricos requer uma série de requisitos, que devem ser previstos, ou implementados em uma reforma. Equipotencialização como proteção contra choques elétricos É fato que o choque elétrico ocorre devido a uma diferença de potencial entre duas partes, gerando uma corrente elétrica que ao passar pelo corpo humano pode levar ao óbito. Mas antes de falar de equi- potencialização propriamente dita, vamos a alguns conceitos para entender o porquê devemos equipotencializar algo: • Tensão de contato: Tensão que pode aparecer acidentalmente por falha de isolação entre duas partes simultaneamente acessíveis; • TensãodeToque:Tensãoestabelecida entre mãos e pés causada pelo toque em um equipamento com tensão de contato; • Tensão de passo: Uma corrente descarregada para o solo eleva o potencial em torno do eletrodo de aterramento formando um gradiente (distribuição)dequedadetensãocom ponto máximo junto ao eletrodo e diminuindo quanto mais se afasta. OtermoEQUIPOTENCIALIZAÇÃO é apresentado na norma ABNT NBR5410 versão2004noitem3.3.1epossuiaseguinte definição: Procedimento que consiste na in- terligação de elementos especificados, visando obter a equipotencialização necessária para os fins desejados. Por exemplo, a própria rede de elementos interligados resultante. Uma nota logo abaixo do item acima cita o seguinte: A equipotencialização é um recurso usado na proteção contra choques elétricos e na proteção contra sobretensões e perturbações eletromagnéticas. Uma determi- nada equipotencialização pode ser satisfatória para a proteção contra choques elétricos, mas insuficiente sob o ponto de vista da proteção contra perturbações eletromagnéticas. Diantedosconceitosapresentadosacima, vamos tentar traduzir o sentido de equipo- tencialização. Equipotencializar é deixar tudo no mesmo potencial, ou seja, fazer com que sejam eliminadas as tensões de contato, toque e passo, através de uma interligação de baixa impedância. Na prática, isso não é tão fácil assim, o que ocorre é que com a F1. Dispositivo de proteção DR. as correntes que “entraram” e correntes que “saíram” de um ponto. Caso a diferença seja maior que o valor limite escolhido para o DR, este dispositivo secciona o circuito automaticamente (figura 1). Exemplificando: em um circuito que atenda às tomadas de um chuveiro elétrico protegidas por um DR, se ocorrer uma falha na isolação deste chuveiro que possa colocar em risco a integridade das pessoas e animais, o circuito será desconectado auto- maticamente e em uma velocidade tal que, mesmo que uma pessoa esteja usufruindo deste circuito, não sofra danos. ODRdealtasensibilidadeéconsiderado e reconhecido como proteção adicional con- tra choques elétricos (definido no capítulo 2 da ABNT NBR5410/2004), ou seja, ele deve ser o meio de proteção que atuará na ocorrência de falha da proteção básica e da proteção suplementar, ou mesmo em caso de descuido do usuário. Como é um dispositivo que tem a função suplementar, NÃO pode ser usado como única medida de proteção contra choques elétricos e NÃO dispensa o uso das medidas de proteção básica e suplementar. Apesardeserumdispositivodeproteção complementar, o uso do DR de alta sensibi- lidade é obrigatório, independentemente do esquema de aterramento, em circuitos que atendam os seguintes casos (5.1.3.2.2), além dos casos previstos no capítulo 9: • Os circuitos que sirvam a pontos de utilizaçãosituadosemlocaiscontendo banheira ou chuveiro (ver 9.1); • Os circuitos que alimentem tomadas decorrentesituadasemáreasexternas à edificação; • Os circuitos de tomadas de corrente situadas em áreas internas que pos- sam vir a alimentar equipamentos no exterior; • Os circuitos que, em locais de habi- tação, sirvam a pontos de utilização situadosemcozinhas,copas-cozinhas; • Lavanderias, áreas de serviço, gara- gens e demais dependências internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens; • Os circuitos que, em edificações não residenciais, sirvam a pontos de tomada situados em cozinhas; • Copas-cozinhas,lavanderias,áreasde serviço,garagense,nogeral,emáreas internas molhadas em uso normal ou sujeitas a lavagens. Algumas condições prescritas na ABNT NBR5410/04 isentam a aplicação do DR. São elas: • A exigência do uso de DR não se aplica a circuitos ou setores da ins- talação concebidos em esquemas de aterramento IT, visando garantir a continuidade do serviço. • Pontosdealimentaçãodeiluminação posicionados a uma altura igual ou superior a 2,5 metros. • Quando o risco de desligamento de congeladores,poratuaçãointempestiva daproteção,associadoàhipótesedeau- sênciaprolongadadepessoas,significar perdas e/ou consequências sanitárias relevantes. Neste caso, recomenda-se que as tomadas que atendam a estes equipamentos sejam protegidas por DR de alta sensibilidade e imunidade aperturbaçõestransitórias,garantindo seletividade entre os dispositivos DR a montante. Caso não seja usado DR nestescircuitos,pode-seusarseparação elétrica individual.
  15. 15. equipotencializaçãoseminimizamospoten- ciais entre duas ou mais partes, reduzindo assimastensõesperigosasquepodemcausar acidentes com choques elétricos. A equipotencialização deve ser aplicada em todas as edificações como cita o item 5.1.2.2.3.2 da ABNT NBR5410/2004: “Em cada edificação deve ser realizada uma equipotencializaçãoprincipal.Ecomplementa com os itens: 5.1.2.2.3.3 – Todas as massas da instalação situadas em uma mesma edificação, devem estar vinculadas a equipotencialização principal da edificação e, desta forma, a um mesmo e único eletrodo de aterramento - 5.1.2.2.3.4–Massassimultaneamenteacessíveis devem estar vinculadas a um mesmo eletrodo de aterramento”. Com os itens acima podemos chegar à seguinteconclusão,todasaspartesmetálicas e não energizadas de uma edificação devem ser equipotencializadas de forma a não ofe- recer perigo aos usuários. Partes metálicas estas que são enumeradas no item 6.4.2.1.1 como podemos ver: • Emcadaedificaçãodeveserrealizada uma equipotencialização principal, reunindo os seguintes elementos: • Armaduras de concreto e outras estruturas metálicas da edificação; • Tubulações de água, gás, esgoto, ar condicionado, vapor, bem como os elementosestruturaisaelasassociados; • Condutores metálicos das linhas de energia e de sinal que entram e/ou saem da edificação; • Blindagens, armações, coberturas e capas metálicas de cabo de linhas de energia e de sinal que entram e/ ou saem da edificação; • Condutores de proteção das linhas de energia e de sinal que entram e/ ou saem da edificação; • Os condutores de interligação pro- venientes de outros eletrodos de aterramento porventura existentes, ouprevistosnoentornodaedificação; • O condutor neutro da alimentação elétrica, salvo se não existir ou se a edificação tiver que ser alimentada, por qualquer motivo, em esquema TT ou IT; • Os condutores de proteção principal da instalação elétrica (interna) da edificação. Esta equipotencialização principal deve reunir todas as formas de aterramento em um único ponto, denominado BEP – Bar- ramento de Equipotencialização Principal. Vale lembrar que o termo barramento significa somente uma via de ligação e não necessariamentedeveserconstituídodeuma barra, podendo ser uma chapa, um cabo, conectores etc. Para efeito de apresentação é aconselhável que se use uma barra de cobre com pontos de interligação, pois além de apresentável, ainda contribui para a melhor visualização e inspeção. É possível que haja vários barramentos de equipotencialização em uma edificação reunindo parcialmente os diversos siste- mas, estes barramentos são chamados de BEL – Barramento de Equipotencialização Suplementar ou Barramento de Equipoten- cialização Local. Neste caso os BELs devem ser interligados ao BEP, constituindo assim uma equipotencialização completa. A equipotencialização aparece também naNR-10,noitem10.5.1-d,docapítulo10.5 –Segurançanasinstalaçõeselétricasdesener- gizadas, e 10.5.1, que versa sobre a liberação dotrabalhodeumainstalaçãodesenergizada, que só é considerada desenergizada depois que atender uma série de requisitos e entre eles está a equipotencialização: instalação de aterramento temporário com equipo- tencialização dos condutores do circuito. Ou seja, depois de constatado que não há tensão, deve ser instalado um conjunto de condutores que farão a equipotencialização do potencial de todas as partes metálicas no ponto de trabalho, garantindo assim ao trabalhador que este não será vitima de tensões perigosas. Conclusão O objetivo deste artigo foi trazer uma breve explanação sobre os itens de proteção contra acidentes de eletricidade com base na norma de instalações elétricas de baixa tensão ABNT NBR 5410/2004. Podemos observar com esta pequena introdução que o Brasil não possui problemas de regras, normas, regulamentos ou legislação para estabelecer a segurança, mas sim da cul- tura enraizada do baixo investimento em segurança, sobretudo a que diz respeito ao uso e ao trabalho com eletricidade. É importante disseminar este assunto junto à comunidade e parceiros para que seja um fator de mudanças futuras. MA
  16. 16. 20 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 conectividade saiba mais Profibus Mecatrônica Atual 44 Protetor de Transientes em redes Profibus Mecatrônica Atual 45 Algumas dicas de soluções para problemas no Profibus-DP Mecatrônica Atual 52 Entendendo as Reflexões em Sinais Profibus Mecatrônica Atual 50 PROFIBUS-DP/PA – ProfiSafe, Profile for Failsafe Technology. O Investimentos em equipamentos de processo têm nor- malmente grandes ciclos de vida em relação a quaisquer outros bens industriais. Fieldbus em áreas de risco exige uma atenção especial com relação à proteção contra explosões. Restrições de energia limitam a quantidade de equipamentos que a rede pode utilizar, dificultando o projeto de algumas instalações. Este artigo mostra as características do protocolo de rede Profibus e como o padrão FISCO, troncos de alimentação (power trunks), barreiras e Reconhecimento de Arco Dinâmico e de Terminação (DART) podem auxiliar em projetos de instalação Características do Protocolo PROFIBUS e sua utilização em áreas classificadas Luis Antonio Tonielo Ferracini PROFIBUS é um padrão de rede de campo abertoeindependentedefornecedores,onde a interface entre eles permite uma ampla aplicação em processos e manufatura [1]. Esse padrão é garantido segundo as normas EN 50170 e EN 50254. Estabelecido com a IEC 61158, ao lado de mais sete outros fieldbuses. A IEC 61158 está dividida em sete partes, nomeadas 61158-1 a 61158-6, nas quais estão as especificações segundo o modelo OSI. Nessa versão houve a expansão que incluiu o DPV-2, protocolo cujo desen- volvimento procurou e procura a redução de custos, flexibilidade, confiança, orientação ao futuro, atendimento às mais diversas aplicações, interoperabilidade e múltiplos fornecedores. Hoje,estima-seemmaisde20milhõesde nós instalados com tecnologia PROFIBUS e mais de 1000 plantas com tecnologia PRO- FIBUS PA. São 24 organizações regionais (RPAs) e 33 Centros de Competência em PROFIBUS (PCCs), localizados estrate- gicamente em diversos países, de modo a ofereceremsuporteaosseususuários,inclusive no Brasil, junto à Escola de Engenharia de São Carlos-USP, onde existe o único PCC da América Latina. [1] Descrição Técnica PROFIBUS. [2] Material de treinamento SMAR Profibus, 2003, César Cassiolato. [3] Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 122 – 2006. [4] U. S. Patents Documents – Patent Number 51388543,AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, NJ. [5] ARC WHITE PAPER - By ARC Advisory Group - FEBRUARY 2011 - DART Ushers in the Next Generation of Intrinsic Safety IEC 61508 – Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems.
  17. 17. 21Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual conectividade F1. Comunicação Industrial Profibus. F2. Comunicação Mestre-Escravo. Em termos de desenvolvimento, vale a pena lembrar que a tecnologia é estável, porém não é estática. As empresas-membros do PROFIBUS international estão sempre reunidasnoschamadosWorkGroups,atentas àsnovasdemandasdemercadoegarantindo novos benefícios com o advento de novas características.Acapacidadedecomunicação entre dispositivos e o uso de mecanismos padronizados, abertos e transparentes são componentes indispensáveis no conceito de automaçãodehoje.Acomunicaçãoexpande- -se rapidamente no sentido horizontal, nos níveis inferiores (field level), assim como no sentido vertical integrando todos os níveis hierárquicos de um sistema. De acordo com as características da aplicação e do custo má- ximoaseratingido,umacombinaçãogradual de diferentes sistemas de comunicação, tais como: Ethernet, PROFIBUS, AS-Interface e Devicenet, oferece as condições ideais de redes abertas em processos industriais. Outra característica importante é que os dadossãotransmitidosciclicamente,deuma maneira extremamente eficiente e rápida. No nível de campo, a periferia distri- buída com: módulos de E/S, transdutores, acionamentos (drives), válvulas e painéis de operaçãotrabalhamemsistemasdeautoma- ção,viaumeficientesistemadecomunicação em tempo real, o PROFIBUS DP ou PA, conforme exemplificado na figura 1. A transmissão de dados do processo é efetuada ciclicamente,enquantoalarmes,parâmetros e diagnósticos são transmitidos somente quando necessário, de maneira acíclica. No nível de célula, os controladores programáveis como os CLPs e os PCs, comunicam-se entre si, requerendo, dessa maneira, que grandes pacotes de dados sejam transferidos em inúmeras e poderosas funções de comunicação. Além disso, a integração eficiente aos sistemas de comu- nicação corporativos existentes, tais como: Intranet, Internet e Ethernet, são requisitos absolutamenteobrigatórios.Essanecessidade é suprida pelos protocolos PROFIBUS FMS e PROFINet. Aconexãodostransmissores,conversores e posicionadores em uma rede PROFIBUS DP é feita por um coupler DP/PA. O par trançado a dois fios é utilizado na alimen- tação e na comunicação de dados para cada equipamento, facilitando a instalação e resultando em baixo custo de hardware e menor tempo para iniciação. O protocolo é baseado no modelo de comunicação de redes OSI (Open System Interconnection). Somente os níveis 1 e 2, e ainda o nível 7 no FMS, são implementados por razões de eficiência. A arquitetura e a filosofia do protocolo PROFIBUSasseguramacadaestaçãoenvol- vida nas trocas de dados cíclicos, um tempo suficiente para a execução de sua tarefa de comunicação dentro de um intervalo de tempo configurável. Para isso, utiliza-se do procedimento de passagem de “token”, usado por estações-mestres do barramento ao comunicar-se entre si, e do procedimento mestre-escravo para a comunicação com as estações escravas, conforme ilustra a figura 2.Oprocedimentomestre-escravopossibilita ao mestre que esteja ativo (o que possui o “token”) acessar os seus escravos (através dos serviços de leitura e escrita). A mensagem de “token” (um frame es- pecial para a passagem de direito de acesso de um mestre para outro) deve circular, sendo uma vez para cada mestre dentro de um tempo máximo de rotação definido. No PROFIBUSoprocedimentodepassagemdo “token”éusadosomenteparacomunicações entre os mestres, conforme exibe a figura 3.
  18. 18. 22 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 conectividade Tipos de dispositivos Cada sistema pode conter três tipos diferentes de dispositivos: Mestres (Masters) São os elementos responsáveis pelo controle do barramento. Podem ser de duas classes: • Mestre DP Classe 1: Responsável pelas operações cíclicas (leitura/ escrita) e controle das malhas abertas e fechadas do sistema de controle/ automação (CLP). • Mestre DP Classe 2: Responsável pelosacessosacíclicosdosparâmetrose funçõesdosequipamentosPA(estação deengenhariaouestaçãodeoperação: Simatic PDM ou CommuwinII ou Pactware). Escravo Um escravo é um dispositivo periférico, tal como: dispositivos de I/O, atuadores, IHM, válvulas, transdutores, dispositivos que têm somente entrada, somente saída ou uma combinação de entradas e saídas. Aqui, ainda pode-se citar os escravos PA, uma vez que são vistos pelo sistema como se fossem escravos DP. A quantidade de informação de entrada e saída depende do tipo de dispositivo, sendo que se permite até 244 bytes de entrada e 244 bytes de saída. Acopladores (Couplers) São dispositivos utilizados para traduzir as características físicas entre o PROFIBUS DP e o PROFIBUS PA (H1: 31,25 kbits/s). Principais características: • São transparentes para os mestres (não possuem endereço físico no barramento). • Atendem aplicações seguras (Ex) e (Non-Ex) (no decorrer do artigo, daremos maior atenção) definindo e limitando o número máximo de equipamentos em cada segmento PA. O número máximo de equipa- mentos em um segmento depende, entre outros fatores, da somatória das correntes quiescentes, de falhas dos equipamentos (FDE) e distâncias envolvidas no cabeamento. • Podem ser alimentados até 24 Vdc, dependendo do fabricante e da área de classificação. • Podem trabalhar com as seguintes taxas de comunicação, dependendo do fabricante: P+F (93,75 kbits/s e SK2: até 12 Mbits/s) e Siemens (45,45 kbits/s). Topologias Em termos de topologia, pode-se ter as seguintes distribuições: estrela (figura 4), barramento (figura 5) e ponto a ponto (figura 6), além de anel. O protocolo tam- bém permite a utilização de equipamentos em redundância. Principais variantes do protocolo O PROFIBUS, em sua arquitetura, está dividido em três variantes principais: Profibus DP O PROFIBUS DP é a solução de alta velocidade(highspeed)doPROFIBUS.Seu desenvolvimentofoiotimizadoespecialmente para atender as comunicações entres os sistemas de automações e equipamentos descentralizados. Voltada para sistemas de controle, onde se destaca o acesso aos dispositivos de I/O distribuídos. Utiliza-se do meio físico RS 485, ou de fibra ótica. Disponível em três versões: DP-V0 (1993), DP-V1 (1997) e DP-V2 (2002). A origem de cada versão aconteceu de acordo com o avanço tecnológico e a demanda das apli- cações exigidas ao longo do tempo. Meio Físico Profibus DP – RS 485 A transmissão RS 485 é a tecnologia de transmissão utilizada no PROFIBUS DP, embora a fibra ótica possa ser usada em casos de longas distâncias (maior do que 80 km). Seguem as principais características: • Transmissão Assíncrona NRZ. • Baud rates de 9,6 kBit/s a 12 Mbit/s, selecionável. • Par trançado com blindagem. • 32 estações por segmento; máximo 127 estações. • Distância dependente da taxa de transmissão (tabela 1). • 12 Mbit/s = 100 m; 1,5 Mbit/s = 400 m; < 187,5 kbit/s = 1000 m. • Distância expansível até 10 km com o uso de repetidores. • Conector tipo D-sub, 9 pin. Veja a tabela 1. Normalmente se aplica em áreas envol- vendo alta taxa de transmissão, instalação simples a um custo baixo. A estrutura do barramento permite a adição e remoção de estações sem influência em outras estações, com expansões posteriores sem nenhum efeito em estações que já estão em operação. Uma vez configurado, o sistema utiliza F3. Comunicação Multi-Mestre. Características Baud rate (kbit/s) 9,6 19,2 93,75 187,5 500 1500 2000 Comprimento / Segmento (m) 1200 1200 1200 1000 400 200 100 T1. Comprimento em função da velocidade de Transmissão com cabo tipo A.
  19. 19. 23Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual conectividade apenas uma taxa de transmissão para todos os dispositivos no barramento. Há necessi- dade da terminação ativa no barramento no começo e fim de cada segmento, conforme mostra a figura 7, sendo que, para manter a integridadedosinaldecomunicação,ambos terminadores devem ser energizados. Profibus FMS O PROFIBUS-FMS provê ao usuário uma ampla seleção de funções, quando comparado com as outras variantes. É a soluçãodepadrãodecomunicaçãouniversal quepodeserusadapararesolvertarefascom- plexas de comunicação entre CLPs e DCSs. Essa variante suporta a comunicação entre sistemas de automação, assim como a troca de dados entre equipamentos inteligentes, e é geralmente utilizada em nível de controle. Recentemente, pelo fato de ter como função primária a comunicação mestre-mestre (peer-to-peer), vem sendo substituída por aplicações em Ethernet. Profibus PA OPROFIBUSPAéasoluçãoPROFIBUS que atende os requisitos da automação de processos,ondesetemaconexãodesistemas de automação e sistemas de controle de processo com equipamentos de campo, tais como:transmissoresdepressão,temperatura, conversores, posicionadores, etc. Existem vantagens potenciais da utiliza- ção dessa tecnologia, onde resumidamente destacam-se as vantagens funcionais, como por exemplo, tratamento de status das variáveis, sistema de segurança em caso de falha,autodiagnose,integraçãocomcontrole discreto em alta velocidade, etc. Permite utilizaçãoemáreasintrinsecamenteseguras. O PROFIBUS PA permite a manutenção “a quente”. Foi desenvolvido em cooperação com os usuários da Indústria de Controle e Proces- so (NAMUR), satisfazendo as exigências especiais dessa área de aplicação: • Interoperabilidadeentreequipamentos de diferentes fabricantes; • Adição e remoção de estações de barramentos mesmo em áreas intrin- secamente seguras, sem influência para outras estações; • Uma comunicação transparente através dos acopladores do segmento entre o barramento de automação do processo PROFIBUS PA e o F4. Topologia em Estrela. F5. Topologia em Barramento. F6. Topologia Ponto a ponto.
  20. 20. 24 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 conectividade barramento de automação industrial PROFIBUS-DP; • Alimentação e transmissão de dados sobre o mesmo par de fios, baseadas na tecnologia IEC 61158-2; • Usoemáreaspotencialmenteexplosi- vas intrinsecamente segura” ou “sem segurança intrínseca”. O PROFIBUS PA se baseia no padrão IEC61158, que é a Camada Física com transmissão síncrona, codificação Man- chester em 31,25 Kbits/s (modo tensão), também conhecida como H1. Permite uma integração uniforme e completa entre todos os níveis da automação e as plantas das áreas de controle de processo. As opções e os li- mites de trabalho em áreas potencialmente explosivasforamdefinidossegundoomodelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept). A tabela 2 mostra algumas características do IEC 61158-2. Instalações em áreas classificadas O que é uma área classificada? Segundo [3], uma área classificada é um local ou ambiente sujeito à probabilidade da formação (ou existência) de uma atmosfera F8. Circuito Barreira Zener explosivacaracterizadapelapresençanormal (ou eventual) de: • Gases ou vapores inflamáveis; • Poeira ou fibras inflamáveis. Como áreas classificadas devem ser tratadas? Instalando equipamentos elétricos apro- priados, conhecidos como “à prova de explosão (Exd)”, “segurança aumentada (Exe)”, “segurança intrínseca (Exia/b)”, “pressurizados (Exp)”, etc. Segurança intrínseca/barreira de segurança intrínseca Os instrumentos com proteção baseada em segurança intrínseca têm o excesso de energiaelétricanaformadetensãoecorrente, limitado através da inserção de dispositivos limitadores de energia, conhecidos como barreiras de segurança intrínseca, nos seus circuitos. Pode-se dizer que um circuito intrinsecamente seguro possui três com- ponentes básicos: o dispositivo de campo a ser instalado na área de risco, a barreira de segurança intrínseca e a fiação de campo envolvida. Essa limitação de energia é ne- cessária de modo que não sejam produzidas superfícies aquecidas e centelhas elétricas, e casoocorra,nãohaveráenergiasuficientepara ignição de mistura inflamável. Para manter a segurança é de fundamental importância que esses níveis de tensão e corrente não sejam excedidos em condições normais, ou até mesmo de falha. Para proteger o sistema de segurança intrínseca numa área de risco, um dispositivo limitador de energia deve ser instalado. Estedispositivoéconhecidocomobarreira ousistemadesegurançaintrínsecaassociado. Sobcondiçõesnormais,odispositivoépassivo e permite ao sistema de segurança funcionar normalmente. Sob condições de falta, ele protegeocircuitodecampo,prevenindoque o excesso de corrente e tensão atinja a área de risco. Existem alguns tipos de barreira de segurança intrínseca, vide figuras 8 e 9. Barreira Zener Pode-se observar que existem três com- ponentes na barreira que limitam corrente e tensão: um resistor, pelo menos dois diodos zener (se um queimar, o outro atua) e um fusível. O resistor limita a corrente ao valor específico conhecido como corrente de curto-circuito. Os diodos zener limitam a tensão ao valor referenciado como tensão de circuito aberto. O fusível abre quando o diodo conduz, abrindo o circuito e evitando aqueimadodiodo,bemcomoatransferência dequalquerexcessodetensãoàárea derisco. Barreira Isolação Galvânica Outro tipo de barreira de isolação é construído com transformadores para a isolação elétrica entre os meios seguro e não seguro. Este tipo de construção faz com que não haja necessidade da conexão com o terra, reduzindo custos de instalação e manutenção. Permitem a conversão dos sinais em corrente e tensão. Não necessita Características Meio físico de acordo com a IEC61158-2, varia NTE H1 Taxa de comunicação 31,25 kbits/s Cabo Par trançado com blindagem Topologia Barramento, árvore/estrada, ponto a ponto Alimentação Via barramento ou externa 9 - 32Vdc em área Non Ex Segurança Intrínseca Possível (FISCO) Número de equipamentos Máximo: 32 (non-Ex) por canal Explosion Group IIC: 9 Explosion Group IIB: 23 Cabeamento Máximo 1900 m, expansível a 10 km com 4 repetidores Máximo comprimento de spur 120 m/spur Sinal de comunicação Codificação Manchester, com modulação corrente T2. Características de transmissão da tecnologia IEC61158-2. F7. Cabeamento e terminação para transmissão RS 485 no Profibus.
  21. 21. 25Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual conectividade de invólucros especiais, cabos armados ou conexõesespeciais.Permaneceseguramesmo na presença de falha. [4] FISCO Com a demanda por uma quantidade maior de equipamentos em um barramen- to fieldbus intrisecamente seguro, o PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt, Instituto Alemão de Ciência e Tecnologia) executou testes rigorosos e chegou a um modelo que atende às altas demandas de consumo, o FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept). Este conceito está de acordo com os padrões internacionais de segurança intrín- seca (EN50020 e IEC 60791-11, Classe I, Divisão 1, de acordo com os padrões ame- ricanos), onde deve existir uma única fonte de alimentação ativa por sistema e todos os nós são passivos e possuem indutância e capacitância internas desprezíveis (Li=10 mH, Ci=5 nF). Além disso, em termos de cabeamento,váriostipossãopermitidossendo que se tem comprimento máximo de 1000 m,comterminaçãonasduasextremidadese, equipamentos de campo, assim como fonte de alimentação, devem estar de acordo com o FISCO. Acompanhe no box 1. DART (Dinamic Arc Recognition and Termination) Tecnologia revolucionária desenvolvida pela Pepperl-Fuchs, introduzida em 2010, é considerada um marco em relação a equi- pamentos destinados a utilização em áreas seguras. Tecnologia que elimina o problema de limite de potência a ser utilizado por equipamentos instalados em áreas de se- gurança intrínseca através da utilização de uma nova abordagem. O conceito permite a utilização de uma quantidade maior de energia em áreas seguras, enquanto man- tém as limitações de segurança através de uma desconexão rápida do circuito. Veja as figuras 10 e 11. A tecnologia consiste em monitorar os resultados das mudanças da corrente di/dt e rapidamente desligar o circuito, conforme observado em [5]. Dentro de apenas alguns microssegundos,aenergiadosistemaelétrico éreduzidaparaumnívelseguro,eliminando um pico de energia necessária para acender os gases perigosos. Essa mudança no di/ dt, felizmente é muito característica, isto faz com que ela seja facilmente detectada. F9. Modelo de circuito elétrico da barreira por isolação galvânica. F10. Ilustração mostrando início do distúrbio em um sistema sem uso do DART. F11. DART monitora a corrente de curto (di/dt) e desliga o circuito na fase crítica do distúrbio.
  22. 22. 26 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 conectividade Requisitos do FISCO O modelo FISCO tem as seguintes restrições: a) Cada segmento deve possuir um único elemento ativo (fonte de alimentação) no barramento de campo,localizado na área não classificada; b) Os demais equipamentos na área classifi- cada são passivos (escravos); c) Cada equipamento de campo deve ter um consumo quiescente mínimo de 10 mA; d) Em áreas Ex ia e Ex ib, o comprimento máximo do barramento deve ser 1000 m; e) Derivações individuais devem ser limita- das a 30 m; f) Deve-se utilizar 2 terminadores ativos no barramento principal, um no início e um no fim do barramento; g) Deve-se utilizar transmissores e barrei- ras/fontes aprovadas pelo FISCO; h) Os cabos (sem restrições para cabea- mento até 1000 m) devem possuir os seguintes parâmetros.: - R´:15 a 150 Ω/km; - L´: 0,4 a 1 mH/km; - C´: 80 a 200 nF/km.; - Cabo tipo A: 0,8 mm2 (AWG18); i) Note que não se requer o cálculo de C e L para o segmento. j) As terminações devem possuir os seguintes parâmetros: - R = 90 a 100 Ω; - C = 0 a 2,2 μF. k) A fonte de alimentação deve ter os seguintes requisitos: - Saída com característica trapezoidal ou retangular; -V0 = 14...24V(Valor máximo, segu- rança intrínseca); - Para Grupo A,B/ IIC I0 até 215 mA paraV0 = 15V. - Sem especificação de Lo e Co no certificado e na etiqueta. O conceito FISCO foi otimizado para que seja permitido um número maior de equipamentos de campo, de acordo com o comprimento do barramento, levando-se em conta a variação das características do cabo (R’, L’, C’), terminadores, atendendo categorias e grupos de gases com uma simples avaliação da instalação envolvendo segurança intrínseca.
  23. 23. 27Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual conectividade MA F12. Considerações de risco de acordo com a IEC 61508 (fonte: HPTC POCKET GUIDE da Pepperl+Fuchs). Luis Antonio Tonielo Ferracini trabalha no Departamento de Desenvolvimento da Smar Equipamentos Industriais com Desenvolvimento em Hardware. e-mail: luis_ferracini@hotmail.com HPTC (high power trunk concept) TheHighPowerTrunkConcept(HPTC) limita a energia no tronco em 500 mA. Este conceito incrementa a quantidade de energia disponível para os instrumentos de campo, facilitando um projeto de ins- talação consistente, independentemente da classificação da área. Ao limitar a energia no campo ao invés da sala de controle, a energia é distribuída de forma mais eficiente para os instrumentos onde esta se faz neces- sária. Como consequência, os dispositivos protetores de segmento são similarmente instalados em áreas de aplicações comuns como em áreas perigosas. Podemos acrescentar à planta com a utilização do HPTC, a redução da energia distribuída nos cabos além dos custos da instalação. Outro benefício do conceito HPTC, permite ao usuário padronizar um sistema de condicionamento de energia com módulosopcionaisredundantesparatodasas áreas da planta. Fornecimento de 30 V/500 mApermiteaousuárioatingircomprimentos máximos dos cabos e dispositivos sem o uso de repetidores. Observe a figura 12. Conclusões Independentemente dos órgãos certi- ficadores de equipamentos e normas para áreas classificadas, a tecnologia para este tipo de aplicação continua em franca evo- lução. Conforme observado com o DART, os novos avanços têm como objetivo trazer as mesmas características de instalação e manutenção proporcio nadas pelas redes instaladas em áreas não classificadas para as áreas perigosas. Estas evoluções tentam expandir os limites de potência e equipa- mentos, porém mantendo os limites de segurança exigidos pelas normas para as áreas classificadas.
  24. 24. 28 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 automação saiba mais Profibus - Instalação avançada. Parte 2 Mecatrônica atual 59 PROFIBUS Mecatrônica Atual 44 PROFIBUS-DP/PA – ProfiSafe, Profile for Failsafe Technology. IEC 61508 – Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems. Artigos técnicos – César Cassiolato www.smar.com/brasil2/ artigostecnicos/ A A demanda por mais e mais recursos na automação e controle de processos com o advento da tecnologia digital e como “boom” do Fieldbus,favorecemo desenvolvimento da tecnologia dedicada ao diagnóstico e tratamento de falhas seguras, principalmente voltada à proteção de pessoas, equipamentos/máquinas e ambiente, ou seja, é a busca pelo sistema seguro. Um sistema seguro requer, em outras palavras, que os dados e informações possam ser validados em relação aos seus valores e ao domínio do tempo, o que deve ser aplicável no sistema como um todo. Isto implica em garantir que um dado recebido foi enviado corretamente e que quem o enviou também é o correto transmissor, e além disso, é a informação que se esperava neste instan- te; a informação que foi recebida está sequencialmente correta, etc. PROFIsafe O perfil de segurança PROFIBUS César Cassiolato tualmente, o exemplo mais típico de padrão de segurança internacional e que envolve a maior parte dos desenvolvedores e imple- mentadores de sistemas com segurança é o chamado IEC 61508. Este padrão mostra as atividades envolvidas em todo ciclo de vida de sistemas eletrônicos programáveis em relação à segurança. Portanto, trata tanto de requisitos de hardware quanto de software. Operigodeacidentesemprocessosindus- triais é vasto e a probabilidade de acontecer um acidente depende das probabilidades de falhas do sistema. A implicação de falhas depende do tipo e requisitos de segurança da aplicação. Veja a figura 1. O perfil de aplicação PROFIBUS, “PROFIsafe” - Perfil para Tecnologia Segu- ra - descreve mecanismos de comunicação seguraentreperiféricossujeitosafalhasegura (Fail-Safe) e controladores seguros. É basea- do nos requisitos dos padrões e diretivas para aplicações com segurança orientada, como a IEC 61508 e EN954-1, bem como na experiência dos fabricantes de equipa- mentos com Fail-Safe e na comunidade de fabricantes de CLPs. Veremos a seguir, de forma resumida, seus principais conceitos.
  25. 25. 29Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual automação F1. Considerações de risco de acordo com a IEC 61508. F2. Sistema típico onde se tem a comunicação padrão e segura, compartilhando o mesmo barramento e protocolo. PROFIsafe Este perfil suporta aplicações seguras em uma extensa área de aplicações em campo que, ao invés de utilizar barramentos especiais para as funções de segurança, per- mite a implementação da automação segura através de uma solução aberta e no padrão PROFIBUS, garantindo os custos efetivos de cablagem, consistência do sistema em relação à parametrização e funções remotas de diagnósticos. Garante a segurança em sistemasde controledescentralizadosatravés dacomunicaçãoFail-Safeedosmecanismos desegurançadosdispositivoseequipamentos. Veja, a seguir, alguns exemplos de áreas de aplicação deste perfil de segurança; • Indústria de Manufatura; • Proteçãorápidadepessoas,máquinas e ambiente; • Funções de paradas de emergência; • Barreiras de luz; • Controle de entrada; • Scanners; • Drivers com segurança integrada; • Controle de processos em geral; • Áreas química e petroquímica; • Transporte público; • etc. A tecnologia aberta PROFIBUS atende a uma série de requisitos das aplicações em termos de segurança de acordo com o PROFIsafe: • Independência entre comunicação relevantemente segura e a comuni- cação segura. • Aplicável a níveis SIL3(IEC61508), AK6 (DIN V 19250) e categoria de controle 4(KAT4) (EN 954-1). • A redundância é usada somente para aumentar a confiabilidade. • Qualquer master ou link DP pode ser usado; • Na implementação, masters DP, ASICs, links e couplers não devem sofrermodificações,desdequeasfun- çõesdesegurançasãoimplementadas acima da camada OSI layer 7 (isto é, nenhuma mudança ou acomodações no protocolo DP). • A implementação das funções de transmissão segura deve ser restrita à comunicação e ao equipamento e não deve restringir o número de equipamentos. • Ésempreumarelaçãodecomunicação 1:1 entre os dispositivos F • Os tempos de transmissões devem ser monitorados. Observe a figura 2. Naprática,aplicaçõessegurasepadroni- zadasestarãocompartilhandoossistemasde comunicaçãoProfibusDPsimultaneamente. As funções de transmissões seguras incluem todas as medidas que podem estar deter- ministicamente descobertas pelas possíveis falhas perigosas que podem ser infiltradas no sistema de transmissão padrão, com a intençãodeminimizarseusefeitos.Istoinclui as funções de mau funcionamento randô- mico, por exemplo, efeitos de EMI, falhas sistemáticas de hardware ou software, etc. Por exemplo, é possível que durante uma comunicação se perca parte do frame, ou que parte do mesmo apareça repetida, ou ainda que apareça em ordem errada ou mesmo em atraso. NoPROFIsafealgumasmedidaspreven- tivas são tomadas, com o intuito de cercar as possíveiscausasdefalhas,equandoasmesmas ocorrerem, que aconteçam com segurança:
  26. 26. 30 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 automação • Numeração consecutiva de todas as mensagens seguras: aqui pretende-se minimizar a perda de comunicação, inserçãodebytesnoframeesequência incorreta. • Sistema de watchdog timer para as mensagens e seus reconhecimentos: controlando os atrasos. • Uma senha (password) entre emissor e receptor: evitando linking entre as mensagens padrão e segura. • Proteção adicional do telegrama com a inclusão de 2 a 4 bytes de CRC: evitando a corrupção dos dados de F3. A arquitetura do PROFIsafe. F4. Modelo para dados seguros. usuário e linking entre as mensagens padrão e segura. Estas medidas devem ser analisadas e tomadasemumaunidadededadoFail-Safe. Veja a seguir o modelo de mensagem F. A Solução PROFIsafe O PROFIsafe é uma solução em sof- tware com canal único, que é implementada como uma camada adicional acima do layer 7 nos dispositivos. Um layer seguro define métodos para aumentar a probabilidade de se detectar erros que possam ocorrer entre dois equipamentos/dispositivos se comunicando em fieldbus. A grande vantagem é que pode ser implementada sem mudanças, provendo proteção aos usuários de seus investimentos. Vale-se dos mecanismos da comuni- cação cíclica nos meio físicos 485 ou H1 (31.25kbits/s). A comunicação acíclica é utilizadaparaníveisirrelevantesdesegurança de dados. Garante tempos muito curtos de respostas, ideal em manufaturas e operação intrínsecasegura,deacordocomasexigências da área de controle de processos. A figura 3 mostra a arquitetura do PROFIsafe. A figura 4 exibe o modelo da estrutura de mensagem na transmissão. O perfil se- guro (F-Profile) é embutido no protocolo de transmissão DP (layer 7) e na codificação (layer 2). O PROFIsafe utiliza o mecanismo de detecção de erros para manter os níveis desejáveis de segurança. É responsabilidade deste perfil detectar erros de comunicação como frames duplicados, perda de frames, sequências incorretas de frames, frames corrompidos, atrasos nos frames e endereça- mentoerradosdeframes. OperfilPROFIsafe utiliza a redundância da informação para validar a comunicação entre dois dispositi- vos. A informação de segurança relevante é transmitida em conjunto com os dados de processos, isto é, estes dados são embutidos no frame básico do Profibus DP. Um frame deste tipo pode tratar no máximo 244 bytes de dados de processo. O PROFIsafe reserva 128 bytes deste total para os dados de segurança. Além destes,4ou6bytessãotratadosàpartecomo bytes de status e controle dependendo da quantidade de dados seguros transmitidos. Sempre dois bytes de controle são enviados em cada frame, um de status e outro com a sequência dos frames. Os quatro bytes restantes são reservados para o checksum que é gerado para proteger a informação de segurança redundante. Uma pequena quantidade de dados de segurança relevante transmitida implica em um CRC de 16 bits e em 4 bytes de controle. Para transmissões com mais de 12 bytes de dados seguros (até 122), um CRC de 32 bits é usado e 6 bytes de controle são necessários. A figura 5 ilustra o modelo de frame DP que contém em sua informação os já conhecidos bytes deste frame, mais os da- dos de Fail-safe (no máximo 128 bytes em 244 bytes, devido à limitação de 64 words
  27. 27. 31Janeiro/Fevereiro 2013 :: Mecatrônica Atual automação na troca de dados de uma só vez, entre o Host e o mestre DP), assim como os recur- sos de segurança de paridade e FCS(Frame Checking Sequence). A figura 6 mostra o modelo de mensa- gem F (mensagem segura), onde podem ser vistos os bytes de controle de integridade e minimizaçãodeerrosdescritosanteriormente como medidas preventivas. Atabela1apresentadetalhesdotratamen- to da falha segura, comunicação, timerouts, CRCs, numeração das mensagens, etc. Através da monitoração e controle de informaçõesentremestreseescravosseguros, tais como: sincronização, ciclo de protocolo F, watchdog timers, ordem das mensagens, repetiçõesdoframeemonitorSIL(contador de mensagens corrompidas em um período de tempo) pode-se garantir a segurança aos níveis de integridade (tabela 2). Arquivos GSD & PROFIsafe Equipamentos suportando as caracte- rísticas PROFIsafe têm a inclusão em seu arquivo GSD da seguinte palavra-chave: F_Device_supp = 1 ; 1 = F-device Conclusão O PROFIsafe é uma solução em sof- tware com canal único que é implementada segundoospadrõesmaisrigorososemtermos de segurança, e sua grande vantagem é que pode ser implementada sem mudanças, provendo proteção aos usuários de seus investimentos. Não existem restrições ao número de dispositivos no barramento e taxas de comunicação. A não necessidade de convivência de protocolosproprietáriosvoltadosàsegurança, a abertura do protocolo, proporcionando interoperabilidade/intercambiabilidadeentre os vários fornecedores, a fácil integração em CLPseossistemasjáexistentessãoexemplos dos benefícios de tal funcionalidade. Além disso, equipamentos e dispositivos com tal característica disponibilizam uma F6. Modelo da mensagem F. F5. Modelo do frame do DP. MA T2. SIL monitor. SIL CRC Length of process data Time period (h) 3 16 Bit < 16 Bytes 10 2 16 Bit < 16 Bytes 1 3 32 Bit < 128 Bytes 0.1 2 32 Bit < 128 Bytes 0.01 T1. Modelo do status/control byte. Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 tbd res res Failsafe values (FV) actived Communica- tion failure: WD-timeout Communic- cation failure: CRC or consec- utive number Failure exists in F slave or F module F slave has new i-param- eter values assigned série de vantagens: os dados de qualquer dis- positivo podem ser vistos de qualquer ponto da rede, incluindo os níveis gerenciais e de escritório. Pode-se monitorar a performance da planta mesmo no chão de fábrica e fazer o planejamento em manutenções em busca da otimização de paradas. Isto tudo em modo real-time e com a grande vantagem, num mesmo protocolo de comunicação. É a inteligência distribuída combinada com a tecnologia de software. A lista de produtos com tal funciona- lidade ainda não é extensa, mas cada vez mais encoraja os fabricantes a lançarem seus produtos com tal tecnologia. Mesmo em outros protocolos de co- municação é inevitável a demanda por tais requisitos.
  28. 28. 32 Mecatrônica Atual :: Janeiro/Fevereiro 2013 automação saiba mais Protetor de Transientes em redes Profibus Mecatrônica Atual 45 Simulador de redes industriais Mecatrônica Atual 33 Critérios para seleção de redes para automação industrial Mecatrônica Atual 11 Artigos técnicos – César Cassiolato www.smar.com/brasil2/ artigostecnicos/ Site do fabricante: www.smar.com.br www.system302.com.br Pesquisas na internet (as ilustrações, marcas e produtos usados aqui pertencem aos seus respectivos proprietários, assim como qualquer outra forma de propriedade intelectual) A A necessidade de automação na indústria e nos mais di- versos segmentos está associada, entre diversos aspectos, às possibilidades de aumentar a velocidade de proces- samento das informações, uma vez que as operações estão cada vez mais complexas e variáveis, necessitando de um grande número de controles e mecanismos de regulação para permitir decisões mais ágeis. Redes Industriais para sensores e atuadores César Cassiolato automação permite economias de energia, força de trabalho e matérias-primas, um melhor controle de qualidade do produto, maior utilização da planta, aumenta a produtividade e a segurança operacional. Em essência, a automação nas indústrias permite elevar os níveis de continuidade e de controle global do processo com maior eficiência,aproximaraomáximoaprodução real da capacidade nominal da planta, ao reduzir ao mínimo possível as horas para- das, de manutenção corretiva e de falta de matéria-prima. Além disso, com o advento dos sistemas de automação baseados em redes de cam- po e tecnologia digital, pode-se ter vários benefícios em termos de manutenção e aumentar a disponibilidade e segurança operacional. Ainda, a automação extrapola os limites de chão de fábrica, continua após o produto acabado, atingindo fronteiras mais abrangentes - a automação do negócio. Veja a figura 1. A solução completa deve prover uma metodologia de gestão da indústria de forma transparente e garantir que todos os esforços sejam direcionados para se atingir a meta estabelecida, facilitando a tomada de decisão quando há mudanças relevantes no desempenho dos indicadores ou um desvio em relação ao planejado. Usuários e clientes, então, devem estar atentos na escolha e definição de um sistema deautomaçãoecontrole,ondeestadefinição deve levar em conta vários critérios e que possa estar em sincronismo com o avanço tecnológico. Quanto mais informação, melhor uma planta pode ser operada e, sendo assim, mais produtos pode gerar e mais lucrativa pode ser. A informação digital e os sistemas verdadeiramente abertos permitem que se colete informações dos mais diversos tipos e finalidadesdeumaplanta,deumaformain- teroperávelecomoninguémjamaisimaginou e, neste sentido, com a tecnologia Fieldbus (Foundation fieldbus, Profibus, HART, DeviceNet, Asi, etc.) pode-se transformar preciosos bits e bytes em um relacionamento lucrativo e obter também um ganho quali-

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