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Introdução à Automação

ENGENHARIA ELÉTRICA

Automação Industrial I

Gerenciamento Células Chão de Fábrica Nível Atuador- Sensor

Workstation, PC

CLP, PC

CLP, PC Acionam. Válvulas

Atuadores Sensores

Evolução das Instalações

A seguir é apresentado informações quanto ao consumo de

energia total no Brasil foi de 349 bilhões de kWh.

A seguir é apresentado informações quanto ao consumo de

energia total no Brasil foi de 349 bilhões de kWh.

Dentro do setor industrial, que representou um consumo de

150 bilhões de kWh (43% do total), os motores de indução

trifásicos contam com uma fatia de 55%.

A seguir tem-se uma estratificarão do tipo de uso destes

motores.

Tampa dianteira

Estator Tampa traseira

Ventilador

defletora

Rolamentos Caixa de

ligação

Partes constituintes

NBR 17094-1: Maquinas Elétricas Girantes - Motores de

Indução Parte 1: trifásicos.

Esta redução de peso se deve principalmente aos avanços

nas técnicas de isolação e na redução da seção dos

condutores, extraindo-se, contudo, uma mesma potência.

Este campo variável irá atravessar os enrolamentos do

rotor.

Conjugado

~ Alternado.

3 Trifásico.

132S Modelo da carcaça

25MAR04 Data de fabricação.

BM20035 Nº de série do motor

(certidão de nascimento).

ΔΔ Esquema de ligação para tensão

nominal de 220V

YY Esquema de ligação para tensão

nominal de 380V

Δ Esquema de ligação para tensão

nominal de 440V

Motor de Indução – Gaiola Tipo de

Hz 60 Frequência de 60Hz

CAT N Categoria de Conjugado N

6308-ZZ Tipo de rolamento dianteiro

6207-ZZ Tipo de rolamento traseiro

MOBIL POLYREX EM Tipo de graxa

utilizada nos rolamentos

64 Kg Peso do motor

kW(cv) 7,5(10) Potência nominal do

motor: 7.5kW (10cv)

RPM 1760 Rotação nominal do

motor: 1760rpm

Caracteriza a participação do

produto no Programa Brasileiro de

Etiquetagem, coordenado pelo

INMETRO e PROCEL.

FS 1.15 Fator de serviço: 1.15

ISOL B Classe de isolamento: B

Δt K Elevação de temperatura *

Ip/In 7,8 Relação de corrente de

partida pela nominal: 7,8

IP55 Grau de proteção

REND.% Rendimento do motor em

condições nominais

cos φ Fator de potência do motor em

condições nominais

SFA Corrente no fator serviço,

quando maior que 1,15.

Classe de isolamento

As classes B e F são as comumente utilizadas em motores

normais.

220/380/440 V

Tensões nominais de operação:

220V, 380V ou 440V

26,4/15,3/13,2 A

Correntes nominais de operação:

26,4A em 220V, 15,3A em 380V e

13,2A em 440V.

REG S1 Regime de serviço S1:

Contínuo

MÁX AMB Máxima temperatura

ambiente (40°C)

ALT m Altitude máxima (1000m)

Regime de serviço

Regime Contínuo (S1)

Funcionamento a carga constante de duração suficiente para

que se alcance o equilíbrio térmico.

Regime de serviço

Regime Tempo Limitado (S2)

Funcionamento a carga constante, seguido de um período de

repouso de duração suficiente para restabelecer a igualdade de

temperatura com o meio refrigerante.

Regime de serviço

Regime Intermitente Periódico (S3)

Sequência de ciclos idênticos,

cada qual incluindo um período

de funcionamento a carga

constante e um período de

repouso.

Regime de serviço

Regime Intermitente Periódico com Partidas (S4)

Regime de serviço

Regime Intermitente Periódico com Frenagem Elétricas (S5)

Proteção térmica de motores elétricos

Termostato

São detectores térmicos do tipo bimetálico com contatos de

prata normalmente fechados, que se abrem quando ocorre

determinada elevação de temperatura.

Métodos de partida

Critérios para definição do método de partida:

• Características da máquina a ser acionada;

• Circunstância de disponibilidade da potência de alimentação;

• Confiabilidade de serviço;

• Distância da fonte de alimentação, devido a condição de queda de tensão.

Métodos de partida

Tipos de partida

Direta:

• pode resultar em quedas de tensão na rede, interferindo

em outros equipamentos e, em casos extremos, pode

levar a multas da concessionária;

• exige um superdimensionamento do sistema de

proteção e acionamento;

Tipos de partida

Estrela-Triângulo:

• deve ser utilizada em motores com

alto conjugado de partida;

• reduz a corrente a 1/3;

• reduz o conjugado para 1/3;

• aumenta o tempo de partida;

• o instante de comutação é bastante

crítico.

Tipos de partida

Sensores

Dispositivos de Entrada

Botoeiras

São chaves acionadas manualmente, constituídas por: botão,

contato NA (normal aberto) ou NF (normal fechado). Quando

seu botão é pressionado, invertem seus contatos, e quando

este for solto, devido ação de uma mola seus contatos voltam à

posição inicial.

Tipos de sensores

Mecânicos: Operação mecânica na detecção (contato)

Chaves Fim-de-curso

São chaves acionadas mecanicamente, por meio de um rolete

mecânico, ou gatilho (rolete escamoteável), fazendo com que

seus contatos sejam invertidos ao serem acionadas.

Geralmente são posicionadas no decorrer do percurso de

cabeçotes de máquinas, ou hastes de cilindros.

Sistema de Controle em Malha Fechada

Sistema Inteligente

Transmissores Inteligentes

Cilindros

Também conhecidos como atuadores pneumáticos ou

hidráulicos, podem ser do tipo linear, rotativo ou oscilante. Os

mais comuns são os do tipo linear, que transformam a pressão

do ar comprimido ou do óleo, em movimento linear e força. Os

tipos de cilindros lineares mais utilizados são o de simples ação

e o de dupla-ação.

Dispositivos de Saída

Válvulas direcionais

Motores elétricos

Relés e Contatores

Os contatores, apresentam as mesmas características dos

relés, porém seus contatos são dimensionados para

suportarem correntes mais elevadas, permitindo assim sua

utilização no acionamento direto de motores.

Sensores

A instrumentação na indústria de processos

SENSORES, TRANSDUTORES E TRANSMISSORES DE

- SENSOR – Elemento diretamente em contato com a variável.

- TRANSDUTOR – Traduz o valor da variável numa grandeza

elétrica.

A instrumentação na indústria de processos

SENSORES, TRANSDUTORES E TRANSMISSORES DE

- TRANSMISSOR – Conjunto: Transdutor + Condicionador de

Sinal, que traduz o valor da variável num sinal padrão.

Ex. 4 – 20 mA.

Características gerais

Linearidade: É o grau de proporcionalidade entre o sinal

gerado e a grandeza física.

Quanto maior, mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo.

Os sensores mais usados são os mais lineares, conferindo mais

precisão ao seu controlador.

Faixa de atuação: É o intervalo de valores da grandeza em que

pode ser usado o sensor, sem destruição ou imprecisão.

Histerese: É a distância entre o ponto de acionamento e

desacionamento de um sensor.

Histerese: É a distância entre o ponto de acionamento e

desacionamento de um sensor.

Distância sensora

Distância Sensora: É a distância entre a cabeça do sensor (onde é feita a

detecção do material) até o alvo (material a ser detectado).

Digitais: São sensores que possuem apenas dois níveis lógicos

de acionamento, “0” (desacionado) ou “1” (acionado).

Analógicos: São sensores que possuem mais de dois níveis

lógicos, geralmente empregados para segurança aumentada

(assunto abordado mais adiante) para limitar energia ou em

grandezas analógicas, como: temperatura, umidade, vazão, etc.

Tipos de sensores

Magnéticos: Operação magnética (magnetos)

Proteção contra curto-circuito e inversão

Inversão

Proteção contra curto-circuito

Sensores DC ou AC: Sensores podem ser alimentados em

corrente contínua (geralmente entre 10Vcc à 30Vcc) ou corrente

alternada (geralmente 110Vac ou 220Vac).

NPN: A carga é acionada através do negativo da fonte de

alimentação.

PNP: A carga é acionada através do positivo da fonte de

alimentação.

NPN PNP

Sensores de proximidade

São chaves eletrônicas que emitem um sinal ao detectar a

proximidade de um objeto em esteiras, hastes de cilindros ou

cabeçotes de máquinas.

Os sensores de proximidade podem ser de diversos tipos,

entre eles estão os: indutivos e óticos..

Sensores Indutivos

São sensores que são acionados quando um objeto metálico é

aproximado, entrando em um campo eletromagnético.

Tipos de sensores

Indutivos: Operação eletro magnética (materiais

ferromagnético);

Tipos de sensores

ferromagnético);

Fator de correção da distância sensora

Tipos de sensores

ferromagnético);

Tipos de sensores

ferromagnético);

Embutidos Não embutidos

Tipos de sensores

Capacitivos: Operação por capacitância (todos os tipos de

materiais);

Tipos de sensores

materiais);

Tipos de sensores

Dielétrico

Tipos de sensores

materiais);

Ajuste de sensibilidade

Sensores óticos

São sensores que funcionam segundo o princípio de emissão e

irradiação infravermelha.

Óptico por barreira;

Óptico por difusão;

Óptico por reflexão.

Tipos de sensores

Ópticos: Operação Emissão de luz (Todos os materiais);

Podem ser:

Light On: Saída energizada quando recebe luz;

Dark On: Saída energizada quando não recebe luz;

Dark On e Light On: Quando disponibilizam as duas opções

anteriores.

Ótico por barreira

Sensor no qual possui um elemento emissor de irradiação

infravermelha, montado em frente a um receptor em uma

distância pré-determinada. É acionado quando ocorre uma

interrupção da irradiação por qualquer objeto, pois esta deixará

de atingir o elemento receptor.

Tipos de sensores

Ópticos: Operação Emissão de luz (Todos os materiais)

Tipo barreira

Tipos de sensores

Tipo barreira

Recomendados:

Não usar para objetos pequenos;

objetos transparentes;

necessita de um bom alinhamento e dupla alimentação.

Ótico por difusão

Sensor no qual o emissor e o receptor estão montados em um

mesmo conjunto.

É acionado quando os raios infravermelhos emitidos, refletem

sobre a superfície do objeto e retornam ao receptor

Ótico por reflexão

Sensor parecido com o ótico por difusão, diferindo apenas no

sistema ótico.

Os raios infravermelhos emitidos refletem em um espelho

instalado frontalmente, e retornam ao receptor.

É acionado quando um objeto interrompe a reflexão de raios

entre o espelho e o receptor.

Tipos de sensores

Tipo refletivos

Tipos de sensores

Tipo refletivos

Recomendações:

Objetos opacos e transparentes;

Menos distância sensora;

Espelhos comprometem o funcionamento;

Tipos de sensores

Tipo difusão

Tipos de sensores

Ultrasonico: Operação com a emissão e reflexão de um feixe de

ondas acusticas;

Tipos de sensores

Pressão: Opera por comparação entre duas pressões;

Tipos de sensores

Fibras ópticas: É um modelo de sensoreamento óptico robusto,

de baixo custo, com excelente ajuste de sensibilidade manual,

indicado para aplicações diversas em máquinas e

equipamentos de automação industrial.

Conexões Elétricas dos sensores

Associação de sensores de corrente contínua

Ligação Série

Associação de sensores de corrente contínua

Ligação Paralelo

Sensores em corrente alternada

Ligação em série

Ligação em paralelo

Sensores com sinalização

Redes Industriais e supervisórios

Trabalho

Encontre os dados dos sensores a seguir:

PSE22-30GI50-E

CS30-32P70-UZA-J

OS300-18GI70-A-V1-J

Dados:

Tipo do sensor;

Tensão de alimentação;

Distância sensora;

Histerese;

Objetos detectaveis;

Corrente máxima de comutação;

Corrente de consumo;

Proteções de saída;

Temperatura de operação;

Configuração elétrica de saída;

Tipo de tubo;

Tipo de conexão.

“O transmissor inteligente é um conjunto formado basicamente

por transdutor(es), condicionador, unidade de processamento e interface de comunicação digital.”

SENSORDE

PRESSÃO

SENSORDE

TEMPERATURA

MEMÓRIA

(EEPROM)

D/AMICROPROCESSADOR

MEMÓRIA

Dados decaracterização dosensor

Configuração dotransmissor

Tons deFrequênciautilizados peloprotocolo digital

Saída4 a 20mA

Conjunto Sensor Transdutor

Dispositivos de Campo

Alguns fabricantes:

Smar / Honeywell / Foxboro / Rosemount / Elsag Bailey

Tipos de entradas digitais (DC)

• Entrada consumidora de

corrente (Sink)

• Entrada fornecedora de

corrente (Source)

Tipos de entradas digitais

Tipos de saídas digitais físicas mais comuns

Transistor / Triac:

• Características: Chaveamento eletrônico para cargas DC (Transistor), para cargas AC (Triac).

• Vantagem: Alta vida útil, alta freqüência de chaveamento (apenas para o transistor), ocupam pouco espaço no módulo, isolação entre módulo e carga.

• Desvantagens: Baixa proteção contra sobrecorrente e curto-circuito (necessita ser associado a fusíveis). Geralmente para cargas de baixa potência (100 a 500 mA).

• Saída a transistor consumidora

de corrente (Sink).

• Saída a transistor fornecedora

de corrente (Source).

Relé:

• Características: Chaveamento eletro-mecânico para cargas AC ou DC.

• Vantagem: Alta isolação entre módulo e carga, permite chavear cargas de média potência.

• Desvantagens: Vida útil limitada pelo desgaste mecânico, baixa freqüência de chaveamento.

ENTRADAS E SAÍDAS DISCRETAS

ENTRADAS E SAÍDAS ANALÓGICAS

• A interface analógica permite que grandezas analógicas

possam ser lidas pelo controlador ou que o controlador

possa modificar uma grandeza analógica, através de

conversores A/D e D/A.

• Os níveis mais utilizados são para tensão de 0 a 10Vcc e corrente de 0 a 20mA.

• A tensão ou corrente de entrada é convertida

para um código digital proporcional ao valor

analógico, através de um conversor analógico

digital.

As seguintes características são importantes na escolha do módulo:

– Quantidade de canais disponíveis: são oferecidos módulos de 2, 4, 8 ou 16 canais.

– Tipo e faixa de operação: os valores mais comuns são corrente (0-20mA, 4-20mA), tensão (0-10V, ±10V) ou temperatura.

– Resolução do conversor A/D: os valores mais comuns são 8, 10, 12 ou 16 bits.

– Ciclo de atualização da amostragem: há um tempo necessário para que os sinais analógicos sejam digitalizados e disponibilizados para a CPU.

SAÍDAS ANALÓGICAS

• A interface para saídas analógicas recebe do processador

dados numéricos que são convertidos em valores

proporcionais de corrente ou tensão e aplicados nos dispositivos de campo.

Monitoração do Processo: indicadores de pressão,

temperatura, etc; sensores de vibração em máquinas, alarmes,

Análise Experimental de Engenharia: em laboratórios de

aferição, na verficação de desgastes e fadiga, etc.

Obs.: Usualmente tem-se instrumentos mais precisos e

delicados, cuja resposta dinâmica muitas vezes fica em

segundo plano.

Controle de Processo: sensores usados para medir variáveis

de um processo controlado, enviando essas informações a um

controlador que gera sinais de comando para atuadores.

Um Instrumento de Medição pode ser representado com um

conjunto de sub-sistemas com funções específicas. Um

possível Diagrama Funcional:

Para um Instrumento de Atuação, um possível Diagrama

Funcional:

Termostatos/Chave de Temperatura

A proteção térmica e efetuada por meio de termoresistências

(resistência calibrada), termistores, termostatos ou protetores

térmicos.

Os tipos de detectores a serem utilizados são determinados

em função da classe de temperatura do isolamento

empregado, de cada tipo de maquina e da exigência do cliente.

Termorresistores (PT-100)

São elementos onde sua operação e baseada na característica

de variação da resistência com a temperatura, intrínseca a

alguns materiais (geralmente platina, níquel ou cobre).

Termistores (PTC e NTC)

São detectores térmicos compostos de sensores

semicondutores que variam sua resistência bruscamente ao

atingirem uma determinada temperatura.

PTC - coeficiente de temperatura positivo

NTC - coeficiente de temperatura negativo

Possuem um baixo custo, relativamente ao do tipo Pt-100,

porem, necessitam de rele para comando da atuação do alarme

ou operação.

Termistores (PTC e NTC)

Relé eletrônico RPW que tem a função especifica de ler o sinal

do PTC e atuar.

Pressostato/Chave de Pressão

Válvula Solenóide

Segundo o Tipo de Sinais produzidos ou manipulados:

Digitais: assumem ou indicam valores em um conjunto finito

enumerável de possibilidades.

Instrumentos eletrônicos de medição com mostradores digitais;

Instrumentos de medição ligados em uma rede digital dedicada

(field bus, sensor bus, etc);

Motor de passo;

Encoder (medição de posição via contabilização de pulsos

gerados);

Segundo o Tipo de Sinais produzidos ou manipulados:

Analógicos: assumem ou indicam valores em um conjunto finito

não-enumerável de possibilidades(faixa contínua de valores em

um intervalo finito).

Termômetro de mercúrio;

Amperímetro com bobina móvel;

Manômetro de tubo em U;

Régua milimetrada;

Válvula pneumática com acionamento contínuo;

Aquecedor elétrico com tensão de acionamento contínua.

É comum encontrar-se os seguintes padrões de envio de

medições/comandos em Instrumentação Industrial:

Sinais de pressão de 3 psi a 15 psi (libras por polegada

quadrada);

Sinais de corrente de 4 mA a 20 mA;

Sinais de tensão de 1 V a 5 V.

O valor mínimo enviado diferente de zero possibilita testar se o

instrumento está funcionando, mesmo que o valor da medição

ou do comando seja nulo.

Segundo a Utilização de Fontes de Energia:

Passivos: utilizam a energia do próprio meio, ou energia

humana/animal para funcionarem.

Instrumentos de medição deste tipo devem ser adequadamente

dimensionados para minimizar a interferência sobre a variável a

ser medida, devido ao fato de absorverem energia do próprio

meio para funcionarem.

Termômetro de mercúrio;

Manômetro de tubo em U;

Régua milimetrada;

Válvula manual (e.g. torneira);

Hidrômetro doméstico.

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