automacao basica

CPM – Programa de Certificação do Pessoal de Manutenção

___________________________________________________________________________SENAIDepartamento Regional do Espírito Santo 1

InstrumentaçãoAutomação Básica


Automação Básica e Circuitos de Intertravamento e Alarmes

SENAI – ES, 1999

Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)

Coordenação Geral Evandro de Figueiredo Neto (CST)Robson Santos Cardoso (SENAI)

Supervisão Rosalvo Marcos Trazzi (CST)Fernando Tadeu Rios Dias (SENAI)

Elaboração Flavio Morais de Souza (SENAI)

Aprovação Marcos Antônio R. Nogueira (CST)Wenceslau de Oliveira (CST)

SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Regional do Espírito SantoCTIIAF – Centro Técnico de Instrumentação Industrial Arivaldo FontesAv. Marechal Mascarenhas de Moraes, 2235 Bento Ferreira – Vitória – ESCEP 29052-121Telefone: (27) 334-5200Telefax: (27) 334-5211

CST – Companhia Siderúrgica de TubarãoDepartamento de Recursos HumanosAv. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro – Serra – ESCEP 29160-972Telefone: (027) 348-1286Telefax: (027) 348-1077


Índice1 – NOÇÕES DE CIRCUITOS LÓGICOS

1.1 – Tópicos da álgebra de Boole 4

1.2 – Simplificação de circuitos lógicos 9

1.3 – Montagem de circuitos com condições estabelecidas 14

2 – PRÍNCIPIO DE CONTROLE SEQUENCIAL E CIRCUITOS BÁSICOS

2.1 – Controle sequêncial 16

2.2 – Circuito sequêncial 19

2.3 – Circuitos básicos 24

3 – DIAGRAMAS DE COMANDO

3.1 – Introdução 34

3.2 – Intertravamento de contatores 41

3.3 – Sistemas de partida de motores 43

3.4 – Comando de um contator por botões ou chaves 50

3.5 – Reversão de rotação de motor trifásico com contator 52

3.6 – Reversão de rotação de motor trifásico com contator e chaves fim de curso 54

3.7 – Partida com comutação automática estrela-triângulo de um motor 55

3.8 – Partida automática de motor trifásico com autotransformador 57

3.9 – Partida com motor de rotor bobinado com comutação de resistência 58

3.10 – Partida consecutiva de motores com relés temporizados 60

3.11 – Partida automática e frenagem eletromagnética de motor trifásico 62

4 – O CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

4.1 – Surgimento do controlador programável 62

4.2 – Introdução da tecnologia de controladores lógico programáveis – PLC’s 65

4.3 – Arquitetura do controlador programável 70

4.4 – Programação do controlador programável 82

5 – ARQUITETURA DIGITAIS E INTERFACE HOMEM-MÁQUINA

5.1 – Introdução 93

5.2 – Sistema de aquisição de dados “DAS” 93

5.3 – Sistema supervisório de controle “SPC” 99

5.4 – Sistema de controle digital direto “DDC” 100

5.5 – Sistema de controle com controladores programáveis 102

5.6 – Sistema de controle digital distribuído – “SDCD” 105


1 - NOÇÕES DE CIRCUITOS LÓGICOS

1.1 - TÓPICOS DA ALGEBRA DE BOOLE

É uma técnica matemática que é usada quando consideramos problemas de natureza lógica.Em 1847, o matemático inglês George Boole desenvolveu leis básicas aplicadas emproblemas de lógica dedutiva. Até 1938, isto se restringia ao estudo de matemática, quandoentão um cientista do Bell Laboratories, Claude Shammon, começou a utilizar tais leis noequacionamento e análise de redes com multicontatos. Paralelamente ao desenvolvimento doscomputadores, a álgebra de Boole foi ampliada, sendo hoje ferramenta fundamental no estudode automação.

A álgebra de Boole utiliza-se de dois estados lógicos, que são 0 (zero) e 1(um), os quais,como se vê, mantém relação íntima com o sistema binário de numeração. As variáveisbooleanas, representadas por letras, só poderão assumir estes dois estados: 0 ou 1 , que aquinão significam quantidades.

O estado lógico “0” representa um contato aberto, uma bobina desenergizada, uma transistorque não está em condução, etc.; ao passo que o estado lógico 1 representa um contatofechado, uma bobina energizada, um transistor em condução, etc.

1.1.1 – Postulados e Teoremas

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

a) 0;A ,1A se1;A ,0A se

====

b)00.0111

==+

c)11.1

000=

=+ d)00.11.0

11001==

=+=+

e)A1.A

A0A=

=+ f)00.A11A

==+

g)AA.A

AAA=

=+ h)0A.A

1AA=

=+


i) AA = j) A.BB.A

ABBA=

+=+

k)C).B.A()C.B.(A

C)BA()CB(A=

++=++l)

A)BA.(AAB.AA=+

=+

m)C.AAB)CB.(A

)CA).(BA(C.BA+=+

++=+n)

B.A)BA.(ABAB.AA

=++=+

o) BAB.A

B.ABA

+=

=+

1.1.2 - Circuitos Sequenciais

a) Circuito LigaNa figura 1.1, temos a chave A e a lâmpada X. Quando a chave A está aberta ( estado “0” ), alâmpada X está apagada ( estado “0”). Quando a chave A está fechada ( estado “1” ), alâmpada X está acesa ( estado “1”).

A equação deste circuito é A=X. Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabelaverdade 1.1.

Figura 1.1 Tabela 1.1

b) Circuito Desliga ( NOT)Na figura 1.2a, temos a chave A e a lâmpada X. Quando a chave A está aberta ( estado “0”), alâmpada X está acesa ( estado “1”). Quando a chave A está fechada ( estado “1”), a lâmpadaX está apagada ( estado “0”).


A equação deste circuito é XA = . Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela 1.2.Esta lógica é, geralmente, realizada com contato normalmente fechado, como mostrado nafigura 1.2b.

Figura 1.2aFigura 1.2b Tabela 1.2

c) Circuito E (AND)Na figura 1.3 temos as chaves A e B em série e a lâmpada X. Somente quando ambas aschaves, A e B, estão ligadas ( estado “1”) , a lâmpada X está acesa ( estado “1”).

A equação deste circuito é XB.A = . Os possíveis estados de A, B e X são mostrados natabela 1.3.


d) Circuito ou (OR)Na figura 1.4 temos as chaves A e B em paralelo e a lâmpada X. Quando uma das chaves, Aou B, ou ambas, estão fechadas ( estado “1”), a lâmpada X está acesa (estado ”1”).

A equação deste circuito é XBA =+ . Os possíveis estados de A, B e X são mostrados natabela 1.4.



Apresenta-se no quadro abaixo um resumo de bloco lógicos básicos e algumas combinaçõescomuns:


1.2 - SIMPLIFICAÇÃO DE CIRCUITO LÓGICOS

1.2.1 – Simplificação Utilizando a Álgebra de BooleAplicando os postulados e teoremas da álgebra de Boole, podemos simplificar expressões, oque implica em simplificação de circuitos.

Exemplo 01 :

Simplificar o circuito da figura 1.5.

Figura 1.5

Solução :

A equação deste circuito é : )BA).(BA(AL +++=

BA A.BA

A.BB.AA B.BA.BB.AA.AA)BA).(BA(AL

+=+=

++=++++=+++=

A figura 06 representa o circuito simplificado.


Figura 1.6

Exemplo 02:

Simplificar o circuito da figura 7.

Figura 1.7

Solução :

A equação deste circuito é : YX.CL +=

Onde :

B.AYeBAX =+=


CBA BB.CA

BAC.B.A B.A)BA.(CYX.CL

++=++=

++=++=+=

A figura 08 representa o circuito simplificado.

Figura 1.8

1.2.2 – Simplificação com Mapa de KARNAUGH

Quando utilizamos os teoremas e postulados Booleanos para simplificação de uma circuitológico qualquer não podemos afirmar, que a equação resultante está na sua forma minimizada.Existem métodos de mapeamento de circuitos lógicos, que possibilitam a minimização deexpressões com N variáveis. Um desse métodos é a utilização do mapa de KARNAUGH e éindicado para minimização de até 4 variáveis.


Exemplo 1 :

Simplificar o circuito da figura 1.9.

Figura 1.9 Figura 1.10

Solução:

A equação deste circuito é : B.AB.AB.AL ++=

Marcamos no mapa de Karnaugh, figura 1.11, as regiões correspondentes a cada parcela daequação do circuito.

Figura 1.11

Tomamos o menor número de pares de parcelas vizinhas. A mesma região pode pertencer apares diferentes. As regiões 1 ( parcela A ) e 2 ( parcela B) correspondem à simplificação docircuito que é :

BAL +=A figura 1.10 representa o circuito simplificado.


Exemplo 2:

Simplificar o circuito da figura 1.12


Solução :

A equação deste circuito é :

C.B.AA.CC.BB.A)B.AA.(CC.BB.AL +++=+++=

No mapa de KARNAUGH, figura 1.14, marcamos :

Figura 1.14

Tomamos o menor número de quadras vizinhas. As regiões 1 (parcela A), 2 (parcela B) e3(parcela C) correspondem à simplificação do circuito que é:

CBAL ++=

A figura 1.13 representa o circuito simplificado.


1.3 – MONTAGEM DE CIRCUITOS COM CONDIÇÕES ESTABELECIDAS

1.3.1 – Método da Soma de ProdutosDevemos inicialmente preencher a tabela verdade nas condições do problema. Somam-se osprodutos das entradas onde se tem a saída no estado “1”, sendo que as variáveis de entrada noestado “0” são barradas. A equação assim obtida é a solução do circuito.

Exemplo :

Montar o circuito que contém 3 chaves A,B e C e uma lâmpada na seguinte condição: quandopelo menos duas chaves estiverem ligadas, a lâmpada estará acesa.


Solução:

As saídas ① ,② ,③ e ④ da tabela verdade, figura 1.15, atendem às condições do problema.Então :

C.B.AC.B.AC.B.AC.B.AL +++=

No mapa de KARNAUGH, figura 16, marcamos :

Região V① , parcela C.B.A

Região V② , parcela C.B.A

Região V③ , parcela C.B.A

Região V④ , parcela C.B.A


tomamos o menor número de duplas vizinhas.

As regiões 1 ( parcela A.B), 2 (parcela B.C) e 3 ( parcela C.A), correspondem à simplificaçãodo circuito que é :

A.CC.BB.AL ++=

A figura 1.17 representa o circuito simplificado.

Figura 1.17


2–PRINCÍPIO DE CONTROLE SEQUENCIAL E CIRCUITOS BÁSICOS

2.1 – CONTROLE SEQUENCIALO controle sequencial é o comando passo a passo de uma série de eventos no tempo e numaordem predeterminada.

2.1.1 - ExemploComo exemplo de controle sequencial, um processo industrial de aquecimento é mostrado nafigura 2.1.

Temos que :

a) encher o tanque com matéria-prima até certo nível;

b) aquecer o conteúdo do tanque, com uso de vapor, agitando o conteúdo atá certatemperatura;

c) dar vazão à matéria aquecida.

A operação descrita acima é executada manualmente nesta sequência :

1- abrir a válvula manual “V1” para que a matéria prima chegue ao tanque;

2- fechar “V1” quando a matéria prima atingir certo nível marcado pelo indicador “L”;

3- abrir a válvula manual “V2” para aquecimento com passagem de vapor pelo tubo e ligar omotor “M” fazendo girar o homogenizador, para agitar a matéria;

4- quando a indicação do termômetro “TH” atingir certo valor, interromper a passagem devapor fechando “V2” e parar a agitação desligando o motor “M”;

5- dar vazão à matéria aquecida.


6- Quando o tanque esvaziar, fechar “V3”.

Os passos de 1 a 6 são repetidos quantas vezes forem necessárias.

Este processo pode ser realizado automaticamente, figura 2.2, nesta sequência :

1- Apertando-se a botoeira de partida, o processo irá iniciar com a abertura da válvulasolenóide “VS1”, e a matéria prima chegará ao tanque.

2- Quando for atingido certo nível de matéria, a válvula solenóide “VS1” irá fechar devido àatuação do sensor de nível “SN”.

3- Fechando-se a válvula solenóide “VS1”, a chave de fluxo “CFC1” irá abrir a válvulasolenóide “VS2” para aquecimento com passagem de vapor e também ligar o motor “M”do homogenizador para agitar a matéria.

4- Quando a matéria atingir certa temperatura, a válvula solenóide “VS2” irá fechar, e omotor “M” irá parar devido à atuação do sensor de temperatura “ST”.

5- Fechando-se a válvula solenóide “VS2”, a chave de fluxo “CFC2” irá abrir a válvulasolenóide “VS3”, dando vazão à matéria e acionando um temporizador.

6- Após certo tempo, a válvula solenóide “VS3”, irá fechar e acionará a chave fluxo “CFC3”,que fará abrir a válvula solenóide “VS1”, recomeçando o processo. Este processo seráinterrompido apertando-se a botoeira de parada quando a válvula solenóide “VS3” estiverterminando de fechar.

Um número predeterminado de execuções do processo pode ser conseguido usando-se umcontador.


2.1.2 – Características do controle sequencial

O controle sequencial tem as seguintes características :

a) do sinal de entrada até o de saída a sequência de operações obedece uma ordempredeterminada;

b) durante a execução da sequência, o sinal de controle é transmitido obedecendo certascondições;

c) o passo seguinte é executado dependendo do resultado anterior;

Geralmente, o controle sequencial é o mais conveniente, indicado e utilizado em operações deatuação passo a passo, como, por exemplo, partida-parada, modificar condição de execuçãode manual para automático, etc.

2.1.3 – Diagrama de Blocos

Na figura 2.3 é mostrado o diagrama de blocos do comando sequencial.

1) Um dispositivo de comando é acionado por um operador;

2) Um sinal é transmitido para o dispositivo de processo que irá atuar de maneirapredeterminada.

3) O sinal de detecção, que significa a condição de processo, é enviado aos dispositivos desinalização;

4) Um sinal de controle, resultante de um sinal de processo e/ou detecção, é transmitido aodispositivo de final de controle;

5) O sinal transmitido do dispositivo de final de controle atua sobre o dispositivo controlado;

6) Com a atuação dos dispositivos controlados, a variável controlada atinge uma condiçãopredeterminada, e os dispositivos sensores e de proteção atuam.

7) Um sinal de detecção, que significa condição da variável controlada, é enviado aosdispositivos de sinalização e/ou aos de processo, para a próxima sequência de operações.

8) Os dispositivos de sinalização indicam as condições de processo e da variável controladaao operador. Dependendo do resultado dessa sinalização, o operador poderá acionar odispositivo de comando quando necessário.


Figura 2.3

2.2 – CIRCUITO SEQUENCIAL

2.2.1 – ConceitoÉ um circuito lógico cujos valores de saída, num determinado instante, dependem tanto dosvalores de entrada quanto do estado interno do dispositivo nesse instante, e cujo estadointerno depende do valores de entrada imediatamente precedente. A denominação se deve aofato de a sequência das mudanças das entradas influir no comportamento do circuito.

2.2.2 – Análise de circuito

O funcionamento de um circuito sequencial pode ser analisado através do diagrama de tempoou do diagrama de transição.


Exemplo :

Equações :

321

2313

12

01

d.d.dhd).dd(d

bdbd

=

+=

==

O funcionamento do circuito da figura 2.4 é mostrado nos diagramas de tempo (figura 2.5a e2.6a) e de transição (figura .2.5b e 2.6b).

a) Com acionamento de “b0” em primeiro lugar:


OBSERVAÇÃO:

No diagrama de transição, a indicação de um passo sem círculo representa um estadotransitório. Por exemplo, na figura 2.5b, na posição 4, o relé “d3” está na energização e em 1está na desenergização. Na mesma figura as indicações “1” e “0” significam lâmpada “h”acesa e apagada, respectivamente.

b) Com acionamento de “b1” em primeiro lugar:

Comparando os procedimento descritos anteriormente, verifica-se que a lâmpada “h” acende-se somente quando “b0” é acionado em primeiro lugar.

2.2.3 – Montagem de circuito com condições estabelecidas

O circuito é montado a partir da equação que pode ser obtida do diagrama de tempo ou dodiagrama de transição, com condições estabelecidas.

Exemplo :

Montar um circuito que contém duas botoeiras “b0” e “b1”, um contador auxiliar “d” e umalâmpada “h”, de modo que :

① quando se apertar a botoeira “b1”, a lâmpada “h” se acenda e permaneça acesa;

② quando se apertar a botoeira “b0”, a lâmpada “h” se apague e permaneça apagada;

③ quando se apertar as duas botoeiras “b0” e “b1” juntas , a lâmpada “h” permaneça acesa.


Usando-se o diagrama de tempo da figura2.7.

No diagrama de tempo temos :

Passo ① - o circuito não se altera;

Passo ② - aciona-se “b1”, energizando “d”, e a lâmpada “h” se acende;

Passo ③ - libera-se “b1”, e a lâmpada “h” permanece acesa;

Passo ④ - aciona-se “b0”, desenergizando “d”, a lâmpada “h” se apaga e permanece apagada.Quando “b0” é liberado, o circuito volta à condição inicial.

ou

Passo ① - o circuito não se altera;

Passo ② - aciona-se “b1”, energizando “d”, e a lâmpada “h” se acende;

Passo ③ ’ - com “b1” acionado, aciona-se “b0” e a lâmpada “h” permanece acesa;

Passo ④ - libera-se “b1” com “b0” ACIONADO, e a lâmpada “h” se apaga e permaneceapagada. Quando “b0” é liberado, o circuito volta à condição inicial.

Para se obter a equação do circuito, procede-se da seguinte maneira :

1 – Na sequência ①①①① →→→→②②②② →→→→③③③③ →→→→④④④④

Nesta sequência, o sinal que atua o relé “d” ( passo ② ) é retirado, enquanto este está atuando(passo ③ ), sendo necessário neste caso a retenção. A equação de “d” é :

d.d"" relé do

retenção de condiçãod"" relé do atuaçãode inicial condição

d

+

=

Considera-se a condição inicial de atuação do relé ( no passo ② ) , que é

10 b.b ,

e a seguir considera-se a condição de retenção do relé “d”(no passo ③ ), que é


10 b.b

Assim, a equação do relé “d” ( nos passos ② e ③ ) é

d.b.bb.bd 1010 +=

Observação :

Todas as condições existentes para o relé, tanto inicial como todos os passos de retenção,devem ser consideradas.

2 – Na sequência ①①①① →→→→②②②② →→→→③③③③ ’→→→→④④④④

Nesta sequência, o sinal que atua o relé “d” se mantém enquanto este está atuando e, nestecaso, a equação de “d” é :

relé) do atuação de condições as (todasd =

conforme se tem acima ( nos passos ② e ③ )

10011010 b)bb(bb.bb.bd =+=+=

Considerando todas as condições, tem-se:

d.bbd

d.b.bbd

d.b.b)b1(bd

bd.b.bb.bd

01

101

1001

11010

+=

+=

++=

++=

A configuração do circuito é mostrada na figura 2.8


2.3 – CIRCUITOS BÁSICOS

A seguir são mostrados alguns circuitos básicos de comando e acionamento elétrico.

2.3.1 – Circuito de Retenção

Nos circuitos da figura 2.9, apertando-se a botoeira “b1”, a bobina do contator “d” éenergizada, fazendo fechar os contatos de retenção “d” como também o contato “d” para alâmpada e esta se acende. Liberando-se a botoeira “b1 “, a bobina mantém-se energizada, e alâmpada “h” permanece acesa. Quando se apertar a botoeira “b0”, a bobina serádesenergizada, fazendo abrir os contatos de retenção para a lâmpada “h”, e esta se apaga.Libera-se “b0”, a lâmpada permanece apagada e o circuito volta à condição inicial.

Figura 2.9


Quando apertar as duas botoeiras “b0” e “b1” ao mesmo tempo, no circuito da figura 2.9a , alâmpada “h” não se acende, porque a botoeira “b0” tem preferência na desenergização, e nocircuito da figura 2.9b a lâmpada “h” se acende, porque a botoeira “b1” tem preferência naenergização.

2.3.2 – Circuito de IntertravamentoNos circuitos da figura 2.10, apertando-se a botoeira “b12” (ou ‘b13”), a bobina do contator “d1” (ou“d2”) é energizada, impossibilitando a energização da outra, e não deixando energizar as duas aomesmo tempo, porque estão intertravadas.

Figura 2.10

Quando se apertar as duas botoeiras “b12” e depois “b13”, no circuito da figura 2.10(a), quetem intertravamento mecânico, com os contatos normalmente fechados das botoeirasconjugadas, as lâmpadas não se acendem, e, no circuito da figura 2.10(b), o intertravamento éelétrico com os contatos normalmente fechados dos contatores. Neste caso, a lâmpada “h12” seacende e “h13” não se acende.Na figura 2.11 é mostrado um circuito com retenção (selo) e intertravamento elétrico.

Figura 2.11


Apertando-se a botoeira “b12” (ou “b13”) a bobina do contator “d1”( ou “d2”) é energizada, ocontato de selo “d1” (ou “d2”) fecha-se mantendo a energização, o contato de intertravamentode “d1” (ou “d2”) ligado em série com “d2” (ou “d1 “) impossibilita a energização das duasbobinas ao mesmo tempo. Para se energizar a bobina “d2” (ou “d1 “) é necessário apertar abotoeira “b0”, desenergizando a bobina “d1” (ou “d2”) antes de apertar “b13” (ou “b12”). Nestecircuito, quando se apertar “b12” e “b13” ao mesmo tempo, os dois contatores serãoenergizados instantaneamente até que um dos contatos de intertravamento abra.Na figura 2.12 são mostrados os circuitos de intertravamento mecânico e elétrico queoferecem maior segurança pela sua constituição.

Figura 2.12

Quando a bobina do contator “d1” (ou “d2”) estiver energizada, para se energizar a bobina docontator “d2” (ou “d1”) no circuito da figura 2.12(a), é necessário primeiro apertar a botoeira“b0” e depois ‘b13” (ou “b12”), ao passo que, no circuito da figura 2.12(b), não há necessidadede tal procedimento, porque, apertando-se “b13” (ou “b12”), a bobina do contator “d1” (ou“d2”) é desenergizada pelo contato de intertravamento da respectiva botoeira.


2.3.3 – Circuito de Prioridade

a) Primeira açãoEste circuito, figura 2.13, permite energizar somente o contator atuado em primeiro lugar.

Figura 2.13

b) Última açãoEste circuito, figura 2.14, permite a energização do contator acionado em último lugar.

Figura 2.14


c) Primeiro lugarEste circuito, figura 2.15, permite a energização de qualquer contator em primeiro lugar. Aseguir, só é possível a energização de um contator anterior, na sequência.

Figura 2.15

d) SequênciaEste circuito, figura 2.16, só permite a energização dos contatores em sequência, a partir doprimeiro.

Figura 2.16


2.3.4 – Circuito Temporizado

a) Liga retardadoNo circuito da figura 2.17(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” seacende depois de um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d”. Liberando-se a chave“a”, a lâmpada “h” se apaga no mesmo instante.

O circuito da figura 2.17(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é porbotoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.

Figura 2.17


b) Desliga retardadoNo circuito da figura 2.18(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h”acende-se no mesmo instante. Liberando-se a chave “a”, após um certo tempo “t”, ajustado notemporizador “d2”, a lâmpada “h” se apaga. O circuito da figura 2.18(b) tem a mesma funçãodo anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostradospara cada circuito, respectivamente.

Figura 2.18

c) Liga-desliga retardado

No circuito da figura 2.19(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, depois de umcerto tempo “t”, ajustado no temporizador “d1”, a lâmpada “h” acende-se. Liberando-se achave seccionadora “a”, depois de um certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2” alâmpada “h” se apaga.O circuito da figura 2.19(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é porbotoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.


Figura 2.19

d) Ação temporizada

No circuito da figura 2.20(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” seacende no mesmo instante e se mantém acesa durante um certo tempo “t”, ajustado notemporizador “d”. O circuito figura 2.20(b) tem a mesma função do anterior, sendo que oacionamento é por botoeiras.

Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.

Figura 2.20


e) Liga retardado com ação temporizadaNo circuito da figura 2.21(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, após um certo“t1”, ajustado no temporizador “d1”, a lâmpada “h” se acende e se mantém acesa durante umcerto tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2”.

O circuito da figura 2.21(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é porbotoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.

Figura 2.21

f) Ação liga-desliga (pisca-pisca)

No circuito da figura 2.22(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” seacende no mesmo instante e se mantém acesa durante um certo tempo “t1”, ajustado notemporizador “d1”, e se mantém apagada durante um certo tempo “t2”, ajustado notemporizador “d2”. A lâmpada “h” se mantém nesses estados, acesa e apagada, até que achave seccionadora “a” seja liberada.O circuito da figura 2.22(b) tem a mesma função do anterior, só que o acionamento é porbotoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.


Figura 2.22

g) Retenção retardada

No circuito da figura 2.23(a), para a lâmpada “h” se acender, a botoeira “b1” deve ficaracionada durante um tempo superior ao tempo “t”, ajustado no temporizador “d1 “. Casocontrário, a lâmpada “h” não se acende. O diagrama de tempo do circuito é mostrado nafigura 2.23(b).

Figura 2.23


3 – DIAGRAMAS DE COMANDO

3.1 – INTRODUÇÃOOs diagramas elétricos têm por finalidade representar claramente os circuitos elétricos sobvários aspectos, de acordo com os objetivos :

- funcionamento sequencial dos circuitos;

- representação dos elementos, suas funções e as interligações conforme as normasestabelecidas;

- permitir uma visão analítica das partes do conjunto;

- permitir a rápida localização física dos elementos.

3.1.1 – Tipos de diagramaDiagrama tradicional ou multifilar completoÉ o que representa o circuito elétrico da forma como é realizado. É de difícil interpretação eelaboração, quando se trata de circuitos mais complexos ( figura 3.1).

Figura 3.1


Para a interpretação dos circuitos elétricos , três aspectos básicos são importantes, ou seja:

- os caminhos da corrente, ou os circuitos que se estabelecem desde o início até o fimdo processo de funcionamento;

- a função de cada elemento no conjunto, sua dependência e interdependência emrelação a outros elementos;

- a localização física dos elementos.

Em razão das dificuldades apresentadas pelo diagrama tradicional, esses três aspectosimportantes foram separados em duas partes, representadas pelo diagrama funcional e pelodiagrama de execução ou de disposição.Na primeira parte, os caminhos da corrente, os elementos, suas funções, interdependência esequência funcional são representados de forma bastante prática e de fácil compreensão(diagrama funcional) figuras 3.2 e 3.3.



Na Segunda parte temos a representação, a identificação e a localização física dos elementos(diagrama de execução ou de disposição ) figura 3.4.

Figura 3.4

Assim, o funcional se preocupa com os circuitos, elementos e funções; o de disposição, com adisposição física desses elementos.Combinando-se esses dois tipos, os objetivos propostos são alcançados de maneira prática eracional. O diagrama de execução pode apresentar também o circuito de força.

3.1.2 – Identificação dos componentes no diagrama funcional

Os componentes no diagrama são representados conforme a simbologia adotada eidentificados por letras e números ou símbolos gráficos.

Identificação por letras e números:


Identificação por símbolos gráficos:

Dessa forma, os retângulos ou círculos simbolizam os componentes, e as letras C1, C2, C3 ouL, Y e ∆ indicam, respectivamente, um determinado contator que está localizado no circuitode potência. A letra L e os símbolos Y e ∆ indicam sua função que pode ser : L corresponde àlinha, Y corresponde à ligação estrela, ∆ corresponde à ligação triângulo.Da mesma forma, as indicações C1, C2, e C3, etc, correspondem a contatores cujas funçõesserão conhecidas pelo diagrama de potência ( figuras 3.5 à 3.7).


3.1.3 – Identificação Literal de Elementos

EXEMPLOSNORMAS VDE


3.2 – INTERTRAVAMENTO DE CONTATORESÉ um sistema elétrico ou mecânico destinado a evitar que dois ou mais contatores se fecham,acidentalmente, ao mesmo tempo provocando curto-circuito ou mudança de sequência defuncionamento de um determinado circuito.

Figura 3.8

3.2.1 – Intertravamento Elétrico

a) Por contatos auxiliares do contator :

Neste processo é inserido um contator auxiliar tipo “NF” (normalmente fechado) de umcontator do circuito de comando, que alimenta a bobina de outro controlador. Deste modo,faz-se com que o funcionamento de um dependa do outro ( figura 3.8).


b) Por botões conjugados :

Neste processo, os botões são inseridos no circuito de comando de forma que, ao ser acionadopara comandar um contator, haja a interrupção do outro ( botão b1, fechador(contatonormalmente aberto - NA) de C1, conjugado com b1, abridor(NF) de C2 , e b2, fechador de C2,conjugado com b2, abridor de C1).

OBS.:

Quando possível, devem-se usar os dois processos ( a e b) de intertravamento.

3.2.2 – Intertravamento Mecânico por balancimNeste processo é colocado nos contatores um dispositivo mecânico, composto por um apoio euma régua ( balancim) . Esse balancim faz intertravamento dos contatores. Quando umcontator é acionado, atua sobre um extremo de régua, fazendo com que a outra extremidadeimpeça o acionamento do outro contator. Este processo é muito usado, quando a corrente ébastante elevada e há possibilidade de soldagem dos contatos.

Figura 3.9


3.3 - SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES TRIFÁSICOS

As partidas de motores trifásicos podem ser diretas, estrela-triângulo, com compensadores ouainda por resistências rotóricas (Motor Rotor Bobinado).A instalação desses sistemas obedece critérios técnicos e legais, de acordo com as normas daABNT para instalações de baixa tensão.

Potência do motorConforme a região do país, cada fornecedor de energia elétrica permitirá a partida direta demotores de determinada potência. Quando for necessário um dispositivo de partida comtensão reduzida ou corrente reduzida, o sistema será determinado pela carga, conforme aspossibilidades ou características.Considerando-se as possibilidades, o motor pode partir a vazio até a plena rotação, e sua cargadeve ser incrementada paulatinamente, até o limite nominal.

Tipo de cargaQuando as condições da rede exigirem partida com tensão ou corrente reduzida, o sistemaserá determinado pela carga, conforme as possibilidades ou tipo de carga.

a) Considerando-se as possibilidades, o motor pode partir a vazio até a plena rotação, e suacarga incrementa até o limite nominal.

Exemplos:Serra circular, torno ou compressor que deve partir com as válvulas abertas.Neste caso, a partida pode ser em estrela-triângulo.

b) O motor deve partir com carga ou com um conjugado de resistente em torno de 50%.

Exemplos:Calandras, bombas, britadores.Neste caso, emprega-se a chave compressora, utilizando-se os “taps” de 65% ou de 80% detransformador.

c) O motor deve partir com rotação controlada, porém com torque bastante elevado.

Exemplos:Pontes rolantes, betoneiras, máquinas de “off-set”.Neste caso, utiliza-se o motor rotor bobinado.

3.3.1 - Comparação entre sistemas de partida

Partida direta

Na partida direta à plena tensão, o motor de rotor gaiola pode partir à plena carga e com acorrente elevando-se de 5 a 6 vezes à nominal, conforme o tipo e número de pólos.De acordo com o gráfico da figura 3.10, a corrente de partida (curva “a”) é igual a 6 vezes a


corrente nominal.O conjugado na partida atinge aproximadamente 1,5 do conjugado nominal.

Figura 3.10

Partida estrela-triângulo

É fundamental para a partida com a chave estrela-triângulo, que o motor tenha a possibilidadede ligação em dupla tensão, ou seja, em 220/380V em 380/660V.Os motores deverão ter, no mínimo, 6 bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderáser usada quando a curva de conjugados do motor for suficientemente elevada para podergarantir a aceleração da máquina com a corrente reduzida para 25 a 30% da corrente departida direta. A curva do conjugado é reduzida na mesma proporção. Por esse motivo,sempre que for necessário uma partida estrela-triângulo, deverá ser usado um motor comelevada curva de conjugado.

Exemplo de cálculo da potência de um motor em estrela e triângulo:

Um motor trifásico ligado a uma rede de 220V absorve da linha 208A, quando ligado emtriângulo.

A corrente na fase desse motor será de A1203

208 =

Esse motor ligado em estrela estará sob uma tensão de fase de V1203

220 =

Havendo uma redução de tensão de fase, consequentemente haverá uma redução na corrente.

A3,69220

120x127X

XV127A120V220

==

→→

A corrente de linha em triângulo é de 208A. Em estrela, a corrente de linha é de 69,3A, o querepresenta aproximadamente 30% de 208A.

Na partida em estrela, a corrente de partida é de 1,5 a 2 vezes a corrente nominal, mas oconjugado de partida é um quarto do conjugado máximo ( 25 a 30%).Na partida em triângulo, os conjugados de partida são máximos, mas a corrente éaproximadamente 6 vezes a corrente nominal.


Como exemplo, nas figuras 3.11 e 3.12 temos a ligação estrela-triângulo de um motor, comcargas diferentes, apresentando dados comparativos em % pelas curvas de corrente econjugados.

Na figura 3.11 temos um alto conjugado resistente MR. Se a partida for em Y, o motoracelerará a carga até a velocidade ny, ou aproximadamente 85% da rotação nominal. Nesseponto, a chave deverá ser ligada em ∆. Acontece nesse caso que a corrente, que eraaproximadamente a nominal, ou seja, 100%, passa repentinamente para 300%, o que não énenhuma vantagem, uma vez que na partida a corrente era somente 170 %.

Na figura 3.12, temos o motor com as mesmas características, porém o momento resistenteMR é bem menor. Na ligação Y, o motor acelera a carga até 95% da rotação nominal. Quandoa chave é ligada em ∆, a corrente, que era aproximadamente 60 %, sobe para 190 %, ou seja,praticamente igual à da partida em Y.

Nesse caso, a ligação estrela-triângulo apresenta vantagem, porque, se fosse ligado direto,absorveria na rede 500% da corrente nominal. A chave estrela-triângulo em geral só pode serempregada em partidas de máquinas a vazio, isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido95% da rotação nominal, a carga poderá ser ligada. O exemplo típico acima pode ser de umgrande compressor. Na figura 3.11, seria partida com carga, isto é, assim que começa a girar,


a máquina já comprime o ar, mas geralmente isso não acontece. Os compressores partem avazio, isto é, com todas as válvulas abertas (figura 3.12).

Só quando atinge a rotação nominal, as válvulas se fecham, e a máquina começa a comprimiro ar.

Partida com a chave compensadora

Podemos usar a chave compensadora para dar partida em motores sob carga A chavecompensadora reduz a corrente de partida, evitando uma sobrecarga na rede de alimentação,deixando, porém, o motor com um conjugado suficiente para a partida e aceleração.

Figura 3.13

A tensão na chave compensadora é reduzida através de autotransformador, que possuinormalmente “taps” de 65 a 80% da tensão nominal.

Exemplo:Um motor ligado à rede de 220V absorve 100A. Se for ligado ao autotransformador no “tap”de 65%, a tensão aplicada nos bornes será de:U . 0,65 = 220 x 0,65 = 143V

A corrente nos bornes do motor, em virtude da redução da tensão, é reduzida também em65%:Im = I .0,65 = 100 x 0,65 = 65A.Como a potência em VA no primário do autotransformador é aproximadamente igual à dosecundário, temos:VA no secundário = VA161003x65x143 =Para encontrarmos a corrente absorvida da linha, temos:

A25,423x220

161003.U

VAIL ===

O conjugado de partida é proporcional ao quadrado da tensão aplicada aos bornes do motor.No caso do exemplo anterior, é 0,65 x 0,65 = 0,42, ou seja, aproximadamente metade doconjugado nominal.No “tap” de 80% teríamos um conjugado de 0,8 x 0,8 = 0,64, ou seja, dois terços doconjugado nominal. A corrente seria:

A648,0x808,0xII ML ===


Partida rotórica

É o sistema de partida de onde se utiliza um motor de rotor bobinado com reostato regulável.Esse motor apresenta elevado torque na partida em baixa velocidade. É de construção bemmais cara, porém, apresenta grandes vantagens, conforme a aplicação.Pelo gráfico (3.14) abaixo, podemos comparar o torque com resistências desse tipo de motorque possui características peculiares. Verificamos que a corrente de partida éaproximadamente 2 vezes a nominal (curva a) e que o torque é aproximadamente 240% dotorque nominal (curva b).Pode partir, portanto, com baixa rotação e torque elevadíssimo.

Figura 3.14

3.3.2 – Ligação de Motores Trifásicos de 6 terminais para tensão nominal de 220 ou380V.

• Ligação em triângulo para 220V

Figura 3.15


• Ligação em estrela (Y) para 380 V

Figura 3.16


• Ligação em triângulo paralelo para 220V

Figura 3.17

• Ligação em estrela paralelo (Y) para 380 V

Figura 3.18



• Ligação em triângulo série para 440V

Figura 3.19

• Ligação em estrela série (Y) para 760 V

Figura 3.20


3.3.5 – Ligação de Motores Monofásicos de fase auxiliar para tensão nominal de 110 ou220V.

• Ligação para 110V

Figura 3.21

• Ligação para 220V

Figura 3.22

3.4 – COMANDO DE UM CONTATOR POR BOTÕES OU CHAVEComandar um contator é a ação que se executa ao acionar um botão abridor, botão fechadorou chave de pólo. Isto é feito para que a bobina do eletroimã seja alimentada e feche oscontatos principais, ou perca a alimentação, abrindo-os.

3.4.1 – Sequência operacionalStart:

Estando sob tensão os bornes R, S e T ( figura 3.23 e 3.24), e apertando-se o botão b1 , abobina do contator C1 será energizada. Esta ação faz fechar o contato de retenção C1, quemanterá a bobina energizada; O s contatos principais de fecharão, e o motor funcionará.

Stop :

Para interromper o funcionamento do contator, pulsamos o botão b0; este abrirá, eliminando aalimentação da bobina, o que provocará a abertura de contato de retenção C1 e,consequentemente, dos contatos principais, e a partida do motor.


Nota :

Um contator pode ser comandado também por uma chave de um pólo (figura 3.25).

Neste caso, eliminam-se os botões b0 , b1 e o contato de retenção C1, e introduz-se no circuitode comando a chave b1.


Figura 3.25

3.5 – REVERSÃO DE ROTAÇÃO DE MOTOR TRIFÁSICO COM CONTATORESCOMANDADOS POR BOTÕES

A reversão do sentido de rotação de um motor trifásico é feita pela inversão de duas de suasfases de alimentação. Esse trabalho é realizado por dois contatores, comandados por 2 botõesconjugados, cujo acionamento permite obter-se rotações no sentidos horário e anti-horário.

3.5.1 – Sequência operacional

a) Ligação do motor em um sentido: (figuras 3.26 e 3.27).Estando sob tensão os bornes R, S e T e pulsando-se o botão conjugado b1, a bobina docontator C1 será alimentada, fechando o contato de retenção C1, o qual a mantém energizada.Permanecendo energizada a bobina do contator C1, haverá o fechamento dos contatosprincipais e o acionamento do motor num sentido.

b) Inversão do sentido de rotação de motor:Pulsando-se o botão conjugado b2, a bobina do contator C2 será alimentada, provocando ofechamento do contato de retenção C2, o qual mantém energizada. Permanecendo energizadaa bobina do contator C2, haverá o fechamento dos contatos. Permanecendo energizada abobina do contator C2, haverá o fechamento dos contatos principais e o acionamento do motorno sentido inverso.



OBSERVAÇÃO:A fim de se evitarem elevados valores de correntes de pico, sempre que possível, deve-seesperar a parada do motor, para se processar a reversão da rotação.Em tornos mecânicos em geral, assim como em outros tipos de máquinas, às vezes se faznecessário aplicar a frenagem por contracorrente, para se conseguir inverter rapidamente arotação.

3.5.2- Segurança do sistema

a) Por meio dos botões conjugados:Pulsando-se o botão conjugado b1 ou b2, são simultaneamente acionados os seus contatosabridor e fechador, de modo que o contato abridor atue antes do fechador (intertravamentomecânico).b) Por meio de contatos auxiliares:Os contatos abridores C1 e C2 impossibilitam a energização de uma bobina, quando a outraserá energizada, (intertravamento magnético).


3.6 – REVERSÃO DE ROTAÇÃO DE MOTOR TRIFÁSICO COM CONTATORES ECHAVES FIM DE CURSOQuando há necessidade de controlar o movimento de avanço ou retrocesso automático de umdispositivo motorizado de uma máquina , empregam-se contatores comandados por chavesfim de curso ( figuras 3.28 e 3.29 ).

As chaves de fim de curso são acionadas mecanicamente pelas réguas com ressaltos ( cames)existentes na parte móvel do dispositivo da máquina.


3.6.1 - Sequência operacional

a)Ligação do motor para movimentar dispositivo em um sentido:Estando sob tensão os bornes R, S e T e pulsando-se o botão conjugado b1, a bobina docontator C1 será alimentada, provocando o fechamento do contato de retenção C1, o qual amantém energizada, e o fechamento dos contatos principais.O acionamento do motor num sentido impulsiona, consequentemente, um dispositivo, atéatingir o limite de fim de curso, quando abrirá seu contato b3, desligando a bobina C1.


Desenergizada a bobina C1, os contatos principais se abrem, cortando a alimentação do motor.b) inversão do sentido de movimento do dispositivo:Pulsando-se o botão conjugado b2, a bobina do contator C2 será alimentada, fechando ocontato de retenção C2, o qual mantém energizada. Estando energizada a bobina de C2, haveráo fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor e do dispositivo da máquina,até que esta atinja o limite de “fim de curso”. Quando a chave de fim de curso for atingida,seu contato b4 se abrirá, desligando a bobina de C2. Desenergizada a bobina de C2, os contatosprincipais se abrem, cortando a alimentação do motor.

3.6.2 - Acionamento parcial do dispositivo

Quando o motor está funcionando, pulsando-se o botão b0, para-se o movimento dodispositivo em qualquer ponto de percurso. A retomada do movimento no mesmo sentido ouno inverso é possível, pulsando-se os botões b1 ou b2.

3.6.3 - Segurança do sistema pelos botões conjugados

Pulsando-se o botão conjugado b1 ou b2, são simultaneamente acionados os seus contatosabridor e fechador, de modo que o contato atue antes do fechador, proporcionandointertravamento mecânico.

3.6.4 - Segurança do sistema pelos contatos auxiliares

Os contatos abridores C1 e C2 impossibilitam a energização de uma bobina, quando a outraestá energizada.(Intertravamento elétrico).

3.7 – PARTIDA COM COMUTAÇÃO AUTOMÁTICA ESTRELA-TRIÂNGULO DEUM MOTOR

É a partida executada automaticamente de um motor trifásico em Y, com comutação para ∆ ;feita por meio de 3 contatores comandados por botões. Este sistema de ligação é utilizado

para reduzir a tensão de fase do motor( LL

F V.58,03

VV == ) durante a partida.



Partida do motor em estrela, estando C1, C2 e C3 desligados (figuras 3.30 e 3.31). Estando sobtensão os bornes R, S e T, e pulsando-se o botão b1, a bobina do contator C2 e o relétemporizador d1 serão alimentados, fechando o contato de retenção de C2 que mantêmenergizadas as bobinas dos contatores C1 e C2, respectivamente, e o relé temporizador d1.Permanecendo energizadas as bobinas dos contatores C2 e C1, haverá o fechamento doscontatos principais e, consequentemente, o acionamento do motor em estrela.Decorrido o tempo para o qual foi ajustado o relé temporizador d1, este opera, desligando ocontato abridor d1, que desenergizará a bobina do contator C2, acarretando a abertura de seuscontatos principais. Estando desenergizada a bobina C2, o contato abridor C2 (31 - 32) retorna,energizando a bobina C3, que acionará o motor em triângulo.

3.7.2 – Parada do motorEstando o motor funcionando em triângulo e pulsando-se o botão b0, interrompe-se aenergização da bobina C1, que abrirá os contatos C1 ( 13-14) e C1 (23 –24), interrompendo acorrente da bobina C3. Consequentemente, o motor ficará energizado.

3.7.3 – Segurança do sistemaEstando o motor em marcha na ligação triângulo, o contato C3 (31-32) fica aberto, impedindoa energização acidental da bobina C2.


3.8 – PARTIDA AUTOMÁTICA DO MOTOR TRIFÁSICO COMAUTOTRANSFORMADOR

A partida automática com autotransformador permite que o motor inicie seu funcionamentocom tensão reduzida e, após um tempo determinado, passe automaticamente à plena tensão.Tem sobre a partida manual estas vantagens :

- Não exige esforço físico do operador;

- Permite comando à distância;

- A comutação da tensão reduzida para tensão realiza-se no tempo previsto eajustado, independente da ação do operador.

Figura 3. 32 Figura 3.33



Partida de motor com tensão reduzida: contatores C1, C2, C3 e relé de tempo desligados(figuras 3.19 e 3.20). Estando sob tensão os bornes R, S, T e pulsando-se o botão b1, a bobinado contator C1 fica energizada, assim como o relé temporizador d1. Os contatos C1 (13 - 14) eC1 (23 - 24) se fecham, conservando energizada a bobina de C3, colocando o motor emfuncionamento.Com a alimentação da bobina C3, os contatos C3 (13 - 14) e C3 (23 - 24) se fecham, tornando abobina de C3 independente do contato C1 (13 - 14). Como as bobinas de C1 e de C3 estãoenergizadas, os contatos principais de C1 e C3 estão fechados, e o motor está alimentado coma tensão reduzida, iniciando a partida.

3.8.2 – ComutaçãoDecorrido o tempo preestabelecido, o relé temporizador d1 comuta, desenergizando a bobinade C1 e energizando a bobina de C2. Permanecendo energizada a bobina de C2, os contatos deC2(13-14) se fecham e os C2(41-42) se abrem, provocando a desenergização da bobina de C3.Os contatos principais de C3 se abrem e os de C2 se fecham; e o motor é alimentado comtensão plena ( tensão nominal).

3.9 – PARTIDA COM MOTOR TRIFÁSICO DE ROTOR BOBINADO COMCOMUTAÇÃO AUTOMÁTICA DE RESISTORESNeste tipo de partida, o circuito de comando faz a eliminação dos estágios de resistoresautomaticamente. O tempo necessário entre a partida e as sucessivas retiradas dos resistoresdo circuito do rotor bobinado, até curtocircuitá-lo, é determinado por relés temporizados(figuras 3.34 e 3.35).



1° estágio de partida:Contatores C1, C11, C12, C13, relés temporizados d1 e d2, e relé auxiliar d3 desenergizados.Pulsando-se o botão b1, as bobinas de C1 e d1 são energizadas simultaneamente e permanecemligadas pelo contato de retenção comum C1(13 - 14).Estando energizada a bobina C1, seus contatos principais se fecham, e o motor começa afuncionar com todos os resistores intercalados no circuito de induzido (r1, r2 e r3).

2° estágio de partida:Decorrido o tempo ajustado, o relé d1 opera, fechando o seu contato d1 (15 - 18), energizandoC11, que assim permanece por meio de seu contato de retenção C11 (13 - 14). Ao mesmotempo, o contato fechador de C11(23 - 24) energiza o relé d2 e desenergiza a bobina de d1,através de C11(41 - 42).Estando alimentada a bobina de C11, seus contatos principais se fecham, retirando do circuitoo resistor r1.

3° estágio de partida:Decorrido o tempo ajustado para d2, ocorre a sua operação, e o contato d2 (15 - 18) energizaC12 que assim mantém por meio de seu contato de retenção C12 (13 - 14). Nesse instante,desenergiza-se C11, voltando seus contatos à posição de repouso. O contato C12 (23 - 24) sefecha, alimentando d3, que fechará d3 (23 -24), energizando novamente d1. Energizada abobina de C12, seus contatos principais se fecham, retirando de circuito o resistor r2.


4° estágio de partida:Decorrido o tempo ajustado para d1, ocorre a sua operação, e seu contato d1 (15 - 18) se fecha,alimentando C13, que permanece energizado por seu contato de retenção, e abre o contato deC13 (41 - 42), que volta os demais à condição inicial. Energizando C13, seus contatosprincipais fecham-se, o resistor r3 é eliminado, e o rotor é curto-circuitado.

3. 10 – PARTIDA CONSECUTIVA DE MOTORES COM RELÉS TEMPORIZADOSÉ um sistema de comando automático que permite a partida de 2 ou mais motores,obedecendo a uma sequência preestabelecida. Os intervalos de tempo entre as sucessivaspartidas são determinados pela regulagem de relés temporizados ( figuras 3.36 e 3.37).


3.10.1 – Sequência operacionalPulsando-se b1 , o contator C1 e o relé d1 são energizados e o motor m1 parte. Decorrido otempo ajustado para d1, este energiza C2 e d2 e o motor m2 parte. Decorrido o tempo ajustadopara d2, este energiza C3 e d3 e o motor m3 parte. Após o tempo ajustado para d3, este energizaC4, dando a partida a m4 , último motor de sequência. Se houvesse mais motores, o processocontinuaria de forma idêntica.

3.11 – PARTIDA AUTOMÁTICA E FRENAGEM ELETROMAGNÉTICA DEMOTOR TRIFÁSICO NOS DOIS SENTIDOS DE ROTAÇÃOÉ um sistema de comando elétrico que permite a partida automática, a troca de sentido derotação e a frenagem eletromagnética por corrente retificada (figuras 3.38 e 3.39).

3.11.1 – Sequência operacionalPartida e rotação no sentido anti-horário : Pulsando-se b1, energiza-se C1. O motor será ligadoe girará no sentido anti-horário.

Obs.: É imprescindível que o motor esteja parado para que se possa dar partida no sentidodesejado.

Partida no sentido anti-horário :Pulsando-se b2, energiza-se C2. O motor será ligado no sentidoanti-horário.

Frenagem : Estando o motor girando num sentido ou noutro, pulsando-se b0, desenergiza-seC1 ou C2, energiza-se C3 e C4 e o motor é frenado. C1 e C2 se intertravam. C3 e C4 travam C1 eC2.


4 – O CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

4.1 - SURGIMENTO DO CONTROLADOR PROGRAMÁVEL

O controlador programável surgiu em 1969. Anteriormente a isso, o hardware do controlesequencial era dominado principalmente pelos relés.No que concerne aos dispositivos de controle de sequência que utilizam os relés,apresentavam as desvantagens a seguir discriminadas:

- mau contato;- desgastes dos contatos;- necessidade de instalação de inúmeros relés, execução de fiação entre os inúmeros

terminais de contatos e de bobinas;- complexidade na introdução de alteração na sequência;- necessidade de manutenções periódicas.

Apesar de apresentarem todas as desvantagens acima citadas, os relés se tornaram elementosprincipais do hardware de controle de sequência em razão de não haver, na época, elementosque pudessem substitui-los eficazmente.No final da década de 60, iniciou-se o desenvolvimento de microcomputadores, utilizando-seo circuito integrado (Cl), e a universalidade da capacidade de processamento dos mesmostornou-se o centro das atenções, aguardando-se com enorme expectativa o surgimento dohardware para controle dotado de grande versatilidade de processamento.Por outro lado, inicia-se a era da produção em grande escala, e os assuntos, como automação,incremento da produtividade, uniformidade na qualidade e outros, transformam-se em temasprincipais nas estações de trabalho, e a solução desses problemas era exigida também pelolado da tecnologia de controle de sequência. Na época, a General Motors (GM - empresaautomobilística americana) anunciou 10 itens relativos às condições que um novo dispositivoeletrônico de controle de sequência deveria atender para que pudesse substituir os tradicionaisrelés.Os itens são os seguintes:

1. Facilidade de programação, de alteração do programa, inclusive nas estações de trabalho;2. Facilidade na manutenção, desejável que fosse totalmente do tipo de encaixar (plug-in-

unit);3. A confiabilidade na estação de trabalho deverá ser superior em relação ao painel de

controle do tipo com relés;4. Deverá ser mais compacto que o painel de controle do tipo com relés;5. Possibilitar o envio direto de dados à unidade central de processamento de dados;6. Deverá ser economicamente competitivo com o painel de controle do tipo com relés;7. Possibilitar entradas com níveis de tensão alternada da ordem de 11 5[V];8. As saídas deverão ser em 11 5[V] C.A. com capacidade superior a 2[A] de intensidade de

corrente; deverá ainda possibilitar a operação das válvulas solenóides, comando parapartida de motores e outros;

9. Com um mínimo de alteração, possibilitar a ampliação do sistema básico;10. Deverá estar dotado de memória programável que possa ser ampliada até 4k WORDS no

mínimo.


Assim, baseando-se nesses 10 itens acima mencionados, a partir de 1969 foram lançados umasérie de produtos denominados PLC (Programmable Logic Controller - Controlador LógicoProgramável), através de diversas empresas americanas.Como pano de fundo tecnológico para o surgimento do PLC, houve a evolução dastecnologias de computação e semicondutores, especialmente a tecnologia de CIs,possibilitando a substituição do sistema de controle por relés, que havia atingido o seu limitede possibilidades.As características do PLC elaborado segundo as especificações dos 10 itens da GM são aseguir discriminadas:- Como se trata de dispositivo que utiliza o elemento semicondutor em substituição aos

relés, o controle será do tipo sem contato;- Enquanto o conteúdo do controle dos sistemas convencionais se realiza pela execução de

fiação entre os contatos dos relés, no caso do PLC será realizado através de programa;- Embora seja o PLC um dispositivo que utiliza o semicondutor, poderá utilizar energia

para entrada e saída nas faixas de 115[V] e 220[V], 2[A] diretamente em correntealternada;

- Poderá adequar ao sistema a capacidade ideal do PLC, segundo a dimensão do controle aser realizado.

Originalmente, o PLC surgiu como um dispositivo de controle tipo universal, que pudessesubstituir os sistemas de relés e, posteriormente, com a evolução das tecnologias decomputação e dos CI’s, desenvolveu-se tornando possível a redução de custo, compactação,elevação das funções e outros, até atingir a maturidade como sendo hardware principal paracontrole sequencial.Com a evolução, foi eliminado o termo “logic” do nome PLC, passando este dispositivo a serchamado de PC - Controlador Programável (Programmable Controller)Com o passar do tempo os controladores programáveis passaram a tratar variáveis analógicase no inicio dos anos oitenta incorporaram a função do controle de malhas de instrumentação,com algoritmos de controle proporcionais, integrais e derivativos (PID). Ainda na década deoitenta com a evolução dos microcomputadores e das redes de comunicação entre os PLC's,os quais passaram a elevar sua performance, permitindo que vários controladoresprogramáveis pudessem partilhar os dados em tempo real e que nesta mesma rede estivessemconectados vários microcomputadores, os quais através de um software de supervisão econtrole, podiam monitorar, visualizar e comandar o processo como um todo a partir de umasala de controle distante do processo.Como resumo, podemos classificar historicamente o PLC como segue :

1a. Geração : Os PLCs de primeira geração se caracterizam pela programação intimamenteligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly que variava deacordo com o processador utilizado no projeto do PLC, ou seja , para poder programar eranecessário conhecer a eletrônica do projeto do PLC. Assim a tarefa de programação eradesenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada, gravando-se o programa emmemória EPROM , sendo realizada normalmente no laboratório junto com a construção doPLC.


2a. Geração : Aparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão dependentes dohardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um “Programa Monitor “ no PLC , oqual converte ( no jargão técnico ,Compila), as instruções do programa , verifica o estado dasentradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera o estados das saídas. OsTerminais de Programação ( ou Maletas, como eram conhecidas ) eram na verdadeProgramadores de Memória EPROM . As memórias depois de programadas eram colocadasno PLC para que o programa do usuário fosse executado.

3a. Geração : Os PLC’s passam a ter uma Entrada de Programação, onde um Teclado ouProgramador Portátil é conectado, podendo alterar, apagar , gravar o programa do usuário,além de realizar testes ( Debug ) no equipamento e no programa. A estrutura física tambémsofre alterações sendo a tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks.

4a. Geração : Com a popularização e a diminuição dos preços dos micro - computadores(normalmente clones do IBM PC ), os PLCs passaram a incluir uma entrada para acomunicação serial. Com o auxílio do microcomputadores a tarefa de programação passou aser realizada nestes. As vantagens eram a utilização de várias representações das linguagens ,possibilidade de simulações e testes , treinamento e ajuda por parte do software deprogramação, possibilidade de armazenamento de vários programas no micro, etc.

5a. Geração : Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicaçãopara os PLCs, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse” como equipamento outro fabricante, não só PLCs , como Controladores de Processos, SistemasSupervisórios, Redes Internas de Comunicação e etc., proporcionando uma integração afim defacilitar a automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis enormalizadas, fruto da chamada Globalização. Existe uma Fundação Mundial para oestabelecimento de normas e protocolos de comunicação.

4.2 - INTRODUÇÃO DA TECNOLOGIA DE CONTROLADORES LÓGICOSPROGRAMÁVEIS – PLC’s

4.2.1- Hard Logic para Soft Logic

a) Hard LogicQuando se elabora uma sequência de controle utilizando os relés convencionais e/ou móduloslógicos de estado sólido, a lógica do sistema será de acordo com a fiação executada entreesses dispositivos, sendo que a sequência de controle é do tipo hard wired logic” ousimplesmente “hard logic” (lógica de interligação dos dispositivos por meio de fiaçãoelétrica).

A alteração na lógica significa realizar alterações na fiação. Dessa forma existem diversospontos deficientes, enumerados a seguir:

1. Problemas relacionados ao projeto e fabricação:A elaboração do diagrama da sequência depende, na maioria dos casos, da capacidade ou


experiência pessoal do indivíduo. Assim, além do diagrama de sequência propriamente dito,outros inúmeros serviços relacionados, como diagrama de fiação entre os componentes, lay-out dos componentes, determinação das espécies de fios e cabos e outros, têm que serprojetados. Por outro lado, quando se deseja introduzir alterações do sistema já pronto, tem-seque efetuar adição e/ou deslocamento de componentes e da fiação, acarretando um alto custocom relação ao tempo e à mão-de-obra.

2. Problemas relativos à operação experimental e ajustes:Para efetuar a verificação no caso em que o projeto da sequência foi elaborado corretamenteou as fiações foram executadas conforme o projeto, é necessário efetuar testes decontinuidade, utilizando aparelhos de testes apropriados. Além disso, nos ajustes de campocom a sequência acoplada às partes mecânicas há a necessidade de assistência e orientação detécnicos de grande experiência.

3. Problemas relativos à instalação, montagem e manutenção:Como o hard logic toma um espaço muito grande, encontra-se normalmente dificuldade nolay-out, além da necessidade de se efetuar a manutenção periódica das partes móveis(contatos, etc.) e, ainda, manter um estoque de peças sobressalentes considerando-se a vidaútil das mesmas.

4. Problemas relativos à função:Como existe um limite de tempo para acionamento dos relés, o hard logic não é indicado paraequipamentos que requerem alta velocidade de controle. Além disso, torna-se extremamentedifícil o controle de um sistema com hard logic quando o mesmo necessita de memorizaçãotemporária, processamento e comparação de valores numéricos.

b) Soft LogicO computador nada poderá fazer se for constituído apenas por “hardware”. As suas funçõesserão ativadas somente quando houver um programa denominado “software”. Oscomputadores, através de programas ou software, podem realizar cálculos das folhas depagamentos, assim como, cálculos de equações das mais complexas. Isto significa que, comum mesmo hardware, a lógica poderá ser alterada através de um software denominadoprograma. Ou seja, a lógica do computador é um “soft logic”. Aplicando o mesmo raciocíniode controle sequencial, pode-se dizer que as fiações que compõem a lógica do circuito derelés, poderão ser substituídas pelo software, denomina-se soft wired logic” (lógica deinterligação dos dispositivos por meio de programas).Para realizar o controle sequencial através do soft Iogic, ter-se-á que dotar o hardware de umdispositivo de memória, tal qual no computador, e nele armazenar uma série de programas.Esses equipamentos que objetivam o controle sequencial, são denominados “Stored ProgramSystem Controller” ou “Programmable Controller’ (PLC) - Controlador Programável, ouainda, abreviadamente, “PLC”.


c) Significado da lógica por software

O fato de se transformar a lógica da sequência em software significa que as atribuições dasfiações do hard logic serão executadas pelo soft logic. Por conseguinte, o hardware poderá serconstituído por um equipamento standard. Isso foi possível através da padronização docontrole sequencial, solucionando uma grande parte dos problemas que existiamtradicionalmente nos painéis de relés, além de possibilitar a promoção da automação eracionalização em níveis cada vez mais elevados.

Na tabela 4.1, indica-se a comparação entre o tradicional painel de relés e o PLC e verifica-seque, em praticamente todos os aspectos, o PLC apresenta-se com maiores vantagens.Dessa forma, com a introdução da tecnologia de computação, surgiu o controladorprogramável, proporcionando uma evolução excepcional no controle sequencial.


4.2.2 - Diferenças entre o PLC e o Computador

O PLC é um novo equipamento que surgiu com o advento da tecnologia do computador,sendo sua utilização voltada à estação de trabalho. Assim, se o PLC for comparado aocomputador utilizado em escritórios, tanto o hardware quanto o software são significamentediferentes.

a) Hardware

O computador é um equipamento destinado a efetuar cálculos de alto nível e processamentode dados, de sorte que as entradas e saídas, como discos magnéticos e impressoras, sãoprojetadas para atender às necessidades do computador. Portanto, os dispositivos decomputação e de memória que correspondem ao cérebro, ocupam um grande espaço, e asentradas e saídas, que correspondem aos braços e pernas, são relativamente pequenas. Dessaforma, pode-se dizer que o computador é um superdotado de cabeça gigantesca com estruturafrágil, que trabalha com baixa tensão, tendo que ser instalado em sala climatizada, ou seja, umlocal de bom ambiente.

Em relação a isso, o PLC surgiu com o objetivo de substituir os painéis de relés. Assim, suasentradas e saídas são constituídas pelas chaves fim de curso, válvulas solenóides e outros,sendo, na maioria, equipamentos de alta tensão e corrente. Além disso, estão sujeitos aosruídos provenientes das máquinas e equipamentos existentes nas estações de trabalho, assimcomo, severas condições de temperatura e partículas suspensas na atmosfera. Como as partesque realizam a computação são constituídas de componentes eletrônicos de baixa tensão,como no caso dos CIs, será necessário instalar nas portas de entrada e saída os circuitos paratransformação e amplificação de sinais e, ainda, conforme o caso, circuito para eliminação deruídos. Além disso, sua estrutura construtiva deverá ter uma proteção robusta para resistir àsseveras condições do local de instalação.

b) Software

Nos programas de computador são utilizadas as linguagens como C, C++, Pascal e outras, e asmesmas podem ser utilizadas apenas pelos especialistas que tiveram os cursos específicospara esse fim.Por outro lado, no caso do PLC, a linguagem é idealizada de tal forma que as pessoas ligadasdiretamente à operação de máquinas e equipamentos, ao planejamento de instalações elétricase à manutenção possam entendê-la, utilizando códigos e/ou linguagens mais próximos dassequências dos circuitos tradicionais, ou seja, no que se refere à programação, foi idealizadapara que se possa programar utilizando códigos obtidos através do fluxograma e do diagramade tempo (time chart) do sistema a ser controlado, sendo essa programação realizável porqualquer pessoa com um treinamento relativamente simples.Dessa forma, embora o PLC seja tecnologicamente um computador, em termos de utilização éum equipamento de controle local.


4.2.3 - Evolução do Controle Sequencial

O controle sequencial evoluiu de painel de relés para o método de programa armazenado. Noperíodo inicial, o método de programa armazenado partiu do método ‘discreto” com circuitostransistorizados e, em termos de funções não passava de simples substituição dos painéis derelés. Contudo, ultimamente, com o advento do microcomputador que surgiu da tecnologia doLSI (Large Scale Integration - Integração de Grande Capacidade), foram adicionadas asfunções que não havia nos painéis de relés, como cálculo comparativo, computação e outros.Além disso, esse método não se restringe apenas ao controle sequencial, sendo utilizado, porexemplo, no controle digital a realimentação (feed-back) e, assim, tendo a sua utilizaçãoampliada para o controle de uma forma global.O microprocessador é excelente para essas funções e pode-se dizer que o controle sequencialestá passando da fase do PLC de simples substituição de painéis de relés (primeira geração)para o PLC de alto nível (segunda geração).

4.3- ARQUITETURA DO CONTROLADOR PROGRAMAVEL

4.3.1 - Constituição Geral, Princípio de funcionamento e Operação

a) Constituição geralComo o controlador programável - PLC - será instalado na estação de trabalho da linha deprodução para operação e controle de equipamentos, dispositivos e máquinas, o mesmo éconstituído com robustez para resistir às condições desfavoráveis de um local de produção,como vibração, ruídos, partículas em suspensão. etc., além da facilidade na sua manipulação.


Outro aspecto e a sua composição, que é executada de tal forma que possibilite a utilizaçãoatravés de combinações mais adequadas, selecionando a escala e funções segundo o objeto decontrole.Indica-se na figura 4.1 a constituição de um PLC. Assim, tem-se a CPU (Central ProcessingUnit) ou UCP (Unidade Central de Processamento), que corresponde ao cérebro humano, asunidades de entradas e saídas para intercâmbio de sinais entre os equipamentos, dispositivos emáquinas, a fonte para fornecimento de energia elétrica, além dos equipamentos periféricospara incrementar a operacionalidade do PLC.

Figura 4.1 – Constituição fundamental de um PC

b) Princípio de Funcionamento - Diagrama em Blocos

Figura 4.2 – Diagrama em Blocos do Funcionamento de um PLC


Inicialização

No momento em que é ligado o PLC executa uma série de operações pré – programadas,gravadas em seu Programa Monitor :

- Verifica o funcionamento eletrônico da C.P.U. , memórias e circuitos auxiliares;- Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados;- Verifica o estado das chaves principais ( RUN / STOP , PROG, etc. );- Desativa todas as saídas;- Verifica a existência de um programa de usuário;- Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe.

Verificar Estado das Entradas

O PLC lê o estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. Oprocesso de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura ( Scan ) e normalmente é de algunsmicro – segundos ( scan time ).

Transferir para a Memória

Após o Ciclo de Varredura, o PLC armazena os resultados obtidos em uma região de memóriachamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe este nome por ser umespelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo PLC no decorrerdo processamento do programa do usuário.

Comparar com o Programa do Usuário

O PLC ao executar o programa do usuário , após consultar a Memória Imagem das Entradas ,atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelousuário em seu programa.

Atualizar o Estado das Saídas

O PLC escreve o valor contido na Memória das Saídas , atualizando as interfaces ou módulosde saída. Inicia – se então, um novo ciclo de varredura.


4.3.2 - Estrutura Interna do PLC

O PLC é um sistema microprocessado , ou seja, constituí – se de um microprocessador ( oumicrocontrolador ), um Programa Monitor , uma Memória de Programa , uma Memória deDados, uma ou mais Interfaces de Entrada, uma ou mais Interfaces de Saída e CircuitosAuxiliares.

Fonte de Alimentação

A Fonte de Alimentação tem normalmente as seguintes funções básicas :

- Converter a tensão da rede elétrica ( 110 ou 220 VCA ) para a tensão de alimentação doscircuitos eletrônicos , (+ 5Vcc para o microprocessador , memórias e circuitos auxiliarese +/- 12 Vcc para a comunicação com o programador ou computador );

- Manter a carga da bateria, nos sistemas que utilizam relógio em tempo real e Memória dotipo R.ªM.;

- Fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas ( 12 ou 24 Vcc ).

Unidade Central de Processamento :

Também chamada de C.P.U. é responsável pela funcionamento lógico de todos os circuitos.Nos PLC’s modulares a CPU está em uma placa ( ou módulo ) separada das demais,podendo-se achar combinações de CPU e Fonte de Alimentação. Nos PLC’s de menor portea CPU e os demais circuitos estão todos em único módulo. As características mais comunssão :

- Microprocessadores ou Microcontroladores de 8, 16 ou 32 bits ( INTEL 80xx,MOTOROLA 68xx, ZILOG Z80xx, PIC 16xx );

- Endereçamento de memória de até centenas de Mega Byte;- Velocidades de CLOCK variando de 4 a 100 MHZ;- Manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais.

Bateria

As baterias são usadas nos PLC’s para manter o circuito do Relógio em Tempo Real, reterparâmetros ou programas ( em memórias do tipo RAM ) ,mesmo em caso de corte de energia ,guardar configurações de equipamentos etc. Normalmente são utilizadas bateriasrecarregáveis do tipo Ni – Ca ou Li. Neste casos , incorporam se circuitos carregadores.


Memória do Programa Monitor

O Programa Monitor é o responsável pelo funcionamento geral do PLC. Ele é o responsávelpelo gerenciamento de todas as atividades do PLC. Não pode ser alterado pelo usuário e ficaarmazenado em memórias do tipo PROM , EPROM ou EEPROM . Ele funciona de maneirasimilar ao Sistema Operacional dos microcomputadores. É o Programa Monitor que permitea transferência de programas entre um microcomputador ou Terminal de Programação e oPLC, gerenciar o estado da bateria do sistema, controlar os diversos opcionais etc.

Memória do Usuário

É onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário. Pode ser alteradapelo usuário, já que uma das vantagens do uso de PLC’s é a flexibilidade de programação.Inicialmente era constituída de memórias do tipo EPROM , sendo hoje utilizadas memóriasdo tipo RAM ( cujo programa é mantido pelo uso de baterias ) , EEPROM e FLASH-EPROM, sendo também comum o uso de cartuchos de memória, que permite a troca doprograma com a troca do cartucho de memória. A capacidade desta memória varia bastante deacordo com o marca/modelo do PLC, sendo normalmente dimensionadas em Passos dePrograma.

Memória de Dados

É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Estes dadossão valores de temporizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc.São normalmente partes da memória RAM do PLC. São valores armazenados que serãoconsultados e ou alterados durante a execução do programa do usuário. Em alguns PLC’s ,utiliza-se a bateria para reter os valores desta memória no caso de uma queda de energia.

Memória Imagem das Entradas / Saídas

Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificação nassaídas, ela armazena o estados da cada uma das entradas ou saídas em uma região de memóriadenominada Memória Imagem das Entradas / Saídas. Essa região de memória funciona comouma espécie de “ tabela ” onde a CPU irá obter informações das entradas ou saídas paratomar as decisões durante o processamento do programa do usuário.


Circuitos Auxiliares

São circuitos responsáveis para atuar em casos de falha do PLC. Alguns deles são :

- POWER ON RESET : Quando se energiza um equipamento eletrônico digital, não épossível prever o estado lógico dos circuitos internos. Para que não ocorra umacionamento indevido de uma saída , que pode causar um acidente , existe um circuitoencarregado de desligar as saídas no instante em que se energiza o equipamento. Assimque o microprocessador assume o controle do equipamento esse circuito é desabilitado.

- POWER–DOWN: O caso inverso ocorre quando um equipamento é subitamentedesenergizado . O conteúdo das memórias pode ser perdido. Existeum circuito responsável por monitorar a tensão de alimentação, e emcaso do valor desta cair abaixo de um limite pré – determinado, ocircuito é acionado interrompendo o processamento para avisar omicroprocessador e armazenar o conteúdo das memórias em tempohábil.

- WATCH-DOG – TIMER : Para garantir no caso de falha do microprocessador , o programanão entre em “ loop” , o que seria um desastre, existe umcircuito denominado “Cão de Guarda “ , que deve ser acionadoem intervalos de tempo pré – determinados . Caso não sejaacionado , ele assume o controle do circuito sinalizando umfalha geral.

Módulos ou Interfaces de Entrada :

São circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para que possa serprocessado pela CPU ( ou microprocessador ) do PLC . Temos dois tipos básicos de entrada:as digitais e as analógicas.

Entradas Digitais

São aquelas que possuem apenas dois estados possíveis, ligado ou desligado , e alguns dosexemplos de dispositivos que podem ser ligados a elas são :

- Botoeiras;- Chaves ( ou micro ) fim de curso;- Sensores de proximidade indutivos ou capacitivos;- Chaves comutadoras;- Termostatos;- Pressostatos;- Controle de nível ( bóia );Etc.


As entradas digitais podem ser construídas para operarem em corrente contínua ( 24 Vcc ) ouem corrente alternada ( 110 ou 220 Vca ). Podem ser também do tipo N ( NPN ) ou do tipoP(PNP ). No caso do tipo N , é necessário fornecer o potencial negativo ( terra ou neutro ) dafonte de alimentação ao borne de entrada para que a mesma seja ativada. No caso do tipo P énecessário fornecer o potencial positivo ( fase ) ao borne de entrada. Em qualquer dos tipos éde praxe existir uma isolação galvânica entre o circuito de entrada e a CPU. Esta isolação éfeita normalmente através de optoacopladores.

As entradas de 24 Vcc são utilizadas quando a distância entre os dispositivos de entrada e oPLC não excedam 50 m. Caso contrário , o nível de ruído pode provocar disparos acidentais.

Exemplo de circuito de entrada digital 24 Vcc

Figura 4.3 – Entrada Digital 24Vcc

Exemplo de circuito de entrada digital 110 / 220 Vca :

Figura 4.4 – Entrada Digital 110/220 Vca

ENTRADA 24 VCC CPU

C.P.U.110/220


Entradas Analógicas

As Interfaces de Entrada Analógica , permitem que o PLC possa manipular grandezasanalógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As grandezas analógicas elétricastratadas por estes módulos são normalmente tensão e corrente. No caso de tensão as faixas deutilização são : 0 á 10 Vcc, 0 á 5 Vcc, 1 á 5 Vcc, -5 á +5 Vcc, -10 á +10 Vcc ( no caso asinterfaces que permitem entradas positivas e negativas são chamadas de EntradasDiferenciais), e no caso de corrente, as faixas utilizadas são : 0 á 20 mA , 4 á 20 mA.

Os principais dispositivos utilizados com as entradas analógicas são :

- Sensores de pressão manométrica;- Sensores de pressão mecânica ( strain gauges - utilizados em células de carga );- Taco-geradores para medição rotação de eixos;- Transmissores de temperatura;- Transmissores de umidade relativa;- Etc.

Uma informação importante a respeito das entradas analógicas é a sua resolução. Esta énormalmente medida em Bits. Uma entrada analógica com um maior número de bits permiteuma melhor representação da grandeza analógica. Por exemplo : Uma placa de entradaanalógica de 0 á 10 VCC com uma resolução de 8 bits permite uma sensibilidade de 39,2 mV,enquanto que a mesma faixa em uma entrada de 12 bits permite uma sensibilidade de 2,4 mVe uma de 16 bits permite uma sensibilidade de 0,2 mV.

Exemplo de um circuito de entrada analógico :

Figura 4.5 – Entrada Analógica

C.P.U. ENTRADA


Módulos Especiais de Entrada

Existem módulos especiais de entrada com funções bastante especializadas. Alguns exemplossão :

- Módulos Contadores de Fase Única;- Módulos Contadores de Dupla Fase;- Módulos para Encoder Incremental;- Módulos para Encoder Absoluto;- Módulos para Termopares ( Tipo J, K, L , S, etc );- Módulos para Termoresistências ( PT-100, Ni-100, Cu-25 ,etc);- Módulos para Sensores de Ponte Balanceada do tipo Strain - Gauges;- Módulos para leitura de grandezas elétricas ( KW , KWh , KQ, KQh, cos Fi ,

I , V , etc).

Módulos ou Interfaces de Saída :

Os Módulos ou Interfaces de Saída adequam eletricamente os sinais vindos domicroprocessador para que possamos atuar nos circuitos controlados . Existem dois tiposbásicos de interfaces de saída : as digitais e as analógicas .

Saídas DigitaisAs saídas digitais admitem apenas dois estados : ligado e desligado. Podemos com elascontrolar dispositivos do tipo :

- Relés ;- Contatores ;- Relés de estado - sólido- Solenóides;- Válvulas ;- Inversores de Frequência;- Etc.

As saídas digitais podem ser construídas de três formas básicas : Saída digital à Relé , Saídadigital 24 Vcc e Saída digital à Triac. Nos três casos, também é de praxe , prover o circuito deum isolamento galvânico, normalmente opto - acoplado.

Exemplo de saída digital à relé :

Figura 4.6 – Saída Digital a Relé

CPU SAÍDA


Exemplo de saída digital à transistor :

Figura 4.7 – Saída Digital à Transistor

Exemplo de saída digital à Triac :

Figura 4.8 – Saída Digital à TRIAC

Saídas Analógicas

Os módulos ou interfaces de saída analógica converte valores numéricos, em sinais de saídaem tensão ou corrente. No caso de tensão normalmente 0 à 10 Vcc ou 0 à 5 Vcc, e no caso decorrente de 0 à 20 mA ou 4 à 20 mA. Estes sinais são utilizados para controlar dispositivosatuadores do tipo :

- Válvulas proporcionais;- Motores C.C.;- Servo – Motores C.C;- Inversores de Frequência;- Posicionadores rotativos;- Etc.

SAÍDA CPU

SAÍDA

C.P.U.


Exemplo de circuito de saída analógico :

Figura 4.9 – Saída Analógica

Existem também módulos de saída especiais. Alguns exemplos são :

- Módulos P.W.M. para controle de motores C.C.;- Módulos para controle de Servomotores;- Módulos para controle de Motores de Passo ( Step Motor );- Módulos para I.H.M. ( Interface Homem Máquina );- Etc.

4.3.3 - Auto-avaliação de Defeitos

O PLC é o centro nervoso do sistema, de sorte que, se ocorrer alguma falha no mesmo, poderácausar erro na execução do programa, colocando em risco todo o sistema sob controle. Assimsendo, quando ocorrer alguma falha no sistema do PLC, é muito importante identificarrapidamente a localização do defeito, se é interno ou externo ao PLC. Caso o defeito forinterno, verificar se é no hardware ou no software; se não ruídos, etc.Para fazer frente a esses problemas, formam-se diversas providências, como, por exemplo, aelaboração de programa do sistema que permite descobrir facilmente os defeitos, mesmosendo no próprio sistema do PLC. A função de auto-avaliação de defeitos é muito importantecomo meio de prevenção de falhas, reduzindo significantemente o tempo inativo (Downtime). Através dessa função, o próprio PLC faz a avaliação do defeito que tenha ocorrido nohardware, indicando o local avariado. Dessa forma, descobre-se o local defeituoso, permitindoentão uma rápida restauração do sistema.

8 bits


O exemplo constante da tabela 4.5 refere-se a um modelo de auto-avaliação de defeitos,apresentado normalmente pelos fabricantes. Isto é, no que se refere à unidade de computação,existem: verificador de processamento e computação, que faz executar um programa deprocessamento modelo e compara o seu resultado com um valor correto existente; o watchdog timer, que faz a verificação quanto ao congestionamento do processamento ecomputação; e, também, o verificador de programas, que efetua a checagem dos erros dedeterminação de endereços, erros de sintaxe, erro de estrutura de circuito programado, etc.Na unidade de memória, por exemplo, existe o verificador de paridade que, acessado oconteúdo da memória tipo RAM, verifica se a quantidade de números “1’ existente em cadaendereço se encontra permanentemente ordenada em número ímpar (ou par). Quando osistema utiliza memória tipo ROM. devido às suas características, não se utiliza o método deverificação de paridade e sim o chamado verificador de soma total de memória (Sum check),que soma os dados de cada endereço de memória, gravando o valor total no último endereço,desconsiderando OVERFLOW. Desta forma, quando em operação, pode-se verificar se acomunicação entre a CPU e a unidade de memória tipo ROM está correta, somando-se osdados de cada endereço e comparando a soma total com o valor gravado no último endereço.Para as unidades de entrada/saída, existe o verificador de barramento (bus check), que efetuaa verificação da paridade dos barramentos entre a CPU e unidade E/S e também o sistemaduplo de verificação (dual system), que, dobrando cada circuito de entrada, faz a comparaçãode ambos os dados de entrada para a verificação da coincidência (este tipo é utilizado emsistemas onde se exige grande segurança e alta confiabilidade).Na fonte de energia, existem os sistemas de anunciadores de alarme, que informamanormalidades como sobretensão, sobrecorrente, elevação de temperatura e outros.


4.4 – PROGRAMAÇÃO DE PLC’S

4.4.1 - Considerações sobre programação e métodos de programação

a) Considerações sobre programaçãoQuando se deseja efetuar o controle de aparelhos, dispositivos e máquinas através de um PLC,é necessário que o conteúdo de controle seja previamente gravado na unidade de memória doPLC. Assim, o controlador programável executará fielmente o controle das máquinas edispositivos, conforme a instrução do conteúdo de controle.Por exemplo, mesmo que se deseje gravar uma instrução de controle, como “A lâmpada hdeverá acender-se somente quando as botoeiras b0 e b1 estiverem pressionadas ao mesmotempo”, como o PLC não entende a linguagem humana de uso cotidiano, a gravação terá queser efetuada com termos compreensíveis pelas máquinas. Assim, denomina-se “programa afrase escrita segundo uma sequência definida, observando rigorosamente uma determinadaregra com os termos que podem ser compreendidos pelas máquinas, e “programação”, aelaboração desse programa e a subsequente gravação do mesmo na memória.

b) Métodos de programaçãoNa comunicação entre homens existe o português, o inglês, e assim por diante. Do mesmomodo, para a comunicação com PC’s, existem diversos tipos de linguagem de acordo com ofabricante e o modelo do equipamento.Em geral, os usuários dos PLCs são pessoas treinadas para a utilização de máquinas eequipamentos, manipulação de circuitos elétricos, etc. Assim, foram idealizadas diversaslinguagens de programação para que fossem acessíveis para essas pessoas.Classificando essas linguagens, tem-se : método de diagrama de circuitos, que consiste emtransformar diagrama de circuito elétrico em linguagem de programação; método de diagramafuncional, no qual programam-se os movimentos ou operação da máquina ao PLC.

Figura 4.10 – Métodos de programação


No caso de método de diagrama de circuito, elabora-se primeiramente o diagrama através dosrecursos de circuitos a relés ou símbolos lógicos, para posteriormente transformar emprogramas. Trata-se de um método bastante eficaz para técnicos da área elétrica treinados emcircuitos sequenciais.No que concerne ao método de transformação, existem três, a saber:- Diagrama “Ladder’ (ladder symbol circuit);- Diagrama de portas lógicas;- Diagrama de lista de instruções.

Na utilização do método de diagrama ladder, é necessário o display para indicação dodesenho. Devido às facilidades que o método oferece em termos de desenhar e indicardiretamente os circuitos de relés, ultimamente o presente método está sendo o mais utilizadoem termos de métodos de programação.Por outro lado, no caso do método de diagrama funcional, trata-se de método no qualtransfere-se o movimento ou operação do objeto de controle para um fluxograma (flow chart),introduzindo diretamente no PLC, sem necessidade de elaborar o diagrama de circuitosequencial. Assim, trata-se de um método eficaz para as pessoas habituadas a lidar comprogramação de computadores inclusive técnicos da área de mecânica e afins. Esse métodotambém é classificado em outros dois, a saber: método de fluxograma e método sequencial(passo a passo).

1) Método de diagrama de circuitoA seguir, será efetuada uma explanação sobre diversos exemplos de programação sobre umcircuito a relés do mais simples, como no caso de um circuito de retenção.

Figura 4.11 – Exemplo de programa elaborado segundo o método de diagrama de circuito


No método de diagrama “ladder”, o esquema do circuito deverá ser substituído pelos símbolosou códigos ladder. A seguir, pressionando sequencialmente as teclas que indicam os símbolosladder e as linha de conexão, dever-se-á traçar o circuito no display e, à medida que se forconcluindo, gravá-la na memória por unidade de circuito. Nesse método, a programaçãopoderá ser efetuada confirmando passo a passo o seu encaminhamento, sendo assim o métodomais intuitivo e simples.Entretanto, como necessita do display, se o PLC for de pequeno porte, o seu custo relativo (dodisplay) será muito alto.No método de apresentação por porta lógica, dever-se-á elaborar o esquema do circuitoutilizando os símbolos lógicos que indicam ‘AND”, “OR”, “NOT”, pressionando as teclassegundo o fluxo de sinais.Por outro lado, no método de equação lógica, adotando o método de entrada pelatransformação do esquema do circuito em equação algébrica booleana, representando aligação série com “•“, a paralela com “±“ e a saída com “=“ e utilizando os números deentrada e saídas, elaborar a equação lógica e digitar no teclado.No presente método, será necessário um certo treinamento para transformar o diagrama docircuito em equação lógica. Contudo, assim que estiver suficientemente treinado, o usuáriopoderá elaborar facilmente a equação de qualquer circuito, mesmo os mais complexos, e,ainda, se utilizar convenientemente os parenteses “( )“ poderá elaborar programas muitoeficazes, mesmo dispondo de limitada capacidade de memória.O método de instrução consiste em elaborar o programa substituindo o esquema do circuitopor determinados termos de instrução (LOAD, AND, OR, NOT, etc), tratando-se do métodode programação que mais se aproxima da metodologia de computação.

2) Método de diagrama funcional

No método de diagrama de circuito, foi visto que inicialmente as ações ou operações dasmáquinas eram apresentadas em termos de circuitos para posterior transformação emprogramas. Entretanto, no caso do método de diagrama funcional, as ações ou operações dasmáquinas poderão ser diretamente transformadas em programa, sem necessidade deelaboração prévia do circuito elétrico.No que se refere ao método de fluxograma, as ações ou operações das máquinas e dispositivossão representadas através de fluxograma. O PLC que adota esse método, proporcionafacilidades quanto à execução das derivações, de acordo com situações de entradas e saídas ousaltos (jump) a um endereço distante.


Fig. 4.12 – Exemplo de programa com o método de diagrama funcional.

O método sequencial é um método dos mais simples em termos de diagrama de tempo e éindicado para manipulação do programa do tipo em que a operação global de controle édividida em pequenas etapas em uma determinada sequência; por exemplo: se a operaçãocontida no 1° passo for encerrada, passará para o 2° passo e assim sucessivamente. Essemétodo surgiu como substituto ao do tipo came rotativo e quadro de controle perfurado (pinboard), que eram destinados ao controle de programas de pequeno porte. Contudo, trata-se demétodo dotado de função de alto nível, utilizando as características como salto (jump),repetição, temporizador, contador e armazenamento de programas.

4.4.2 - Sequência para PLC’s

Como o PLC surgiu inicialmente em substituição aos painéis de relés, o método deprogramação foi baseado principalmente nos circuitos a relés (doravante será designadosequência de relés) e, assim, utiliza-se com maior intensidade o método de diagrama decircuitos.Além disso, dentro do método de diagrama de circuitos, os mais adotados são o de equaçãológica, que proporciona grande facilidade na representação de circuito a relés, e o de diagramaladder. Assim, no presente item, será efetuada a explanação sobre o procedimento paraprogramação, fundamentando-se nesses dois métodos.

a) Significado de sequência para PLCPor princípio, a parte interna de um controlador programável é uma concentração decomponentes eletrônicos como o LSI (Large Scale lntegration), de sorte que não há bobinas econtatos como no caso dos circuitos a relés, e, além disso, as fiações que unem os contatos’com as “bobinas”, são processadas pelo software. Por outro lado, em se tratando deacionamento, o PLC é completamente diferente da sequência de relés, onde, com a excitaçãoda bobina, ocorre o fechamento de um contato com a ativação do circuito. No caso do PC,trata-se do método em que se faz a exploração (scanning) periódica da memória com uma


frequência determinada e, procedendo a leitura do seu conteúdo, executa a operação conformedeterminado pelo mesmo. Portanto, quando se for elaborar o programa da sequência para oPLC, ter-se-á que levar esse fato em conta. Por outro lado, ao se utilizar a sequênciaelaborada, tendo em mente a ação dos relés, será necessário introduzir no PLC algumasadaptações. Os programas para PLC assim elaborados serão doravante denominados“sequência para PLC”.

b) Considerações sobre sequência para PLCNa elaboração de sequência para PLC, o primeiro item a ser considerado é a diferença defunção proveniente da diferença de principio de funcionamento.

(1 ) O controle do PLC é do tipo processamento linear ou seriado.Conforme explanado anteriormente, como o PLC executa a computação pelo método deexploração, se tomar um instante qualquer durante o seu processamento, observa-se que omesmo estará executando apenas uma tarefa.

(2) Limitação no que se refere ao número de contatos a serem utilizados.Para cada relé, normalmente há uma limitação no número de contatos que esse poderápossuir. Para tanto, quando se elabora uma sequência de relés, procura-se economizar onúmero de contatos, para reduzir o número de relés a serem utilizados.Em relação a isso, o sinal de entrada do PLC, uma vez tendo sido introduzido, pode serutilizado inúmeras vezes dentro da sequência, e o próprio sinal de saída também poderá serutilizado inúmeras vezes.Portanto, a sequência poderá ser elaborada sem maiores problemas, não havendo necessidadede se preocupar com o número de contatos como no caso da sequência de relés.

(3) Circuito de interligação e circuitos em ponteNo circuito a relés, há casos em que inesperadamente ocorre algum desvio e ocasiona erro deoperação. Além disso, com o intuito de economizar o número de contatos, pode-se montarcircuitos em ponte. Na sequência para PLC, um mesmo contato poderá ser utilizadoilimitadamente. Assim, no PLC não haverá necessidade de utilizar esses circuitos perigosos,que poderão tornar-se causadores de erros, ou outras técnicas mais complexas. Portanto,


utilizando ilimitadamente os contatos, pode-se elaborar sequências simples e de fácilcompreensão.

4.4.3 - Sequência de Programação

O programa deverá ser elaborado obedecendo a seguinte rotina:- distribuição das entradas e saídas;- elaboração do diagrama de conexão de entradas e saídas;- elaboração da sequência para PLC;- distribuição das saídas internas, temporizadas e contadores;- codificação (coding) e carregamento (loading)

a) Distribuição das entradas e saídasInicialmente, deve-se classificar o número dos equipamentos externos que serão conectadosàs unidades de entradas e saídas e, efetuando uma nova classificação, de acordo com asespecificações elétricas, deve-se definir a quantidade de módulos de entradas e saídasnecessárias. No que se refere aos módulos de E/S, geralmente cada módulo pode controlar 8ou 16 pontos dos equipamentos externos. Assim, deve-se dividir o total de pontos a seremcontrolados pelo número de pontos de cada módulo e, definir a quantidade de módulos deentradas e saídas.Assim que a quantidade de módulos E/S for definida, deve-se definir o seu lay-out. Para tanto,é necessário distribuir os módulos nas posições que facilitam a execução da fiação dosequipamentos externos.Existem inúmeros equipamentos que são conectados como elementos de entradas e saídas eassim, no diagrama de circuito elétrico, os mesmos são normalmente identificados comabreviaturas como b0 (botoeira), VS (válvula solenóide), etc. Entretanto, essas abreviaturasadotadas são incompreensíveis para os PLC’s.As únicas palavras compreensíveis para os PLC’s são os números específicos atribuídos aosseus terminais de entrada e saída. Assim, os equipamentos representados pelas abreviaturas(b0, VS, etc.) são identificados pelos números dos terminais onde serão conectados, para que ocontrolador programável possa identificá-los. Por exemplo, na tabela 4.7, distribuíram-se osmódulos de entrada de n° 100 e os de saídas na de n° 300 e fez-se, a seguir, a distribuição dosequipamentos externos em cada um dos números (terminais) de entradas e saídascorrespondentes.


b) Elaboração do diagrama de conexão de entradas e saídasQuando se for efetuar a distribuição das entradas e saídas, no caso de componentes queintegram o esquema em grande quantidade, como no caso das botoeiras, chaves fim-de-curso,etc., existem dois métodos de distribuição, a saber: a primeira consiste em distribuir nasequência b0, b1, ..., para um mesmo equipamento, e a segunda, em distribuir pela fiaçãoproveniente de uma mesma direção, de acordo com a posição ou direção em que se encontra oequipamento. Sobre esse assunto, durante a elaboração do diagrama de conexão de entradas esaídas, é importante estudar e definir qual dos dois métodos deve ser aplicado, considerando aobra de fiação que terá que ser executada.Além disso, deve-se identificar se os sinais provenientes dos equipamentos de entrada estãoconectados através de contatos abridores ou fechadores, pois, caso contrário, será difícilavaliar durante a elaboração do programa se há ou não a necessidade de se utilizar código(comando) de inversão.Dessa forma, como o diagrama de conexão de entradas e saídas torna-se um instrumentofundamental para a programação e obra de fiação, o mesmo deve ser elaborado em primeirolugar, juntamente com a distribuição das entradas e saídas.


Figura 4.14 – Diagrama de conexão das entradas e saídas

c) Elaboração da sequência para PLCInicialmente, na elaboração da sequência para PLC, não há necessidade de se pensar emeconomia de contatos, como no caso da sequência de relés, bastando que se transfiramdiretamente para a sequência as ações ou operações do sistema a ser controlado. Por outrolado, se houver uma sequência de relés já pronta, deve-se então reelaborá-la para o PLC.

Figura 4.15 – Elaboração de sequência para PLC

Baseando-se no diagrama de sequência do circuito de partida/parada indicado na figura 4.15,será explanada a rotina de elaboração do programa (sequência lógica). Existem as botoeiraspara parada (b0) e partida (b1), que estão conectadas aos terminais 100 e 101, respectivamente,do módulo de entradas e a saída conectada ao terminal 300 do módulo de saídas. Porconseguinte, o programa será elaborado utilizando-se esses números. A entrada 100 utiliza umcontato abridor, e a 101 um fechador.


Figura 4.16 – Rotina para elaboração da sequência lógica

1) Deve-se extrair os elementos do programa de tal forma que permaneçam uma bobina e obloco de contatos a ela conectados.

2) A fiação de conexão série entre os contatos, ou entre os contatos e o circuito paralelo,deve ser substituída pelo símbolo “.” que significa “AND” (E).

3) A fiação da parte inicial do circuito paralelo deve ser substituída pelo símbolo “(“(abertura de parênteses).

4) O circuito paralelo deve ser substituído pelo símbolo “+”, que significa “OR” (OU).5) A fiação na parte final do circuito paralelo deve ser substituída pelo símbolo “)”

(fechamento de parênteses).6) A fiação à bobina deve ser substituída pelo símbolo “=”.7) Como o terminal de número 100 é do tipo contato abridor (NF), então, invertendo a

entrada 100, obtém-se 100 e assim o programa será: 100. (101 + 300) = 300.

Na sequência descrita, todas as fiações foram substituídas por instruções. A sequência lógicarepresentada pelas instruções AND “.“, OR “+” e IGUAL “=” será compreensível pelo PLC eesse será o seu programa.

d) Distribuição das saídas internas, temporizadores e contadoresNo PLC existem as unidades de entrada e saída que realizam o intercâmbio de sinais entre osequipamentos externos. Contudo, dentre os sinais de saídas, existem aqueles que, embora nãosejam enviados para fora do equipamento, são mantidos armazenados temporariamente paraefeito de controle. Esta é a função dos relés auxiliares na sequência de controle de relés, sendo


estes denominados saídas internas.Trata-se de modelos padrões que são utilizados nas diversas partes da sequência de relés, que,agrupados, recebem o tratamento como se fossem saídas provisórias, equivalentes aos relésauxiliares num circuito de relés. Em relação a isso, há casos em que se denominam as saídasnormais como sendo “saídas externas” apenas para efeito de diferenciação.Durante a elaboração do diagrama de sequência, deve-se atribuir números correspondentes àssaídas internas, temporizadores e contadores. Por exemplo, como no caso da tabela 4.8, deve-se efetuar a distribuição de números como segue: ZO, Z1, Z2, ... para saídas internas, TD paratemporizador com retardo na energização (ON DELAY TIMER), TF para temporizador comretardo na desenergização (0FF DELAY TIMER), CU para contador (COUNTER) e assimsucessivamente.Com relação ao método das saídas internas, temporizadores e contadores, observam-sediferenças de acordo com os fabricantes de PLC. Assim sendo, é necessário compreendersuficientemente o seu método, através da leitura do seu manual de instruções.

e) Codificação e carregamentoAssim que o programa for elaborado, deve-se então armazená-lo na memória do usuário.inicialmente, conforme se observa na figura 4.17, deve-se efetuar a codificação a fim de sabera partir de qual endereço de memória o programa será armazenado e quantos endereços(palavras de memória) serão utilizados para o armazenamento.

Essa atividade de “distribuição dos endereços de memória”, e ao papel utilizado para adistribuição é denominado “folha de codificação”.


Figura 4.17 – Exemplo de programação

A atividade de gravar o programa na memória utilizando os equipamentos periféricosdenomina-se carregamento (loading). Para realizar o carregamento, deve-se inicialmenteativar os endereços de memória. Essa operação deve ser efetuada apenas na primeira vez,pois, posteriormente, ocorrerá o avanço automático, palavra por palavra de memória. Aseguir, deve-se efetuar o carregamento do programa passo a passo, certificando-se de que nãohá erro de programação nos mesmos. Quando se for efetuar o carregamento pelo método dediagrama ladder, pelo fato do diagrama de sequência ser indicado no display por unidade decircuito, não há necessidade de se efetuar a codificação, isto é, pode-se executar ocarregamento direto a partir da sequência para PLC.


5 – ARQUITETURAS DIGITAIS DE CONTROLE E INTERFACEHOMEM-MÁQUINA

5.1 – INTRODUÇÃO

A evolução da tecnologia eletrônica trouxe transformações substanciais na qualidade e custodos equipamentos destinados ao controle industrial. Na primeira fase os instrumentospneumáticos de detecção, monitoração e controle deu lugar aos instrumentos eletrônicos eanalógicos com ganhos significativos em relação as dimensões, custos, precisão erepetibilidade entre tantas outras vantagens.

Com a eletrônica digital e a informática aplicada ao controle, ganhos jamais imaginados nopassado, foram conseguidos em pouco tempo, entre tantos podemos salientar a integração demuitas funções de processamento do sinal, a flexibilidade para a reconfiguração de malhas decontrole assim como a maior disponibilidade de dados informativos sobre o processo.A implantação de sistemas digitais de controle se fez e se faz de uma forma crescente tal queinúmeras arquiteturas de sistemas vêem sendo implementadas no decorrer dos 20 últimosanos.Neste capítulo, identificar-se-á as principais arquiteturas de sistemas digitais aplicadas naaquisição e monitoração de variáveis analógicas e digitais, assim como na supervisão econtrole de processos industriais.

5.2 – SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS “DAS”

DAS é um sistema digital compreendendo software e hardware desenvolvido para fazer aaquisição de variáveis analógicas e digitais de processo para sinais processáveis em meiocomputacional.Existem diversos tipos de DAS, no entanto, é possível generalizá-los através do modelo aseguir.


Figura 5.1 – Sistema de aquisição de dados - DAS

Cada canal ou entrada analógica pode ser a dois fios ou um fio com referencial em linhacomum. Tipicamente o sistema pode ter oito entradas a dois fios ou 16 entradas referenciadasem linha comum O computador seleciona cada entrada ( canal) de acordo com um programade controle das entradas.

5.2.1 - Decodificador de endereçosEsta parte do DAS, acessa um dos canais de entrada analógico através de comando da linha deendereços. O módulo é sempre projetado de tal forma que a associação de um canal particularcom a palavra do endereço do computador possam ser selecionada pelo usuário. Isto é feito detal forma que o endereço do módulo canal de entrada se apresente ao computador comoendereço de locação de memória. Assim se o computador executa um comando para buscar oconteúdo de alguma locação de memória, ele seleciona um canal de entrada analógica. Emoutras palavras a seleção dos canais de entrada é equivalente a leitura do conteúdo de umalocação de memória correspondente.

Em outros sistemas um código binário é enviado do computador através do dispositivoespecial “entrada/saída” para selecionar um canal analógico e os dados do referido canal. Emambos os casos, a seleção do canal é feita pelo o que se pode chamar de código de seleção dodispositivo.

5.2.2 - Multiplexador analógicoEsse elemento do DAS é essencialmente um “solid-state switch” que, através do sinalcodificado de endereçamento, busca os dados do canal selecionado pelo fechamento da chaveconectada à linha de entrada analógica (Figura 5.2).


Figura 5.2 – Multiplexador com entrada em linha comum

O multiplexador ao ser acessado por uma entrada do decodificador fecha a chavecorrespondente transferindo o sinal do canal respectivo para o próximo estágio do DAS.

5.2.3 - AmplificadorA maioria dos sistemas de aquisição de dados incluem amplificador de ganho ajustável quepossibilita ao usuário a possibilidade de compensação do nível do sinal de entrada. Oconversor analógico-digital ( ADC) é usualmente projetado para trabalhar numa faixa deentrada unipolar ou bipolar tal que o nível do sinal de entrada possa variar na faixa de 0 a 5volts. O ganho do amplificador tem como objetivo assegurar que o sinal de entrada se situenessa faixa.

Se houver uma grande diferença entre os níveis dos diversos sinais de entrada,condicionadores de sinal poderão ser empregados numa posição anterior ao DAS.

5.2.4 - Conversor analógico-digital (ADC)É evidente que uma das partes do DAS mais importante é o conversor analógico-digital. Oconversor converte a faixa do sinal de tensão ( 0 ~ 5V) recebida da unidade anterior.

Usualmente, o conversor pode ser configurado para receber entrada uni ou bipolares. Elespossuem normalmente os recursos de ajustes de off-set e de fim de faixa.

Observações Adicionais

Existem inúmeros fatores que devem ser considerados quando emprega-se um DAS, entreeles salienta-se:


a) Sample and Hold (amostragem e retenção)Ao se utilizar um DAS deve-se levar em conta o fato de que os sinais de entrada podem variarrapidamente se as variações são tão rápidas que o sinal mude de valor no intervalo de tempode conversão,o dispositivo Sample and Hold deve ser usado nos canais de entradacorrespondentes para manter o valor do sinal durante a conversão. Esse incremento, por suavez, faz com que o programa (software) tenha comandos para o módulo Sample and Holdtornando mais complexo o programa.

b) Compatibilidade com o computadorNa maioria dos casos o módulo de dados é destinado a trabalhar com um modelo ou tipo decomputador apenas. Essa é uma particularidade dos computadores baseados emmicroprocessador onde a arquitetura varia de acordo com a família dos mesmos. Assim énecessário selecionar o módulo de dados compatível com a entrada/saída característica docomputador.

c) Programação do hardwareMuitos módulos de dados propiciam ao usuário o seu uso em operações de entrada ou saídade dados. Essas opções incluem as operações uni ou bipolares, seleção de endereços, ganhodo amplificador, etc. As opções são tipicamente selecionadas por JUMPS entre os pinos domódulo ou por acréscimo de resistores recomendados no manual de especificação do módulo.

d) Programação do softwareOutra importante característica ou propriedade da interface entrada/saída são as rotinas desoftware que são usadas nos módulos de dados. Essas rotinas precisam ser compatíveis com aprogramação do hardware e com as características do módulo.Os programas poderão incluir intervalos de tempo de atraso para permitir que o conversorADC complete, por exemplo, a conversão dos dados.

e) Tempo de resposta genérico

Um sistema de aquisição de dados não permite que a conversão dos dados de um canal deentrada se faça no instante em que ocorre seleção, isto é, há um atraso entre os momentos deaquisição de dados pelo multiplexador, o acesso ao valor dos dados no canal de entrada peloamplificador e o tempo de performance da operação de conversão descrita no tópico anterior,(Conversor Analógico –Digital - ADC). Esse tempo é importante e deve ser considerado nadeterminação da taxa máxima de amostragem do DAS. O tempo pode variar entre dezenas acentenas de microsegundos dependendo do número de bits convertido, ganho do amplificadore da velocidade de chaveamento do sinal.

5.2.5 – “DAS” como uma das arquiteturas de sistemas digitais

Uma das primeiras aplicações de computadores digitais em processo industriais foi aaquisição e tratamento de dados e o fornecimento de informações sobre as variáveis doprocesso em tempo real. Nesses sistemas as variáveis chegam à bornes dos armários deentrada e saída sob a forma de grandezas elétricas analógicas e digitais, ou seja, sinais de 4 a


2O mA, tensão de 1 a 5V, 0 a 10V ou 0 50mV assim como contato fechado e aberto. Estasinformações são multiplexadas e são convertidas para valores digitais por um conversoranalógico/digital. Este trabalho é feito pelas interfaces de entrada e saída do minicomputador,existentes para os diferentes níveis de sinal Os valores destas variáveis sofrem um tratamentono qual são comparados com valores limites para validação, transformados em unidades deengenharia, comparados com limites de alarme alto e baixo e armazenados para posteriorprocessamento, que pode envolver cálculos de performance, balanços de materiais e deenergia, acumulações, médias, processamento estatístico e outros.

Estes sistemas apresentam inúmeras vantagens para o pessoal de operação e de engenharia deprodução, mas por serem pouco mensurável na maioria dos casos torna-se difícil justificarinvestimentos em tais sistemas.Os principais atributos de um sistema de aquisição de dados são:- Coleta de dados do processo com precisão, periodicidade e confiabilidade apuradas;- Informação dos valores das variáveis em unidades de engenharia;- Informação de valores de variáveis calculadas em função de outras;- Informação de cálculos de performance de equipamentos e do processo;- Relatórios de produção e cálculos de rendimento de produtos;- Supervisão de variáveis gerando alarmes quando detectadas condições anormais;- Envio de mensagens de alerta para o operador;- Armazenamento de dados históricos para verificação de tendência e realização de

estatísticas.Todos esses atributos irão proporcionar aos operadores um acompanhamento mais apurado doprocesso tornando as ações de controle mais eficientes. Por outro lado, a engenharia deprocesso e de produção disporão de um maior volume de informações, permitindo conhecermelhor o processo e facilitando assim a sua modelagem e, como consequência, seu melhorcontrole e otimização.

O operador obtém informações sobre o processo, dialogando com o computador através determinais de vídeo alfanumérico e/ou semigráficos, monocromático e/ou colorido, eanalisando relatórios de balanços, cálculos, registros, alarmes e eventos que são fornecidospelos periféricos de impressão.

Baseando-se nestas informações, o operador ajusta os pontos de controle dos instrumentosconvencionais de controle analógico aos quais cabe o efetivo controle das variáveis doprocesso, como podemos verificar no esquema que segue.


5.2.6 – Propriedades gerais de um sistema “Data Logging” usando computadorO sistema de aquisição de dados através do computador faz a varredura das entradasamostrando os valores das variáveis do processo.A amostragem constitui um tema muito importante visto que existem situações onde a taxa deamostragem pode ser a razão dos erros de informação de valores instantâneos das variaçõesdas grandezas sob medição. A taxa de amostragem das variáveis do processo depende dotempo necessário para a aquisição do valor pelo DAS, do tempo necessário ao computadorpara processar o valor da medida assim como do número de variáveis a serem amostradas.A seguir mostramos o diagrama de blocos de um sistema Data Logging de aquisição dedados.

Figura 5.4 – Diagrama de blocos de um “DAS”


5.3 – SISTEMA SUPERVISÓRIO DE CONTROLE “SPC”

A extensão natural dos sistemas DAS ou “Data Logging” envolve o uso do computador namalha de realimentação do processo como elemento de ajuste automático do Set-Point doscontroladores.Em função das variações constantes de carga no processo torna-se vantajoso alterar o Set-Point dos controladores em algumas malhas para aumentar a eficiência do controle ou paramanter a operação dentro de certos limites calculados previamente.Em geral, a determinação do Set-Point se faz em função do número de parâmetros doprocesso. De fato a decisão de alterar um Set-Point pode demandar a alteração de outros Set-Points quando o efeito iterativo é levado em conta.

Conhecendo o número de malhas, as iterações entre as variáveis e os cálculos necessários emcada caso, é mais natural deixar que o computador realize as operações de acordo com umprograma de controle.

Figura 5.5 – Sistema “SPC”

O diagrama a seguir ( figura 5.6) mostra um sistema de controle supervisório no qual ocomputador estabelece os Set-Points das malhas de controle.


Figura 5.6 – Diagrama de bloco de um SPC

O sinal de saída do computador acessa o Set-Point dos controladores através do multiplexadore do DAC estabelecendo o valores de referência para controladores conectados a linha.

5.4 – SISTEMA DE CONTROLE DIGITAL DIRETO “DDC”

5.4.1 – Estrutura do sistemaTambém nos sistemas DDC são operacionais as funções dos Sistemas DAS e, além disto, ocomputador atua diretamente sobre os elementos finais de controle, contornando oscontroladores analógicos convencionais. Neste caso, os algoritmos de controle estãoarmazenados na memória do computador, o que permite a utilização de uma extensa gama defunções de transferência, além dos algoritmos tradicionais PID e outros já existentes.

Originalmente, esperava-se que os sistemas DDC pudessem ser justificados pela substituiçãodireta a Instrumentação convencional. No entanto, posteriormente foi provado que apesar daelevadas disponibilidade do computador, sempre haveria a possibilidade de falhas e osoperadores relutavam em operar sem uma instrumentação analógica de “back-up”, já que ummau funcionamento do computador poderia causar a perda simultânea de todo o controle deprocesso.

Entretanto, ainda assim o DDC foi muito utilizado em combinação com o SPC, devido à suagrande flexibilidade e habilidade no uso de técnicas de controle impossíveis de se obter comos instrumentos analógicos convencionais.


Como uma solução para os problemas de falhas do computador em sistemas DDC, osfornecedores de instrumentos lançaram no mercado estações de back-up computador-manual..

Num evento de falha do computador, ou caso ele seja posto fora se serviço por qualquer outromotivo, a estação memoriza o último valor de saída calculado, e o elemento final de controlepermanece na sua última posição anterior á falha ou desconexão do computador. Caso otempo em que o computador esteja fora seja prolongado, a estação pode ser chaveada para omodo de controle manual, onde o sinal de saída pode ser manipulado diretamente pelooperador.Em seguida mostramos diagramas ilustrativos de sistema DDC e suas formas de “back-up”.

No modo DDC, o sinal de saída recebe o comando do computador. Este último, quando falha,envia um sinal de estado para a estação de controle que chaveia o controle para o modoautomático e, imediatamente, o controlador analógico passa a comandar o processo. A estaçãopode também ser chaveada para controle manual.Estas estações de controle devem satisfazer a uma série de requisitos, tais como memória doúltimo “set-point” no caso se uma transferência “bumpless” (transferência sem degrau ourampa numa passagem de DDC para automático, automático para DDC, automático paramanual, e manual para automático) e transferência de emergência para alimentação de “back-up”.Outra forma de “back-up” utilizada é a digital, na qual um segundo computador assume ocomando do processo no caso de falha do principal. Outros sistemas utilizam um númeroímpar de computadores, por exemplo, 3 ou 5, para tomar a decisão de chaveamento somenteem caso de falha da maioria.


5.4.2 – Componentes do sistema DDCAs partes do sistema DDC são as mesmas apresentadas para o sistema supervisório. De fato aprincipal diferença é a não utilização do controlador analógico. Na configuração do sistemaDDC a seguir estão presentes os transdutores, o condicionamento do sinal bem como oelemento final de controle. No sistema abaixo representado, apenas um computador é usadopara controlar quatro malhas.

Figura 5.8 – Estrutura de um DDC

A velocidade com a qual o computador processa as informações é muito maior que aquelanecessária ao processo. Assim o computador pode controlar muitas malhas com folgarazoável.

5.5 – SISTEMA DE CONTROLE COM PLC’sOs controladores programáveis inicialmente desenvolvido para substituir os circuitos de relése outros dispositivos liga-desliga se desenvolveu no últimos anos a tal ponto que hoje sãomuito utilizados em controle contínuo.


Uma das grandes vantagens dos PLC’s em relação a outros sistemas de controle é a sua maiorviabilidade de utilização em processos nos quais o número de pontos liga-desliga superambastante o de malhas de controle contínuo não críticos.

5.5.1 – Estrutura do sistema mínimo de controle com PLC

Figura 5.9 –Montagem simplificada do PLC e módulos de entrada e saída (E/S)

5.5.2 – Sistema supervisório utilizando PLC

O sistema supervisório instalado no microcomputador faz aquisição de dados no controladorprogramável transferindo para a tela do monitor os dados do processo. Através do teclado domicrocomputador pode-se acessar o controlador para alterar parâmetros de controle ou


simplesmente buscar novas informações. Permite uma total integração com o chão de fábricagraças à popularização das redes industriais.

Figura 5.10 – Sistema de controle e monitoração de nível de um tanque

Todo sistema supervisório deve permitir a configuração de telas que facilitam a operação.Algumas dessas telas tem sua funções descritas abaixo.

- Tela de vista geral : Apresenta os set-points e os desvios, podendo ser constituída de váriaspáginas;

- Tela de grupo: Apresenta informações sobre pontos em grupos de funções com osmesmos detalhes dos visores de instrumentos analógicos;

- Tela de vista geral: Visualização de um grupo em particular, selecionado;

- Telas de Malhas: Apresenta uma representação gráfica da malha em detalhe. Nela pode-se visualizar e/ou alterar as principais variáveis da malha;

- Telas de alarme: Mostra ao operador as principais anomalias do processo e/ou dosistema.

- Telas de tendências:

Tempo Real : Registra a mudança dos valores das variáveis num intervalo de temporeduzido;

Histórica : Registra a mudança dos valores das variáveis num intervalo de tempogrande ( dias , semanas, etc);


Figura 5.11 – Diagrama em blocos de um sistema supervisório mínimo

5.6 – SISTEMA DE CONTROLE DIGITAL DISTRIBUÍDO – SDCDO sistema DDC apresentou, quando implantado, o inconveniente da concentração daresponsabilidade total de operação num único equipamento. A falta de confiabilidade dessesistema na época fomentou a evolução de uma filosofia de distribuição das funções decontrole, viabilizada em particular, pelo advento dos microprocessadores de baixo custo,elevado potencial e melhor qualidade ( mais confiáveis).

Para permitir maior operacionalidade, as funções do sistema SDCD foram estruturadas deforma hierárquica com diversos níveis de atividades, atenuando assim a complexidade dasfunções, aumentando a modularidade e expansibilidade do sistema.

Figura 5.12 – Estrutura hierárquica de um sistema de controle de processos


Para melhor caracterizar um SDCD, a princípio, os elementos foram agrupados em quatrosubsistemas e hierarquizados segundo a sua filosofia de funcionamento.

Os subsistemas padrões de um SDCD segundo o princípio de sua concepção são :

Figura 5.13 – Modelo de referência de um SDCD

O primeiro subsistema é aquele que está diretamente ligado ao processo, ao qualdenominamos subsistema de aquisição de dados e controle. A sua principal finalidade é arealização das funções de controle, que são exercidas pelas estações de controle local (ECLníveis 0,1 e 2) .

O segundo subsistema é denominado de subsistema de monitoração e operação. Nele seconcentra a maior parte das funções de interface homem-máquina ( nível 3).

Ao terceiro subsistema denominamos de subsistema de supervisão e otimização. É onde sãorealizadas as funções de otimização e gerenciamento de informações ( níveis 3 e 4).

Para que seja possível a realização de um controle integrado, é necessário que exista umainfra-estrutura de comunicação entre os diversos subsistemas.

O quarto grupo de componentes é denominado de subsistema de comunicação, necessário àintegração dos diversos módulos autônomos do sistema.


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automacao basica

Engineering