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Seja Bem Vindo!

Curso

Fundamentos da

Automao Industrial

horria: 45hs

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Contedo Programtico:

O histrico e as principais definies de automao; O que so variveis de controle; Comandos eltricos; O que so CLPs; Funes gerais e especiais;

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Introduo

A palavra automao est diretamente ligada ao controle automtico, ou seja aes que no dependem da interveno humana. Este conceito discutvel pois a mo do homem sempre ser necessria, pois sem ela no seria possvel a construo e implementao dos processos automticos. Entretanto no o objetivo deste trabalho este tipo de abordagem filosfica, ou sociolgica.

Historicamente, o surgimento da automao est ligado com a mecanizao, sendo muito antigo, remontando da poca de 3500 e 3200 a.C., com a utilizao da roda. O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforo braal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponvel para outros afazeres, valorizando o tempo til para as atividades do intelecto, das artes, lazer ou simplesmente entretenimento (Silveira & Santos, 1998). Enfim, nos tempos modernos, entende-se por automao qualquer sistema apoiado em microprocessadores que substitua o trabalho humano.

Atualmente a automao industrial muito aplicada para melhorar a produtividade e qualidade nos processos considerados repetitivos, estando presente no dia-a-dia das empresas para apoiar conceitos de produo tais como os Sistemas Flexveis de Manufatura e at mesmo o famoso Sistema Toyota de Produo.

Sob o ponto de vista produtivo, a automao industrial pode ser dividida em trs classes: a rgida, a flexvel e a programvel, aplicadas a grandes, mdios e pequenos lotes de fabricao, respectivamente (Rosrio, 2005).

Ainda segundo Rosrio (2005), a automao industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de trs reas: a eletrnica responsvel pelo hardware, a mecnica na forma de dispositivos mecnicos (atuadores) e a informtica responsvel pelo software que ir controlar todo o sistema. Desse modo, para efetivar projetos nesta rea exige-se uma grande gama de conhecimentos, impondo uma formao muito ampla e diversificada dos projetistas, ou ento um trabalho de equipe muito bem coordenado com perfis interdisciplinares. Os grandes

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projetos neste campo envolvem uma infinidade de profissionais e os custos so suportados geralmente por grandes empresas.

Recentemente, para formar profissionais aptos ao trabalho com automao, surgiu a disciplina mecatrnica. Entretanto uma tarefa muito difcil a absoro de forma completa todos os conhecimentos necessrios, e este profissional com certeza se torna um generalista que eventualmente pode precisar da ajuda de especialistas de outras reas.

Este ainda um desafio didtico a ser resolvido, mas ainda existe uma alternativa que a criao de equipes multidisciplinares.

Os sistemas automatizados podem ser aplicados em simples mquina ou em toda indstria, como o caso das usinas de cana e acar. A diferena est no nmero de elementos monitorados e controlados, denominados de pontos. Estes podem ser simples vlvulas ou servomotores, cuja eletrnica de controle bem complexa. De uma forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura 1.1, onde os citados pontos correspondem tanto aos atuadores quanto aos sensores.

Os sensores so os elementos que fornecem informaes sobre o sistema, correspondendo as entradas do controlador. Esses podem indicar variveis fsicas, tais como presso e temperatura, ou simples estados, tal como um fim-de-curso posicionado em um cilindro pneumtico.

Os atuadores so os dispositivos responsveis pela realizao de trabalho no processo ao qual est se aplicando a automao. Podem ser magnticos, hidrulicos, pneumticos, eltricos, ou de acionamento misto.

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O controlador o elemento responsvel pelo acionamento dos atuadores, levando em conta o estado das entradas (sensores) e as instrues do programa inserido em sua memria. Neste curso esse elemento ser denominado de Controlador Lgico Programvel (CLP).

A completa automatizao de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura 1.1, seja o sistema de pequeno, mdio ou grande porte. Estes ltimos podem atingir uma a complexidade e tamanho tais que, para o seu controle, deve-se dividir o problema de controle em camadas, onde a comunicao e hierarquia dos elementos similar a uma estrutura organizacional do tipo funcional. A figura 1.2 mostra de forma simplificada este tipo de organizao.

Nota-se que os elementos mostrados na figura 1.1 pertencem a primeira e segunda camadas. Na terceira camada esto os sistemas supervisrios, operados pela mo humana, onde so tomadas decises importantes no processo, tal como paradas programadas de mquina e alteraes no volume de produo. Esses tambm esto integrados com os sistemas gerenciais, responsveis pela contabilidade dos produtos e recursos fabris.

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Dentro do contexto apresentado, o objetivo deste curso o de estudar um sistema automatizado at o nvel do elemento controlador. Apresenta-se a sua interface com os sensores e atuadores, bem como uma de suas possveis linguagens de programao.

Para finalizar importante dizer que alm dos conceitos aqui apresentados, de forma resumida, a Automao Industrial compreende um campo de atuao amplo e vasto. Para se ter uma noo, cada elemento sensor ou atuador tem o seu prprio funcionamento, que em algumas aplicaes tem de ser bem entendidos.

No caso dos sensores todo o comportamento previsto atravs de efeitos fsicos, existe uma disciplina denominada de Instrumentao cujo objetivo o de somente estudar estes elementos.

Para os atuadores, s para os motores de induo, existe uma grande quantidade de bibliografia disponvel, e ainda tem-se os Motores de Passo e os Servomotores.

Como foi dito, a cadeia de automao ainda consiste na comunicao de dados entre os elementos, o que leva um estudo a parte das redes industriais.

Algum tempo atrs, principalmente nas indstrias qumicas, existia o esquema de controle centralizado, possvel com a introduo da instrumentao eletrnica. Neste conceito existia uma sala localizada a grandes distncias do ncleo operacional. Esta destinava-se a centralizar todo o controle efetuado ao longo do parque fabril. Atualmente existem diversas outras salas de controle, distribudas geograficamente, interligadas entre si e a uma sala central de superviso. Surgiu ento o conceito do controle distribudo.

Uma das derivaes da estratgia de controle distribudo a do SDCD Sistema Digital de Controle Distribudo. Este se caracteriza pelos diferentes nveis hierrquicos estabelecidos pela comunicabilidade entre uma mquina de estado (processo propriamente dito) e outras.

Enfim, devido a esta grande variedade de conhecimentos, como j dito anteriormente, o foco deste curso ser na programao

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dos Controladores Lgico Programveis (CLPs) que so o crebro de todo o processo. Os demais elementos sero vistos de forma sucinta em captulos subsequentes.

Histrico e Definies de Automao

Etimologia: Da palavra Automation (1960), buscava enfatizar a participao do computador no controle automtico industrial.

Definio atual: Qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitui o trabalho humano, em favor da segurana das pessoas, da qualidade dos produtos, rapidez da produo ou da reduo de custos, assim aperfeioando os complexos objetivos das indstrias, dos servios ou bem estar (Moraes e Castrucci, 2007).

A automao nas atividades humanas

Criada para facilitar a realizao das mais diversas atividades humanas, a automao pode ser observada: Nas residncias : nas lavadoras de roupas e de louas automticas; nos microondas; nos controles remotos de portes de garagem, etc. Na rua: nos caixas de bancos automticos; nos controladores de velocidades de automoveis; nos trens do metr; nos cartes de crdito, etc. No trabalho: nos registradores de ponto automtico; nos robs industriais; no recebimento de matria-prima atravs de um sistema automtico de transporte de carga; na armazenagem do produto final num depsito automatizado; no controle de qualidade atravs de sistemas de medio e aferio; no controle de temperatura ambiente ou de uma coluna de fracionamento de petrleo; nos sistemas de combate incndios, etc. No lazer: em mquinas automticas de refrigerantes ; em esteiras automticas de academia; nos aparelhos de reproduo de vdeo ou DVD players; nos videogames, etc.

A automao no meio produtivo

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O processo industrial constitui-se na aplicao do trabalho e do capital para transformar a

matria-prima em bens de produo e consumo, por meios e tcnicas de controle, obtendo

valor agregado ao produto, atingindo o objetivo do negcio.

Processo Industrial Contnuo: Quando a maioria das variveis de controle manipulada na forma contnua, ou analgica. (Indstria Qumica, farmacutica...) Processo Industrial Discreto: Quando a maioria das variveis de controle manipulada na forma discreta ou digital.

Caractersticas e conceitos da automao industrial

A Automao um conceito e um conjunto de tcnicas por meio das quais se constroem

sistemas ativos capazes de atuar com eficincia tima pelo uso de informaes recebidas

do meio sobre o qual atuam.

Na Automao Industrial se renem trs grandes reas da engenharia: 1. A mecnica, atravs das mquinas que possibilitam transformar matrias primas em produtos acabados.

2. A engenharia eltrica que disponibiliza os motores, seus acionamentos e a eletrnica indispensvel para o controle e automao das malhas de produo;

3. A informtica que atravs das arquiteturas de bancos de dados e redes de comunicao permitem disponibilizar as informaes a todos os nveis de uma empresa.

Assim, a automao, to presente nas atividades humanas, est presente tambm nos processos industriais, com o mesmo objetivo bsico, que facilitar os processos produtivos, permitindo produzir bens com : menor custo; maior quantidade; menor tempo; maior qualidade. Olhando por este aspecto, vemos que a automao est intimamente ligada aos sistemas de qualidade, pois ela que garante a manuteno de uma produo sempre com as mesmas

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caractersticas e com alta produtividade, visando atender o cliente num menor prazo, com preo competitivo e com um produto de qualidade.

Pensando no meio ambiente, observa-se tambm que a automao pode garantir o cumprimento das novas normas ambientais, atravs de sistemas de controle de efluentes (lquidos que sobram de um processo industrial), emisso de gases, possibilidade de uso de materiais limpos, reciclagem, etc.

Portanto, a automao tem papel de muita importncia na sobrevivncia das indstrias, pois garante a melhoria do processo produtivo e possibilita a competio nesse mercado globalizado, onde o concorrente mais prximo pode estar do outro lado do mundo.

Componentes bsicos da automao

Sistemas automatizados so, algumas vezes, extremamente complexos, porm, ao observar suas partes nota-se que seus subsistemas possuem caractersticas comuns e de simples entendimento. Assim, formalmente, um sistema automatizado possui os seguintes componentes bsicos: sensoriamento; comparao e controle; atuao.

Exemplo 1 - Um aqurio e a temperatura de sua gua. Num aqurio deve-se manter a gua em torno da temperatura ambiente (25C). No necessrio ser muito rigoroso sendo que a temperatura pode variar de 23 a 28C.

Nota-se que a temperatura da gua pode variar e deve ser ajustada de acordo com a necessidade.

Considere o esquema a seguir:

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Neste exemplo podem ser identificados os componentes bsicos da automao (processo, sensor, atuador, controle e distrbio):

- O processo (aqurio), que requer o controle da temperatura. - O sensor de temperatura, constitudo pelo termmetro de mercrio; - O controlador, estabelecido pelo acoplamento de um sistema mecnico de ajuste ao termmetro. Este sistema mecnico movimenta um contato metlico ao longo do corpo do termmetro. Ele permite ao controlador, fazer uma comparao com um valor pr-ajustado (ponto de ajuste) e tomar a deciso de ligar ou desligar o atuador (resistncia), mantendo a temperatura dentro de um limite considerado aceitvel. - O distrbio representado pelas condies externas que podem influenciar na temperatura da gua. A temperatura do ambiente externo influencia diretamente no controle, determinando uma condio diferente de atuao no processo. - O atuador formado pelo rel eltrico e a resistncia. Quando o deslocamento do mercrio alcana o ponto de ajuste, um contato eltrico fechado, sendo ele ligado ao rel que, usando a alimentao da rede, desliga a resistncia responsvel pelo aquecimento da gua. Ento, em forma de diagrama, nesse sistema temos:

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Observa-se que existe uma influncia da ao de aquecimento da gua no valor medido pelo sensor de temperatura. Este ciclo fechado chamado de malha fechada de controle, ou sistema de realimentao, no qual a sada do sistema influencia diretamente na situao de sua entrada.

Em alguns processos, no existe a realimentao, isto , a ao do atuador comandada pelo controlador no observada por um sensor que realimenta o sistema. Um exemplo tpico o de uma mquina de lavar roupa, que por no possuir um sensor de roupa limpa, funciona em um ciclo aberto de controle, chamado de malha aberta.

O controle apresentado neste exemplo no possui preciso, isto , nada garante que a temperatura permanea exatamente no ponto ajustado, ou que fique oscilando em torno do valor ajustado. Este tipo de controle chamado de Liga/Desliga (ou ON/OFF). O atuador (resistncia) permanece em dois estados bem definidos (nenhuma corrente = desligado e mxima corrente = ligado). considerado ento um controle descontnuo.

A quantidade de informaes e conceitos que podem ser retirados de um sistema to simples como esse muito grande,

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sendo que elas resumem os conhecimentos necessrios para o entendimento de um sistema automatizado.

Exemplo 2 - Um tanque de combustvel e seu nvel.

Neste caso, pode-se abordar duas situaes de controle automatizado:

Medio descontnua: para garantir segurana evitando o transbordamento ou esvaziamento abaixo de determinada posio mnima. A medio descontnua normalmente feita por sensores do tipo chave com dois estados, ativo ou no ativo. Considerando um contato eltrico, esse poder estar aberto (possibilitando passagem de corrente) ou fechado (impedindo a passagem de corrente).

Medio contnua: para determinar a quantidade de combustvel armazenado. Alm do sistema de segurana mostrado anteriormente, tem-se a necessidade de determinar a quantidade armazenada de um certo combustvel dentro deste tanque. Nesse caso necessrio empregar um medidor que "observe" continuamente as variaes da altura da coluna lquida no interior do tanque. Este medidor deve fornecer um sinal de sada contnuo, proporcional altura do tanque.

Tendo o valor da altura dada pelo medidor e conhecendo a capacidade do tanque dada pelo formato do prprio tanque,

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possvel calcular a quantidade de combustvel do tanque para cada condio de nvel.

Observando os exemplos acima, conclui-se que possvel ter sensores descontnuos (Liga/Desliga) e contnuos (chamados analgicos). A escolha do tipo de medio vai depender do que se pretende na automao. No caso do tanque, os dois controles podem estar presentes, cada um cuidando de sua parte no controle do sistema como um todo.

Tipos de sistemas de sistemas de processos industriais

Em automao tem se tornado necessrio classificar os sistemas em funo de suas ocorrncias mais comuns e importncia. Alm dos sistemas dinmicos acionados pelo tempo, exemplo tpico dos fenmenos qumicos, fsicos, trmicos, regidos por equaes diferenciais, tambm aparecem em grande quantidade os sistemas de chaveamento manual, automtico, as manufaturas, as filas de servios, etc, que so acionados por eventos, e no so regidos por equaes diferenciais. Estes ltimos so conhecidos como sistemas dinmicos a eventos discretos (SEDs) e so sistemas cuja evoluo decorre unicamente de eventos instantneos, repetitivos ou espordicos.

Tipos de controle na automao

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Pode-se classificar o controle em dois grandes grupos:

Controle Dinmico

O controle dinmico procura estabelecer o comportamento esttico e dinmico dos sistemas fsicos, tornando-os mais obedientes aos operadores e mais imunes s perturbaes dentro de certos limites. Utiliza medidas das sadas do sistema a fim de melhorar o seu desempenho operacional, atravs de realimentao.

Possui um incalculvel poder tecnolgico, permitindo o aperfeioamento de processos, aumento de velocidade e preciso.

caracterstico da automao industrial de controle de processos (automao contnua), sendo tradicionalmente empregado o controle do tipo P + I + D (proporcional + integral + derivativo), entre outras escolhas.

Exemplo de aplicao: controle de temperatura de um aqurio.

Controle Lgico ou Controle de Eventos O Controle lgico complementa os sistemas lgicos permitindo que eles respondam a eventos externos ou internos de acordo com novas regras que so desejveis de um ponto de vista utilitrio.

Utiliza sinais sempre discretos em amplitude, geralmente binrios e operaes no-lineares e se apresenta na forma de circuitos (eltricos, hidrulicos, pneumticos, etc) de redes lgicas combinatrias (sem memrias ou temporizaes) cujos projetos so construdos com lgebra booleana (descreve, analisa e simplifica as redes com auxlio de Tabelas da Verdade e Diagramas de rels) ou em redes sequenciais (com memria, temporizadores e entrada de sinais em instantes aleatrios) cujo projeto utiliza a teoria dos autmatos finitos, redes de Petri, cadeias de Markov ou em simulaes por computador.

caracterstico da automao industrial de manufatura (automao discreta).

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Exemplo de aplicao: botes de segurana de uma prensa de alavanca.

Os dois tipos de controle (dinmico e lgico) so empregados em propores extremamente variveis, conforme o processo, e misturam-se nos controladores lgicos programveis (CLPs) e PCs.

No entanto, as teorias do controle dinmico e do controle lgico desenvolvem-se independentes uma da outra. O controle dinmico busca evitar a instabilidade do sistema, enquanto o controle lgico procura evitar o conflito ou a parada total da evoluo dos sinais.

Aspectos gerais da automao

A automao resulta de diversas necessidades da indstria: maior nvel de qualidade dos produtos, maior flexibilidade de modelos para o mercado, menores custos e perdas de materiais e de energia, mais disponibilidade e qualidade da informao sobre o processo e melhor planejamento e controle da produo. Segundo o grau de complexidade e meios de realizao fsica, a automao industrial pode ser classificada em:

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Automaes especializadas (menor complexidade) Grandes sistemas de automao (maior complexidade) Automaes Industriais de mbito local (mdia complexidade)

Automaes especializadas (menor complexidade) Emprega microprocessadores com programao normalmente em linguagem de mquina e memrias do tipo ROM.

Ex.: automao interna aos aparelhos eletrnicos, telefones, eletrodomsticos, automveis.

Grandes sistemas de automao (maior complexidade) Utiliza programao comercial e cientfica em software de tempo real.

Ex.: Controladores de vos nos aeroportos, controle metrovirio, sistemas militares.

Automaes Industriais e de servios de mbito local (mdia complexidade) Baseia-se no uso dos CLPs isolados ou em redes.

Ex.: Transportadores, processos qumicos, trmicos, gerenciadores de energia e de edifcios.

Corresponde grande maioria das aplicaes existentes, sendo este o foco do curso.

Arquitetura da automao industrial

A Figura 1.6 mostra os nveis hierrquicos de um processo de automao industrial, representado pela conhecida Pirmide de Automao. Para cada nvel est associado um formato de comunicao de dados que pode diferir daquele adotado para a comunicao entre nveis.

Na base da pirmide aparece o Controlador Lgico Programvel, responsvel por acionar as mquinas, motores e outros processos produtivos.

No topo da pirmide, destaca-se a informatizao ligada ao setor corporativo da empresa.

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Nvel 1: Cho de fbrica (Mquinas, dispositivos e componentes) Na base da pirmide tem-se o nvel responsvel pelas ligaes fsicas da rede ou o nvel de E/S. Neste nvel encontram-se os sensores discretos, as bombas, as vlvulas, os contatores, os CLPs e os blocos de E/S. O principal objetivo o de transferir dados entre o processo e o sistema de controle. Estes dados podem ser binrios ou analgicos e a comunicao pode ser feita horizontalmente (entre os dispositivos de campo) e verticalmente, em direo ao nvel superior. neste nvel, comumente referenciado como cho de fbrica, que as redes industriais tm provocado grandes revolues.

Ex.: linha de montagem e mquina de embalagens.

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Nvel 2: Superviso e Controle (IHMs)

o nvel dos controladores digitais, dinmicos e lgicos e de algum tipo de superviso associada ao processo. Concentra as informaes sobre o nvel 1.

Ex.: Sala de superviso.

Nvel 3: Controle do Processo Produtivo Permite o controle da planta, sendo constitudo por bancos de dados com informaes dos ndices de qualidade da produo,

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relatrios e estatsticas de processo, ndices de produtividade e etc.

Ex.: avaliao e controle da qualidade em processo alimentcio e superviso de laminadores.

Nvel 4: Controle e Logstica dos Suprimentos o nvel responsvel pela programao e pelo planejamento da produo.

Ex.: controle de suprimentos e estoques em funo da sazonalidade.

Nvel 5: Gerenciamento Corporativo o nvel responsvel pela administrao dos recursos da empresa.

Do ponto de vista da comunicao das informaes, no topo da pirmide encontrase o nvel de informao da rede (gerenciamento). Este nvel gerenciado por um computador central que processa o escalonamento da produo da planta e permite operaes de monitoramento estatstico da planta sendo implementado, na sua maioria, por softwares gerenciais/corporativos.

No nvel imediatamente abaixo, localiza-se a rede central, a qual incorpora os DCSs (Sistemas de Controle Discreto) e PCs. A informao trafega em tempo real para garantir a atualizao dos dados nos softwares que realizam a superviso da aplicao.

Uma das dificuldades dos primeiros processos de automao industrial baseava-se no ilhamento das informaes dentro do seu respectivo nvel da pirmide. Poucas informaes fluam do nvel de superviso e controle para o nvel de controle discreto e praticamente nenhuma informao flua para o topo da pirmide, onde se encontram os softwares de gerenciamento da empresa. Nos projetos de automao modernos as informaes fluem entre todas as camadas. Esta caracterstica to importante para as indstrias, hoje em dia, que muitas delas esto atualizando suas plantas industriais, ou incorporando novas tecnologias em sistemas antigos (conhecido por RETROFIT).

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A viso crtica ao automatizar processos

As principais motivaes para a automao de um processo industrial so a reduo do custo, a melhoria da qualidade do produto e a realizao de tarefas que so danosas ao ser humano (tarefas repetitivas ou que exigem grande esforo fsico, ambientes perigosos ou insalubres). Quase sempre os dois primeiros motivos so os que movem os processos de automao. A automao capaz de manter o homem no domnio da situao no que se refere produo industrial, porm numa posio mais confortvel.

O homem, nessa situao, necessita cada vez mais usar o seu crebro e cada vez menos seus msculos. Porm essa mudana faz com que os profissionais necessitem cada vez mais se especializar, buscando competncias para o desenvolvimento de suas atividades. A reconverso, isto , a adaptao a novos postos de trabalho e a qualificao profissional so condies primordiais.

Embora a automao seja um processo irreversvel na sociedade e o fator custo X benefcio, calcado no aumento do lucro das empresas, o grande definidor do emprego da tecnologia, fundamental que empresrios e engenheiros tenham uma viso das consequncias sociais que um processo de automao pode trazer:

A automao quase sempre gera desemprego; A automao requer um profissional cada vez mais qualificado; Em pases em desenvolvimento o governo no possui uma infra-estrutura para atender a populao desfavorecida.

O sonho propalado da automao era que ela traria melhor qualidade de vida para toda a sociedade, reduzindo a carga horria de trabalho para possibilitar ao ser humano um convvio mais harmonioso entre si e a natureza. Este sonho tem se esbarrado na boca voraz do capitalismo selvagem que infelizmente, sem a fora de um governo forte, incapaz de dividir as riquezas acumuladas para o bem de toda a sociedade.

O papel de preparar esse novo profissional das escolas que deve contar com o apoio das indstrias, porm com a velocidade

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que ocorrem as mudanas tecnolgicas, no permitido ao profissional estar sempre num ambiente escolar para sua preparao. Ento, o que fazer?

A concluso que se chega que o profissional cada vez mais ter que se autodesenvolver, provendo o seu prprio conhecimento, no s na rea tecnolgica, mas tambm em outras reas, de modo mais amplo, como: economia, sociologia, comrcio exterior, qualidade, relaes humanas, meio ambiente, etc.

Cabe ao engenheiro e aos empresrios a viso crtica diante dos processos de automao. Mais importante do que retardar um processo inevitvel talvez seja criar condies para que o bem final possa ser melhor repartido entre todos.

Tendncias da automao

Tecnologia Wireless: de lenta, cara e insegura tornou-se mais rpida e econmica. Chips de menor capacidade residiro inteligncia diretamente em sensores e atuadores softwares sero parte do produto. Controles baseados em PLC ou PC sero obsoletos e caros.

A propriedade da soluo tecnolgica ser medida em meses em vez de anos Sistemas microeletromecnicos sero usados para miniaturizar sensores, atuadores, motores, engrenagens displays para equipamentos digitais.

O mercado atual da automao no Brasil Conforme dados da ABINEE, vistos nas tabelas abaixo, o faturamento da rea da automao industrial cresceu cerca de 25% no perodo entre o primeiro semestre de 2006 e o de 2007. As exportaes neste perodo chegaram a US$ 132 milhes e um mercado em expanso, ao contrrio de outros, como o caso das telecomunicaes que retrai cerca de 21% no perodo pesquisado.

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Variveis de Controle

Como foi dito no captulo Introduo, para controlar um processo o CLP usa de informaes vindas de sensores. Atravs das instrues gravadas em sua memria interna ela comanda os atuadores, que exercem o trabalho sobre o sistema.

Conceitualmente designa-se os sensores de entradas e os atuadores de sadas, sendo que ambas podem ser representadas matematicamente por variveis. Em automao, estas podem ser divididas em analgicas e digitais.

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As variveis analgicas so aquelas que variam continuamente com o tempo, conforme mostra a figura 2.1(a). Elas so comumente encontradas em processos qumicos advindas de sensores de presso, temperatura e outras variveis fsicas. As variveis discretas, ou digitais, so aquelas que variam discretamente com o tempo, como pode ser visto na figura 2.1(b).

Dessa forma podemos definir o Controle Analgico como aquele que se destina ao monitoramento das variveis analgicas e ao controle discreto como sendo o monitoramento das variveis discretas. O primeiro tipo englobar variveis discretas, consistindo assim em um conceito mais amplo.

Ainda no controle analgico podemos separar entradas convencionais, tais como comandos do operador, ou variveis discretas gerais, das entradas analgicas advindas de sensores ligados diretamente as sadas do processo. Estas ltimas sero comparadas a uma referncia que consiste no valor estvel desejado para o controle (ver figura 2.2). Essa referncia tambm conhecida como set-point. Neste tipo de controle, onde as sadas so medidas para clculo da estratgia de controle dizemos que h uma realimentao. Esse sistema conhecido como sistema em malha fechada. Se no h a medio das sadas dizemos que o sistema tem malha aberta.

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A automao, como a imaginamos, tem a ver mais com o comando sequencial de aes que visam a fabricao, transporte ou inspeo de produtos. Desse modo, trabalha-se muito mais com variveis digitais, e por isso as mesmas sero focalizadas no curso.

Diferentes tipos de entradas e sadas

Como j dito antes, estaremos estudando o comportamento do controlador em um ambiente automatizado. Mas est bem claro que este comportamento definido atravs de um programa do usurio e do comportamento das entradas e em alguns casos tambm das sadas. Assim neste tpico cita-se o exemplo de algumas entradas e sadas, que podem influenciar no comportamento do controlador. Lembrando que algumas destas entradas sero vistas em maiores detalhes posteriormente. A) Entradas discretas: so aquelas que fornecem apenas um pulso ao controlador, ou seja, elas tm apenas um estado ligado ou desligado, nvel alto ou nvel baixo, remontando a lgebra boolena que trabalha com uns e zeros. Alguns exemplos so mostrados na figura 2.3, dentre elas: as botoeiras (2.3a), vlvulas eletro-pneumticas (2.3b) , os pressostatos (2.3c) e os termostatos (2.3d).

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B) Entradas multi-bits: so intermedirias as entradas discretas e as analgicas. Estas destinam-se a controles mais precisos como no caso do motor de passo ou servomotores. A diferena para as entradas analgicas que estas no exigem um conversor analgico digital na entrada do controlador. Um exemplo clssico o dos Encoders, utilizados para medio de velocidade e posicionamento (figura 2.4).

C) Entradas analgicas: como o prprio nome j diz elas medem as grandezas de forma analgica. Para trabalhar com este tipo de entrada os controladores tem conversores analgico-digitais (A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits so os mais populares. As principais medidas feitas de forma analgica so a temperatura e presso. Na figura 2.5 tem-se mostra-se o exemplo de sensores de presso ou termopares.

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D) Sadas discretas: so aquelas que exigem do controlador apenas um pulso que determinar o seu acionamento ou desacionamento. Como exemplo tm-se elementos mostrados na figura 2.6: Contatores (2.6a) que acionam os Motores de Induo (2.6b) e as Vlvulas Eletro-pneumticas (2.6c).

E) Sadas multi-bits: tm o conceito de operao semelhante as entradas da mesma categoria. Como principais exemplos tm-se os drivers dos Motores de Passo (figura 2.7a) e os servomotores (figura 2.7b).

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F) Sadas analgicas: como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de um conversor digital para analgico (D/A), para trabalhar com este tipo de sada. Os exemplos mais comuns so: vlvula proporcional, acionamento de motores DC, displays grficos, entre outros.

Reviso de Comandos Eltricos

Conceitualmente o estudo da eletricidade divido em trs grandes reas: a gerao, a distribuio e o uso. Dentre elas a disciplina de comandos eltricos est direcionada ao uso desta energia, assim pressupe-se neste texto que a energia j foi gerada, transportada a altas tenses e posteriormente reduzida aos valores de consumo, com o uso de transformadores apropriados.

Por definio os comandos eltricos tem por finalidade a manobra de motores eltricos que so os elementos finais de potncia em um circuito automatizado. Entende-se por manobra o estabelecimento e conduo, ou a interrupo de corrente eltrica em condies normais e de sobre-carga. Os principais tipos de motores so:

Motor de Induo Motor de corrente contnua Motores sncronos Servomotores Motores de Passo

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Estima-se que 40% do consumo de energia no pas destinada ao acionamento dos motores eltricos (Filippo Filho, 2000). No setor industrial, mais da metade da energia consumida por motores.

Os Servomotores e Motores de Passo necessitam de um driver prprio para o seu acionamento, tais conceitos fogem do escopo deste curso. Dentre os motores restantes, os que ainda tm a maior aplicao no mbito industrial so os motores de induo trifsicos, pois em comparao com os motores de corrente contnua, de mesma potncia, eles tem menor tamanho, menor peso e exigem menos manuteno. A figura 3.1 mostra um motor de induo trifsico tpico.

Existem diversas aplicaes para os motores de induo, dentre elas pode-se citar:

O transporte de fludos incompressveis, onde se encontram as bombas de gua e leo; O processamento de materiais metlicos, representado pelas furadeiras, prensas, tornos; A manipulao de cargas feita pelos elevadores, pontes rolantes, talhas, guindastes, correias transportadoras, entre outros.

Havendo ressaltada a importncia dos motores em sistemas automatizados, descreve-se nos prximos pargrafos, os conceitos de comandos, necessrios a manobra dos mesmos.

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Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos eltricos a noo de que os objetivos principais dos elementos em um painel eltrico so: a) proteger o operador e b) propiciar uma lgica de comando.

Partindo do princpio da proteo do operador, mostra-se na figura 3.2, uma sequncia genrica dos elementos necessrios a partida e manobra de motores, onde so encontrados os seguintes elementos:

Seccionamento: s pode ser operado sem carga. Usado durante a manuteno e verificao do circuito. Proteo contra correntes de curto-circuito: destina-se a proteo dos condutores do circuito terminal. Proteo contra correntes de sobrecarga: para proteger as bobinas do enrolamento do motor. Dispositivos de manobra: destinam-se a ligar e desligar o motor de forma segura, ou seja, sem que haja o contato do operador no circuito de potncia, onde circula a maior corrente.

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importante repetir que no estudo de comandos eltricos deve-se ter a sequncia mostrada na figura 3.2 em mente, pois ela consiste na orientao bsica para o projeto de qualquer circuito.

Ainda falando em proteo, as manobras (ou partidas de motores) convencionais, so divididas em dois tipos, segundo a norma IEC 60947:

I. Coordenao do tipo 1: Sem risco para as pessoas e instalaes, ou seja, desligamento seguro da corrente de curto-circuito. Porm podem haver danos ao contator e ao rel de sobrecarga. II. Coordenao do tipo 2: Sem risco para as pessoas e instalaes. No pode haver danos ao rel de sobrecarga ou em outras partes, com exceo de leve fuso dos contatos do contator e estes permitam uma fcil separao sem deformaes significativas. O rel de sobrecarga, os contatores e outros elementos em maiores detalhes nos captulos posteriores, bem como a sua aplicao prtica em circuitos reais.

Em comandos eltricos trabalhar-se- bastante com um elemento simples que o contato. A partir do mesmo que se forma toda lgica de um circuito e tambm ele quem d ou no a conduo de corrente. Basicamente existem dois tipos de contatos, listados a seguir:

i. Contato Normalmente Aberto (NA): no h passagem de corrente eltrica na posio de repouso, como pode ser observado na figura 3.3(a). Desta forma a carga no estar acionada. ii. Contato Normalmente Fechado (NF): h passagem de corrente eltrica na posio de repouso, como pode ser observado na figura 3.3(b). Desta forma a carga estar acionada.

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Os citados contatos podem ser associados para atingir uma determinada finalidade, como por exemplo, fazer com que uma carga seja acionada somente quando dois deles estiverem ligados. As principais associaes entre contatos so descritas a seguir.

Associao de contatos normalmente abertos

Basicamente existem dois tipos, a associao em srie (figura 3.4a) e a associao em paralelo (3.4b). Quando se fala em associao de contatos comum montar uma tabela contendo todas as combinaes possveis entre os contatos, esta denominada de Tabela Verdade.

As tabelas 3.1 e 3.2 referem-se as associaes em srie e paralelo.

Nota-se que na combinao em srie a carga estar acionada somente quando os dois contatos estiverem acionados e por isso denominada de funo E. J na combinao em paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga e por isso denominada de funo OU.

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Associao de contatos normalmente fechados

Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em srie (figura 3.5a) e paralelo (figura 3.5b), as respectivas tabelas verdade so 3.3 e 3.4. Nota-se que a tabela 3.3 exatamente inversa a tabela 3.2 e portanto a associao em srie de contatos NF denominada funo no OU. Da mesma forma a associao em paralelo chamada de funo no E.

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Principais elementos em comandos eltricos

Havendo estudado os principais tipos de contato, o prximo passo conhecer os componentes de um painel eltrico.

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Botoeira ou Boto de comando

Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente o de uma chave. Entretanto, no caso de comandos eltricos a chave que liga os motores diferente de uma chave usual, destas encontradas em residncias, utilizadas para ligar a luz, por exemplo. A diferena principal est no fato de que ao movimentar a chave residencial ela vai para uma posio e permanece nela, mesmo quando se retira a presso do dedo. Na chave industrial ou botoeira h o retorno para a posio de repouso atravs de uma mola, como pode ser observado na figura 3.6a. O entendimento deste conceito fundamental para compreender o porque da existncia de um selo no circuito de comando.

A botoeira faz parte da classe de componentes denominada elementos de sinais.

Estes so dispositivos pilotos e nunca so aplicados no acionamento direto de motores.

A figura 3.6a mostra o caso de uma botoeira para comutao de 4 plos. O contato NA (Normalmente Aberto) pode ser utilizado como boto LIGA e o NF (Normalmente Fechado) como boto DESLIGA. Esta uma forma elementar de intertravamento. Note que o retorno feito de forma automtica atravs de mola.

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Existem botoeiras com apenas um contato. Estas ltimas podem ser do tipo NA ou NF.

Ao substituir o boto manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito utilizada em circuitos pneumticos e hidrulicos. Este muito utilizado na movimentao de cargas, acionado no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer outra carga.

Outros tipos de elementos de sinais so os Termostatos, Pressostatos, as Chaves de Nvel e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes).

Todos estes elementos exercem uma ao de controle discreta, ou seja, liga / desliga. Como por exemplo, se a presso de um sistema atingir um valor mximo, a ao do Pressostato ser o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a presso atinja novamente um valor mnimo atua-se re-ligando o mesmo.

Rels

Os rels so os elementos fundamentais de manobra de cargas eltricas, pois permitem a combinao de lgicas no comando, bem como a separao dos circuitos de potncia e comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaa com cinco terminais. Os terminais (1) e (2) correspondem a bobina de excitao. O terminal (3) o de entrada, e os terminais (4) e (5) correspondem aos contatos normalmente fechado (NF) e normalmente aberto (NA), respectivamente.

Uma caracterstica importante dos rels, como pode ser observado na figura 3.7 que a tenso nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto simultneamente os terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca. Ou seja no h contato fsico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. Este conceito permitiu o surgimento de dois circuitos em um painel eltrico:

i. Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da mquina ou dispositvo e portanto trabalha com baixas correntes (at 10 A) e/ou baixas tenses. ii. Circuito de Potncia: o circuito onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais como motores, resistncias de

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aquecimento, entre outras. Neste podem circular correntes eltricas da ordem de 10 A ou mais, e atingir tenses de at 760 V.

Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam no circuito de comando.

Do conceito de rels pode-se derivar o conceito de contatores, visto no prximo item.

Contatores Para fins didticos pode-se considerar os contatores como rels expandidos pois o princpio de funcionamento similar. Conceituando de forma mais tcnica, o contator um elemento eletro-mecnico de comando a distncia, com uma nica posio de repouso e sem travamento.

Como pode ser observado na figura 3.8, o contator consiste basicamente de um ncleo magntico excitado por uma bobina. Uma parte do ncleo magntico mvel, e atrado por foras de ao magntica quando a bobina percorrida por corrente e cria um fluxo magntico. Quando no circula corrente pela bobina de excitao essa parte do ncleo repelida por ao de molas. Contatos eltricos so distribudos solidariamente a esta parte mvel do ncleo, constituindo um conjunto de contatos mveis. Solidrio a carcaa do contator existe um conjunto de contatos fixos. Cada jogo de contatos fixos e mveis podem ser do tipo Normalmente aberto (NA), ou normalmente fechados (NF).

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Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou auxiliares (CAW). De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares tem corrente mxima de 10A e possuem de 4a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os contatores principais tem corrente mxima de at 600A. De uma maneira geral possuem 3 contatos principais do tipo NA, para manobra de cargas trifsicas a 3 fios.

Um fator importante a ser observando no uso dos contatores so as fascas produzidas pelo impacto, durante a comutao dos contatos. Isso promove o desgaste natural dos mesmos, alm de consistir em riscos a sade humana. A intensidade das fascas pode se agravar em ambientes midos e tambm com a quantidade de corrente circulando no painel. Dessa forma foram aplicadas diferentes formas de proteo, resultando em uma classificao destes elementos. Basicamente existem 4 categorias de emprego de contatores principais:

a. AC1: aplicada em cargas hmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos a resistncia. b. AC2: para acionamento de motores de induo com rotor bobinado.

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c. AC3: aplicao de motores com rotor de gaiola em cargas normais como bombas, ventiladores e compressores. d. AC4: para manobras pesadas, como acionar o motor de induo em plena carga, reverso em plena marcha e operao intermitente. A figura 3.9 mostra o aspecto de um contator comum. Este elemento ser mais detalhado em lies posteriores.

Fusveis

Os fusveis so elementos bem conhecidos pois se encontram em instalaes residenciais, nos carros, em equipamentos eletrnicos, mquinas, entre outros. Tecnicamente falando estes so elementos que destinam-se a proteo contra correntes de curto-circuito. Entende-se por esta ltima aquela provocada pela falha de montagem do sistema, o que leva a impedncia em determinado ponto a um valor quase nulo, causando assim um acrscimo significativo no valor da corrente.

Sua atuao deve-se a a fuso de um elemento pelo efeito Joule, provocado pela sbita elevao de corrente em determinado circuito. O elemento fusvel tem propriedades fsicas tais que o seu ponto de fuso inferior ao ponto de fuso do cobre. Este ltimo o material mais utilizado em condutores de aplicao geral.

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Disjuntores

Os disjuntores tambm esto presentes em algumas instalaes residenciais, embora sejam menos comuns do que os fusveis. Sua aplicao determinadas vezes interfere com a aplicao dos fusveis, pois so elementos que tambm destinam-se a proteo do circuito contra correntes de curto-circuito. Em alguns casos, quando h o elemento trmico os disjuntores tambm podem se destinar a proteo contra correntes de sobrecarga. A corrente de sobrecarga pode ser causada por uma sbita elevao na carga mecnica, ou mesmo pela operao do motor em determinados ambientes fabris, onde a temperatura elevada.

A vantagem dos disjuntores que permitem a re-ligao do sistema aps a ocorrncia da elevao da corrente, enquanto os fusveis devem ser substitudos antes de uma nova operao.

Para a proteo contra a sobrecarga existe um elemento trmico (bi-metlico). Para a proteo contra curto-circuito existe um elemento magntico.

O disjuntor precisa ser caracterizado, alm dos valores nominais de tenso, corrente e frequncia, ainda pela sua capacidade de interrupo, e pelas demais indicaes de temperatura e altitude segundo a respectiva norma, e agrupamento de disjuntores, segundo informaes do fabricante, e outros, que podem influir no seu dimensionamento.

A figura 3.10 mostra o aspecto fsico dos disjuntores comerciais.

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Rel trmico ou de sobrecarga

Antigamente a proteo contra corrente de sobrecarga era feita por um elemento separado denominado de rel trmico. Este elemento composto por uma junta bimetlica que se dilatava na presena de uma corrente acima da nominal por um perodo de tempo longo. Atualmente os disjuntores englobam esta funo e sendo assim os rels de sobrecarga caram em desuso.

Simbologia grfica

At o presente momento mostrou-se a presena de diversos elementos constituintes de um painel eltrico. Em um comando, para saber como estes elementos so ligados entre si necessrio consultar um desenho chamado de esquema eltrico. No desenho eltrico cada um dos elementos representado atravs de um smbolo. A simbologia padronizada atravs das normas NBR, DIN e IEC. Na tabela 2.5 apresenta-se alguns smbolos referentes aos elementos estudados nos pargrafos anteriores.

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Manobras convencionais em motores eltricos: Partida Direta

Os componentes e contatos, estudados no captulo anterior, destinam-se ao acionamento seguro de cargas ou atuadores eltricos, ou seja, a manobra dos mesmos.

Dentre estes destacou-se os motores de induo por sua grande utilizao no ambiente industrial. Esses, por sua vez, apresentam particularidades no seu acionamento e estas devem ser consideradas nos circuitos automticos.

A primeira particularidade em manobra de motores, como foi dito, a diviso do circuito em comando e potncia para proteo dos operadores. No comando geralmente se encontra a bobina do

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contator principal de manobra do motor. Deve-se lembrar que os circuitos eletro-pneumticos eletro-hidrulicos tambm apresentam a mesma diviso.

O circuito de comando tambm tem as funes de selo, intertravamento, sinalizao, lgica e medio. A tenso de comando pode ser contnua ou alternada. Determinada a tenso de comando, todos os elementos de acionamento devem ser comprados para esta tenso. So elementos de acionamento: bobinas dos contatores principais e auxiliares, todos os rels, as lmpadas de sinalizao, sirenes, buzinas, temporizadores, entre outros.

A primeira e mais bsica manobra apresentada a partida direta. Esta destina-se simplesmente ao acionamento e interrupo do funcionamento de um motor de induo trifsico, em um determinado sentido de rotao.

A sequncia de ligao dos elementos mostrada na figura 4.1, onde pode-se notar a presena dos circuitos de potncia e comando.

A partida direta funciona da seguinte forma: ao pressionar a botoeira S1 permite-se a passagem de corrente pela bobina do contator K1, ligando o motor. Para que o mesmo no desligue, acrescentou-se um contato NA de K1 em paralelo com S1. Este contato denominado de selo, sendo muito utilizado em manobras e portanto de fundamental importncia. A botoeira S0 serve para o desligamento do motor.

A lmpada H1 corresponde a cor verde e portanto deve ser ligada somente quando o motor estiver funcionando, por isso para seu acionamento utiliza-se um contato NA do contator K1.

A lmpada H2 tem cor amarela, indicando espera, ou seja, a alimentao de energia est habilitada e o motor est pronto para ser ligado. Utiliza-se um contato NF de K1 antes da mesma pois, ao acionar o motor, esta lmpada deve desligar.

Finalmente, liga-se a lmpada vermelha H3 no contato NA do rel trmico F1, para indicar a atuao do mesmo. imporante notar que as sinaleiras H1 e H2 foram ligadas aps o contato NF (96) do rel F1, isso porque ao atuar a sobrecarga, ambas sinaleiras devem desligar.

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Legenda:

Manobra de motores com reverso do sentido de giro

Esta manobra destina-se ao acionamento do motor com possibilidade de reverso do sentido de giro de seu eixo. Para

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fazer isso deve-se trocar duas fases, de forma automtica. Portanto utiliza-se dois contatores, um para o sentido horrio e outro para o sentido antihorrio (K1 e K2).

A figura 5.1 mostra os circuitos de comando e potncia para este tipo de partida.

Pode-se observar que no contator K1 as fases R, S e T entram nos terminais 3, 2 e 1 do motor, repectivamente. J em K2 as fases R, S e T entram nos terminais 1, 2 e 3, ou seja houve a inverso das fases R e T, provocando a mudana no sentido de rotao.

importante observar que os fios passando pelos contatores K1 e K2 ligam as fases S e T diretamente sem haver passagem por uma carga. Desse modo estes contatores no podem ser ligados simultaneamente, pois isso causaria um curto-circuito no sistema. Para evitar isso introduz-se no comando dois contatos NF, um de K1 antes da bobina de K2 e outro de K2 antes da bobina de K1. Esse procedimento denominado de intertravamento sendo muito comum nos comandos eltricos.

Ao pressionar o boto S1 permite-se a passagem de corrente pela bobina de K1.

Automaticamente os contatos 1-2, 3-4 e 5-6 se fecham ligando o motor. O contato 13-14 de K1 tambm se fecha selando a passagem de corrente. O contato 21-22 de K1 se abre, impedindo a passagem de corrente pela bobina de K2, mesmo que o operador pressione a botoeira S2 tentando reverter a velocidade de rotao. Desse modo necessria a parada do motor para inverter o sentido de giro, por isso o circuito denominado de partida com reverso de parada obrigatria.

O funcionamento do circuito quando se liga o motor no outro sentido de rotao atravs da botoeira S2 similar e por isso no ser descrito.

Em alguns casos, dependendo da carga manobrada, adiciona-se ainda temporizadores de modo a contar um tempo antes que a velocidade possa ser invertida.

Evita-se assim os famosos trancos extremamente prejudiciais ao sistema mecnico e eltrico.

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A segurana tambm pode ser aumentada convenientemente atravs da adio de mais dois contatos de intertravamento, garantido assim a inexistncia de curtos, caso um dos contatos esteja danificado.

Legenda:

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Limitao da corrente de partida do motor de induo

Normalmente os motores de induo exigem, durante a partida, uma corrente maior que pode variar de cinco a sete vezes o valor de sua corrente nominal. Esta caracterstica extremamente indesejvel pois alm de exigir um super -dimensionamento dos cabos, ainda causa quedas no fator de potncia da rede, provocando possveis multas da concessionria de energia eltrica. Uma das estratgias para se evitar isso a Partida Estrela-tringulo (U/D), cujo princpio o de ligar o motor na configurao estrela (U), reduzindo a corrente e posteriormente comut-lo para tringulo (D) atingindo sua potncia nominal. Outra estratgia o uso de Chaves compensadoras.

A carga sobre a qual o motor est sujeito deve ser bem estudada para definir qual tipo de limitao de corrente o mais adequado, entretanto este um tpico da disciplina

Mquinas Eltricas. Modernamente, atravs do desenvolvimento da tecnologia do estado slido, tambm so utilizados os Soft-starters e os Inversores de Frequncia.

Para entender como a partida U/D reduz a corrente de partida basta analisar a figura 6.1, onde Uf e UL so as tenses de fase e linha, respectivamente. J If e IL correspondem as correntes de fase e linha.

Na configurao Y vlida a relao dada na equao (6.1) ou seja a Uf 3 vezes menor que UL. Desse modo, se ambas configuraes forem alimentadas coma mesma tenso de linha, a corrente de fase na configurao Y tambm ser menor, promovendo assim a esperada reduo na corrente de partida.

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As figuras 6.2 e 6.3 mostram os circuitos de comando e potncia para a partida U/D, respectivamente. Para funcionar de forma automtica, o fechamento do motor, antes feito no prprio, realizado agora atravs da combinao dos contatores K1-K2 e K1-K3. Desse modo K2 e K3 no podem funcionar simultaneamente pois ocorreria curto-circuito, pela mesma razo j explicada na partida com reverso. O intertravamento destes dois contatores pode ser observado no circuito de comando.

Introduz-se nesta partida o rel temporizador (K6), responsvel pela comutao do motor de estrela para tringulo.

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Legenda:

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Introduo aos Controladores Lgicos Programveis

Na lio anterior pode-se notar, principalmente nos laboratrios, as dificuldades de se montar e dar manuteno nos painis eltricos. A falta de flexibilidade, a segurana e o custo eram fatores primordiais para que o mercado exigisse uma mudana, e ela veio inicialmente atravs dos circuitos digitais e posteriormente atravs dos Controladores Lgico Programveis, mais conhecidos com CLPs.

Os CLPs podem ser definidos, segundo a norma ABNT, como um equipamento eletrnico-digital compatvel com aplicaes industriais. O termo em ingls PLC, que significa Programmable Logic Controller. O primeiro CLP data de 1968 na diviso de hidramticos da General Motors. Surgiu como evoluo aos antigos painis eltricos, cuja lgica fixa tornava impraticvel qualquer mudana extra do processo.

A tecnologia dos CLPs s foi possvel com o advento dos chamados Circuitos Integrados e da evoluo da lgica digital. Este equipamento trouxe consigo as principais vantagens:

fcil diagnstico durante o projeto economia de espao devido ao seu tamanho reduzido no produzem fascas podem ser programados sem interromper o processo produtivo possibilidade de criar um banco de armazenamento de programas baixo consumo de energia necessita de uma reduzida equipe de manuteno tem a flexibilidade para expanso do nmero de entradas e sadas capacidade de comunicao com diversos outros equipamentos, entre outras

Histrico da Tecnologia

Historicamente os CLPs podem ser classificados nas seguintes categorias: 1a gerao: Programao em Assembly. Era necessrio conhecer o hardware do equipamento, ou seja, a eletrnica do projeto do CLP.

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2a gerao: Apareceram as linguagens de programao de nvel mdio. Foi desenvolvido o Programa monitor que transformava para linguagem de mquina o programa inserido pelo usurio. 3a gerao: Os CLPs passam a ter uma entrada de programao que era feita atravs de um teclado, ou programador porttil, conectado ao mesmo. 4a gerao: introduzida uma entrada para comunicao serial, e a programao passa a ser feita atravs de microcomputadores. Com este advento surgiu a possibilidade de testar o programa antes do mesmo ser transferido ao mdulo do CLP, propriamente dito. 5a gerao: Os CLPs de quinta gerao vem com padres de protocolo de comunicao para facilitar a interface com equipamentos de outros fabricantes, e tambm com Sistemas Supervisrios e Redes Internas de comunicao.

Princpio de Funcionamento Como pode ser visto na Figura 8.1, o CLP funciona de forma sequencial, fazendo um ciclo de varredura em algumas etapas. importante observar que quando cada etapa do ciclo executada, as outras etapas ficam inativas. O tempo total para realizar o ciclo denominado CLOCK. A no simultaneidade das operaes justifica a exigncia de processadores com velocidades cada vez mais altas. Em cada etapa o CLP realiza as tarefas descritas nos prximos pargrafos.

Incio: Verifica o funcionamento da C.P.U, memrias, circuitos auxiliares, estado das chaves, existncia de um programa de usurio, emite aviso de erro em caso de falha. Desativa todas as sadas. Verifica o estado das entradas: L cada uma das entradas, verificando se houve acionamento. O processo chamado de ciclo de varredura. Compara com o programa do usurio: Atravs das instrues do usurio sobre qual ao tomar em caso de acionamento das entradas o CLP atualiza a memria imagem das sadas. Atualiza as sadas: As sadas so acionadas ou desativadas conforme a determinao da CPU. Um novo ciclo iniciado.

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Estrutura Bsica de um CLP

Fonte de alimentao: Converte a tenso da rede de 110 ou 220 VCA em +5VCC, +12VCC ou +24VCC para alimentar os circuitos eletrnicos, as entradas e as as sadas. Unidade de processamento: Tambm conhecida por CPU, composta por microcontroladores ou microprocessadores (Intel 80xx, motorola 68xx, PIC 16xx). Endereamento de memria de at 1Mega Byte, velocidades de clock de 4 a 30 MHz, manipulao de dados decimais, octais e hexadecimais. Bateria: Utilizada para manter o circuito do relgio em tempo real. Normalmente so utilizadas baterias recarregveis do tipo Ni - Ca.

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Memria do programa supervisor: O programa supervisor responsvel pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. No pode ser modificado pelo usurio e fica normalmente em memrias do tipo PROM, EPROM, EEPROM. Memria do usurio: Espao reservado ao programa do usurio. Constituda por memrias do tipo RAM, EEPROM ou FLASH-EPROM. Tambm pode-se utilizar cartuchos de memria, para proporcionar agilidade e flexibilidade. Memria de dados: Armazena valores do programa do usurio, tais como valores de temporizadores, contadores, cdigos de erros, senhas, etc. Nesta regio se encontra tambm a memria imagem das entradas a sadas. Esta funciona como uma tabela virtual onde a CPU busca informaes para o processo decisrio. Os circuitos auxiliares atuam em caso de falha do CLP, so:

POWER ON RESET: desliga todas as sadas assim que o equipamento ligado, isso evita que possveis danos venham a acontecer.

POWER DOWN: monitora a tenso de alimentao salvando o contedo das memrias antes que alguma queda de energia possa acontecer.

WATCH DOG TIMER: o co de guarda deve ser acionado em intervalos peridicos, isso evita que o programa entre em loop.

Classificao dos CLPs segundo a capacidade

Alm da classificao histrica, os CLPs podem ser classificados tambm segundo a sua capacidade, como descrito abaixo. Nano e micro CLPs: possuem at 16 entradas e a sadas. Normalmente so compostos por um nico mdulo com capacidade de memria mxima de 512 passos. CLPs de mdio porte: capacidade de entrada e sada em at 256 pontos, digitais e analgicas. Permitem at 2048 passos de memria. CLPs de grande porte: construo modular com CPU principal e auxiliares. Mdulos de entrada e sada digitais e analgicas, mdulos especializados, mdulos para redes locais. Permitem a utilizao de at 4096 pontos. A memria pode ser otimizada para o tamanho requerido pelo usurio.

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Linguagens de Programao

Basicamente existem trs tipos de linguagens para programao dos CLPs: Ladder, Blocos Lgicos e Lista de instrues. Alguns fabricantes como a Siemens juntaram as trs linguagens em uma nica, denominada comercialmente de STEP7. A linguagem Ladder, ou diagrama de contatos, foi a primeira a surgir pois se assemelhava muito aos diagramas eltricos (ver figura 8.2) , facilitando assim o entendimentos dos tcnicos e engenheiros da poca.

Os blocos lgicos correspondem a uma linguagem de nvel intermedirio e muito prtica pois traz consigo vrias funes de temporizao pr-definidas, facilitando assim a confeco de programas. Desse modo neste curso ser abordada essa linguagem de programao.

Introduo programao em Blocos Funcionais

O estudo deste tipo de linguagem a programao ser realizado com um CLP comercial que o LOGO 24RL da Siemens, mostrado na figura (9.1). Vale lembrar que embora no curso se faa uso de um equipamento especfico, a linguagem padronizada por normas internacionais, tais como a DIN e a IEC.

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Desse modo o aluno fica habilitado a programar em outros diferentes modelos de controladores.

Geralmente os CLPs so programados em Microcomputadores e o programa transferido posteriormente para sua memria interna. No Logo existe a possibilidade de se programar na tela da Interface Homem Mquina (IHM). Assim sendo, para facilitar a insero do programa na IHM, os blocos de funes foram divididos em 4 principais listas, descritas a seguir:

A) Co: Lista Co (Connectors) Nesta lista encontram-se smbolos que esto relacionados com as entradas e sadas fsicas, externas ao controlador programvel, correspondendo aos sensores e atuadores que so ligados eletricamente ao controlador. Nela podem se encontrar:

Entradas: I1, I2, I3, Sadas: Q1, Q2, Q3,...

Nveis: lo baixo; hi alto No conectado, ou inutilizado: X

B) GF: Lista de Funes Gerais (General Functions) As funes gerais correspondem as funes lgicas do CLP, muito importante para definir o relacionamento entre as variveis de controle. Algumas funes so:

Porta AND (E) Porta OR (OU) Porta NAND (No E) Etc...

C) SF: Funes Especiais (Special Functions)

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Aqui se encontram as funes com contagem de tempo, correspondentes aos vrios conceitos empregados na montagem do relacionamento lgico e temporal dos painis eltricos. Estas funes permitem a gerao de sequncias de acionamento, e so responsveis pela imagem que se tem de um sistema verdadeiramente automatizado.

Alguns exemplos so:

Rel de Retardo na Ativao Rel de Retardo na Desativao Rel de Impulsos Sada de Impulsos Simtricos Etc...

D) BN: Nmeros de Blocos (Block Number) Contm uma lista com os Blocos j utilizados no circuito, e que podem ser utilizados posteriormente, como entradas em blocos novos, por exemplo.

Nas prximas lies sero apresentadas as principais funes lgicas e especiais utilizadas na programao em Blocos Lgicos.

Blocos de Funes Gerais

As funes gerais consistem em funes lgicas, normalmente estudadas nos cursos de Tcnicas Digitais. Abaixo encontra-se uma descrio mais detalhada de cada uma delas.

Deve-se lembrar que em programao lgica, a representao que melhor se aplica ao entendimento das funes a Tabela Verdade.

A Tabela Verdade consiste na representao de todas as combinaes lgicas possveis entre as entradas e sadas. Para 2 entradas a tabela tem 4 linhas. Para 3 entradas a tabela tem 8 linhas, seguindo sempre uma relao de 2n, onde n o nmero de entradas.

Funo AND

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Nesta funo a sada ativada somente se todas as entradas estiverem ativadas. Ao lado se encontra a simbologia no logo.

Funo OR

Nesta funo a sada ativada se qualquer uma das entradas estiver ativada.

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Funo NAND

Nesta funo a sada ativada sempre que uma das entradas for zero, ou seja, a sada nula quando todas as entradas estiverem ativadas.

Observe que diferena para a funo AND consiste em um ponto ou um quadrado no lado as sada do bloco.

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Funo NOR

Nesta funo, a sada ativada, somente quando todas as entradas forem zero, ou seja, a sada nula sempre uma das entradas for ativada.

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Exemplo de aplicao das funes Lgicas comando bi-manual

Considere o esquema hidrulico mostrado na figura 10.1, correspondente ao acionamento de uma prensa. No circuito so utilizados um cilindro de dupla ao, uma vlvula 4/3 vias com centro aberto negativo e um sensor capacitivo no fim de curso (S4). A vlvula 4/3 vias servo-pilotada em ambos sentidos e centrada por molas. Para aumentar a segurana tambm faz-se o uso de outro sensor capacitivo (S3), que determina se a peafoi inserida corretamente na prensa. As condies lgicas para o funcionamento do sistema so: O avano deve ser comandado por duas botoeiras (S1 e S2) que devem ser pressionadas simultaneamente. O cilindro s pode descer se a pea tiver sido colocada na mquina. O cilindro deve retornar automaticamente ao atingir o fim de curso. Se o operador retirar as mos da botoeira o cilindro deve parar. Existe uma botoeira de segurana (S0) que ao ser pressionada deve comandar o retorno imediato do cilindro.

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O primeiro passo para fazer a programao do CLP determinar em quais entradas e sadas sero ligadas os elementos de comando. A figura 10.2 mostra como a ligao eltrica dos elementos com o CLP poderia ser feita.

O segundo passo determinar quais as relaes lgicas entre os elementos. Isso facilmente visualizado atravs das condies lgicas que foram dadas para o funcionamento do sistema. Atravs delas pode-se determinar:

As botoeiras S1 e S2 juntamente com o sensor S3 obedecem a uma condio lgica do tipo AND pois as trs condies devem ocorrer simultaneamente para que o cilindro retorne.

A botoeira de emergncia S0 e o fim de curso S4 tem uma relao lgica do tipo OR, pois se qualquer uma das condies ocorrer a prensa deve retornar.

Havendo estabelecido as funes lgicas a se utilizar, a programao fica fcil, sendo mostrada na figura 10.3, abaixo.

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Visualizando o programa 10.3 ainda existe um problema ser considerado, ao chegar no fim de curso, se o operador no retirar as mos das botoeiras, a prensa no retorna, pois o solenide de avano continua acionado. Para evitar isso pode-se fazer a seguinte modificao:

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adiciona-se mais um bloco AND, com a inverso de Q2, desse modo quando essa sada for ativada, o avano desligado. Esse, nada mais do que o princpio de intertravamento, estudado nos comandos eltricos. O novo programa fica como mostrado na figura 10.4, a seguir.

Funes Especiais

Como foi dito as funes especiais englobam contagem de tempo, alm de outras funcionalidades. Assim para o seu entendimento deve-se observar a seguinte nomeclatura:

Trg = Trigger Disparo em Portugus. Refere-se a entrada que deve ser acionada para que o bloco tenha atuao.

Par = Parameter Parmetro em Portugs. Refere-se a entrada onde ajustado o parmetro do bloco, como tempo, por exemplo. Essas funes so muito importantes no desenvolvimento dos circuitos automatizados pois as funes lgicas em si no oferecem os recursos necessrios a construo sequencial de movimentos, alm de recursos simples como o selo estudado nos comandos eltricos.

Nos prximos itens sero descritas algumas funes especiais, outros recursos devem ser estudados na bibliografia indicada.

Retardo de Ativao

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Como o prprio nome indica, esta funo retarda a ativao da sada quando a entrada de disparo acionada. O smbolo desta funo encontra-se abaixo.

o nde: Trg: disparo para contagem do tempo ajustado Par: tempo ajustado em segundos, minutos ou horas

Quando Trg for igual a 1 inicia-se a contagem do tempo ajustado, aps o qual a sada Q acionada. Se a entrada Trg for de 1 para 0 antes do tempo programado, a sada Q no ser ativada, sendo assim deve-se comear uma nova contagem de tempo.

Neste ponto importante observar a praticidade na simbologia das funes especiais, pois ela indica o comportamento relacional entre a entrada e a sada quando o trigger acionado. Na parte superior do smbolo encontra-se o comportamento temporal da entrada e na parte inferior o da sada, como mostra o grfico da figura 11.1, a seguir.

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Figura 11.1 Funo da entrada e sada em relao ao tempo no retardo na ativao

Retardo na Desativao Esta funo retarda a desativao da sada, quando o disparo desligado. O smbolo mostrado abaixo.

importante observar que, o se acionar o diparo (Trg = 1), a contagem de tempo para desativao da sada ainda no iniciada. Somente quando o disparo desligado (Trg = 0) comea-se a contar o tempo para desligar a sada. A entrada R tem prioridade sobre Trg, ou seja, o Reset sempre desliga a sada, obviamente por questes de segurana.

Rel de Impulsos

Nesta funo, cada vez que o disparo Trg assume o nvel lgico 1, a sada Q assume o estado diferente do que estava anteriormente, ou seja, se Q estava ligada ela desliga e vice-versa.

A remanncia significa a capacidade do CLP de armazenar o ltimo estado da sada, caso haja uma queda de energia. Como foi dito em lio anterior, isso s possvel atravs do recurso Power Down, onde a tenso da linha de alimentao monitorada continuamente.

Rel de impulsos simtricos

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Emite pulsos regulares conforme o tempo programado, ou seja, quando a entrada de habilitao vai para 1, a sada liga e desliga automaticamente em intervalos de tempo simtricos.

A sada Q aciona e desaciona em intervalos de tempos iguais a T segundos.

Rel de contato Passageiro

A sada Q liga assim que Trg assume o nvel lgico 1, desligando aps o tempo programado.

Se antes da contagem do tempo ajustado, a entrada Trg vai para o nvel lgico 0, a sada Q tambm desativa instantaneamente.

O tempo T limitado a um valor mnimo de 0,1s.

Rel de Auto-reteno (SET-RESET)

Este rel tem uma funo similar a do selo presente nos diagramas de comando eltrico, ou seja, a sada Q liga com um pulso na entrada S, e desliga com outro pulso na entrada R.

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Por questes de segurana a entrada R tem prioridade sobre a entrada S. Isso significa que caso as duas entradas estejam com nvel lgico 1, a sada sempre estar desligada.

Contador Crescente / Decrescente

Esta funo conta o nmero de vezes em que a entrada Cnt assume o nvel lgico 1. Aps a contagem do parmetro programado a sada Q acionada.

Algumas consideraes adicionais sobre esta funo so: a entrada Cnt conta apenas as transies de 0 para 1; o valor programado Par pode variar de 0 a 999.999 e a direo Dir determina se a contagem crescente (Dir = 0) ou decrescente (Dir = 1).

A sada Q ativada aps a contagem programada em Par.

Sistemas automatizados com programao em Blocos Funcionais

Existem inmeros exemplos de sistemas que podem, e so automatizados com os CLPs, utilizando diferentes tipos de linguagem de programao. O presente captulo tem por objetivo mostrar alguns desses casos, focando os sistemas mais simples.

Apesar apresentar os problemas mais simples, a lgica para montagem dos mesmos muitas vezes no to bvia, como o aluno poder perceber. importante lembrar tambm que, as automaes complexas muitas vezes so feitas atravs da combinao dessas diversas rotinas bsicas.

Os Blocos Funcionais so as ferramentas bsicas da programao no CLP, desse modo, para o perfeito entendimento dos programas, muito importante ter em mente o comportamento das funes estudadas nos dois captulos anteriores. Pode-se dizer que os blocos funcionais esto para os

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CLPs, assim como os parafusos, engrenagens, polias, correias esto para a mecnica, ou seja, sem o conhecimento exato da funo de cada um desses elementos no se monta uma mquina e nem um programa para automao.

Automao de uma bomba de guas pluviais

Considere o sistema exemplificado na figura 12.1, referente a uma bomba que retira a gua acumulada da chuva em um poo, por exemplo, de uma estao de trem subterrnea. Nele foram instalados trs sensores, um para nvel baixo, um para nvel alto e outro para nvel muito alto.

Neste sistema, a bomba deve ser ligada quanto o poo atingir o nvel alto e desligada quando o mesmo atingir o nvel muito baixo. Se mesmo com a bomba ligada o nvel muito alto for atingido, deve-se acionar uma sirene indicando para o pessoal de manuteno que pode haver transbordamento do poo.

Os sensores de nvel alto (LH) e baixo (LLO) so do tipo NA e o sensor de nvel muito alto (LHH) do tipo NF. Este ltimo foi escolhido desta maneira por questes de segurana, pois se o fio partir, a sirene ir tocar como se o reservatrio estivesse muito cheio, alertando assim o pessoal da manuteno.

O primeiro passo para fazer a programao, como foi dito no captulo 10, fazer as ligaes eltricas, para determinar as entradas e sadas especficas de cada elemento, como pode ser visto na figura 12.2, abaixo.

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Feito isso basta montar o programa. Como a bomba acionada por um motor, basta ligar o mesmo em partida direta, para isso utiliza-se um rel de auto-reteno, onde intuitivamente, nota-se que o set dado pelo sensor de nvel alto (I2) e o reset pelos sensor de nvel baixo (I1). Quanto ao nvel muito alto (I3), por ser um contato NF, deve passar por uma funo inversora (NOT), caso contrrio acionaria a sirene assim que a alimentao de energia fosse ligada. Aps estas consideraes desenha-se o programa final, mostrado na figura 12.3.

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Partida de um motor eltrico de induo com reverso

A partida com reverso, foi estudada em lio anterior, onde a lgica de acionamento j est pronta, e portanto basta fazer sua transformao para blocos funcionais. Para isso basta observar que o acionamento de cada sentido de giro consiste em um circuito de selo em srie com um intertravamento (ver figura 12.4).

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Lembrando que o selo equivalente ao rel de auto reteno (set-reset) e dois elementos em srie significa uma funo lgica AND, pode-se montar o programa que mostrado na figura 12.5, a seguir.

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Neste ponto considera-se que o circuito eltrico referentes s ligaes do CLP j est determinado, havendo a seguinte correspondncia:

I1: Conectada a uma botoeira NA para ligar o motor no sentido horrio; I2: Conectada a uma botoeira NA para ligar o motor no sentido anti-horrio; I3: Conectada a uma botoeira NA para desligar o motor; Q1: Ligada a bobina do contator K1 (horrio); Q2: Ligada a bobina do contator K2 (anti-horrio);

Acionamento alternado de motores

Em sistemas automatizados, a seqncia de tarefas pode requerer que dois motores sejam acionados alternadamente, pois cada um executa uma ao em um intervalo de tempo diferente. A figura 12.6 apresenta uma possvel soluo para o problema, onde os motores funcionam em intervalos de tempo simtricos de 30 min.

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Note que a insero dos blocos 1 e 3 no programa so importantes para evitar o ligamento do motor comandado por Q1, no instante da alimentao de energia no circuito. A ligao eltrica de cada elemento do CLP descrita a seguir.

I1: Conectada a uma botoeira NA para ligar o motor 1; I2: Conectada a uma botoeira NA para ligar o motor 2; Q1: Ligada a bobina do contator K1 (motor 1); Q2: Ligada a bobina do contator K2 (motor 2);

Partida Estrela / Tringulo

Para a partida Y/D, prope-se a soluo mostrada na figura 12.7, lembrando que as seguintes regras so vlidas: i. O contator K1 deve permanecer ligado; ii. O contator K3 deve ficar ligado 6s e o restante do tempo desligado; iii. O contator K2 deve ligar logo aps o contator K3 ter se desligado; iv. Os contatores K2 e K3 nunca devem ficar ligados ao mesmo tempo. Na soluo proposta utiliza-se um bloco XOR (ver bloco 3 na figura 12.7) para impedir que as duas sadas Q2 e Q3 sejam ligadas ao mesmo tempo. Alm disso, para aumentar a segurana do sistema, insere-se um retardo de ativao de 0,2 s. Isso porque a resposta do sistema mecnico bem mais lenta que a resposta do sistema eltrico.

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importante lembrar que, neste tipo de partida, o intertravamento entre as sadas tambm deve ser feito de forma fsica, utilizando os contatos NF dos contatores.

Partida com reverso automtica

Utilizando-se os recursos da programao em Blocos Funcionais pode-se programar uma partida com reverso automtica, ou seja, ao pressionar a botoeira o motor comea a girar no sentido horrio e inverte a rotao automaticamente. A soluo se encontra na figura 12.8, onde so utilizados rels de contato passageiro (B01 e B06) para que no ocorra a inverso instantnea do sentido de giro, evitando assim possveis trancos.

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Segurana de prensa com contato passageiro

O comando bi-manual apresentado em lio anterior tem uma limitao muito sria, pois permite que o operador trave uma das botoeiras, passando a operar a prensa com apenas uma das mos. Uma soluo o citado problema mostrada na figura 12.9, onde o avano da prensa comandado por duas chaves. Estas devem ser pressionadas simultaneamente, de modo que acionada a primeira chave, no podem transcorrer mais do que 0,5s at que a segunda chave seja acionada. Aps a contagem do tempo deve-se tirar a mo da botoeira previamente pressionada e comear o processo novamente. Se o operador retirar as mos das chaves, a prensa dever parar.

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Noes de Projetos em Circuitos Lgicos Combinacionais

At o presente momento os programas nos CLPs foram feitos com um raciocnio lgico intuitivo. Entretanto existem alguns mtodos que podem atalhar o raciocnio, de forma a chegar no programa final sem utilizar do binmio programar-testar.

Sob o ponto de vista didtico, deve-se separar os problemas de programao em dois tipos: os de lgica combinacional e os de lgica sequencial.

Segundo Natale (1995) nos sistemas combinacionais as sadas s dependem das entradas no instante de tempo observado, j os sistemas sequncias se carcterizam tambm pela dependncia dos instantes anteriores.

Para se trabalhar com circuitos seqncias deve-se estudar os princpios do Grafcet ou Sequential Flow Chart (SFC), cujos detalhes so detalhados por Silveira e Santos (1998).

Aborda-se neste captulo a metodologia aplicada nos circuitos lgicos combinacionais, que compreendem os seguintes passos:

i. Monte a Tabela verdade a partir do enunciado do problema ii. Escreva o produto das entradas (funo AND) para cada caso onde a sada 1 (um) iii. Escreva a expresso da soma de produtos para a sada iv. Simplifique a expresso de sada v. Implemente o circuito para a expresso final A implementao deste procedimento ser exemplificada atravs de um exemplo, dado a seguir.

Exemplo: Em uma mquina copiadora simples, um sinal de parada S, deve ser gerado para interromper a operao da mquina e energizar uma luz indicadora, sempre que uma das condies existir:

a. A bandeja de alimentao de papel estiver vazia b. As duas chaves na trajetria do papel estiverem ativadas, indicando um congestionamento no caminho do papel A presena de papel na bandeja de alimentao indicada por um sinal P em alto.

Cada chave produz um sinal Q e R, que vai para o alto sempre que o papel passa sobre a chave para ativ-la. O sistema

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mostrado na figura 15.1. Faa um programa em ladder para resolver este problema.

Resoluo: Para resolver este problema deve-se seguir os passos de projeto dos circuitos combinacionais:

i. Monte a tabela verdade a partir do enunciado do problema:

Para montar a tabela primeiramente faz-se: P=0 Bandeja

vazia; P=1 Bandeja cheia; Q=0 Chave desativada; Q=1

Chave ativada; R=0 Chave desativada; R=1 Chave ativada

ii. Escreva o termo AND ou produto das entradas, para as linhas onde a sada 1.

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iii. Escreva a expresso da soma de produtos para a sada

iv. Simplifique a expresso de sada

Para simplificao um dos mtodos o Mapa de Karnaugh, mostrado abaixo:

Neste ponto importante observar as seguintes regras de minimizao, discutidas por Natale (1995):

O nmero de clulas reunidas deve se o maior possvel, mesmo que para isso, uma mesma clula deva pertencer a dois

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sub-conjuntos diferentes. O nmero de clulas reunidas em um sub-conjunto deve ser sempre potncia de 2, ou seja, 1, 2, 4, 8, 16.... Uma mesma clula pode pertencer a dois sub-conjuntos diferentes para satisfazer o primeiro item, mas no devem ser feitos agrupamentos desnecessrios. Deve-se formar tantos agrupamentos at que no reste nenhuma sada com nvel lgico 1 que no tenha sido agrupada.

v. Implemente o programa para a expresso final

ANEXO Passos para programao na IHM do CLP Logo!

Como exemplo de primeiro programa, ser inserido o diagrama mostrado na figura II.1 abaixo.

Os passos sero listados a seguir. Posteriormente sero estudadas as ligaes fsicas externas ao CLP, que permitem a integrao fsica deste com o meio externo.

Para inserir um program no LOGO deve se lembrar da principal regra: os programas sempre so inseridos dassadas para as entradas. Deve-se lembrar tambm que devido ao tamanho do Display da IHM, apenas um bloco decada vez mostrado na tela. Pode-se visualizar a interconexo dos mesmos atravs de sua numerao: B001, B002, B003 etc.

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Passo 1: Ligue a alimentao do Logo, ir aparecer a seguinte tela:

Passo 2: Pressione simultaneamente as teclas:

Passo 3: Posicione o cursor > onde se l Program e tecle OK. Utilize as teclas:

Aps teclar OK aparece a seguinte tela:

Passo 4: Posicione o cursor em Edit Prg. E pressione OK, logo aparece a tela com a primeira sada.

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Voc pode utilizar as teclas de movimentao do

cursor para caminhar selecionar diferentes sadas. Faa isso, observando que as sadas mudam de nmero e logo aps retorne na sada Q1, para insero do primeiro bloco de programa.

Passo 5: Posicione o cursor na posio esquerda da sada Q1

conforme indicado na figura, utilize para isso a tecla

Passo 6: Com o cursor na posio indicada no passo 5, pressione a tecla OK, voc ir entrar no modo de seleo de listas, como indicado na figura abaixo.

Note que a primeira lista que aparece a Co de conectores.

Passo 7: Utilize as teclas at encontrar GF escrito no lugar de Co e tecle OK, aparece a seguinte tela:

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Note que no canto superior direito est escrito B1, indicando a numerao do Bloco.

Passo 8: Pressione OK para confirmar o bloco, o cursor aparece agora do lado esquerdo do bloco B1, como mostrado na figura abaixo:

Passo 9: Pressione OK, escolha a lista Co, o display do CLP ir mostrar:

Passo 10: Pressione OK novamente, agora o display ir mostrar:

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Passo 11: Selecione a entrada I3 utilizando da tecla .

Passo 12: Pressione OK, agora I3 est conectada a primeira entrada do bloco, e o cursor salta para a prxima linha.

Passo 13: Deve-se agora inserir o bloco OR. Para isso siga as instrues: Pressione OK;

Selecione a lista GF, utilizando as teclas ; Pressione OK novamente, ir aparecer a seguinte tela:

Observe no canto superior direito, que agora o nmero do bloco B2, pois este o segundo bloco que se entra no programa. No canto inferior mostrado o nmero do bloco B1, indicando que este novo bloco est conectado a uma das entradas do bloco B1.

Passo 14: Utilize das teclas at que o display fique com a figura mostrada abaixo, correspondente ao bloco OR.

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Passo 15: Pressione OK para confirmar o bloco. O cursor aparece agora do lado esquerdo do bloco B2, como mostra a figura abaixo:

Passo 16: Pressione OK, o display mostra:

Passo 17: Selecione a lista Co, pressione OK novamente, o display ir mostrar:

Passo 18: Pressione at encontrar a entrada I1:

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Passo 19: Pressione OK, a entrada I1 estar selecionada e o cursor salta para a prxima linha.

Passo 20: Selecione a entrada I2, seguindo o procedimento: Pressione OK;

Selecione a lista Co, utilize as teclas ; Pressione OK, para confirmar a lista Co;

Selecione I2, utilize as teclas ; Pressione OK, para confirmar a entrada I2.

O display agora mostra:

Passo 21: Insira o smbolo de no conectado X na ltima entrada do bloco OR, seguindo o procedimento:

Pressione OK;

Selecione a lista Co, utilize as teclas ; Pressione OK, para confirmar a lista Co;

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Selecione X, utilize as teclas ; Pressione OK, para confirmar a entrada X.

Passo 22: Aps pressionar OK no passo 21 o display volta a tela original, pois falta digitar a ltima entrada do bloco AND. Lembre-se que cada bloco tem 3 entradas.

Note que a primeira entrada do bloco est conectada a I3, enquanto a segunda entrada est conectada ao bloco B2.

Passo 23: Insira o smbolo de no conectado X na ltima entrada do bloco AND, seguindo o procedimento: Pressione OK;

Selecione a lista Co, utilize as teclas ; Pressione OK, para confirmar a lista Co;

Selecione X, utilize as teclas ; Pressione OK, para confirmar a entrada X.

Aps o passo 23, o programa volta para a tela original. Voc pode visualizar todo o programa utilizando as teclas

.

Para testar o programa pressione ESC duas vezes, voltando ao menu de programao. Posicione o cursor em Start e pressione OK. Voc ir entrar na tela de execuo.

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A tela de execuo tem o formato apresentado apresentado na figura abaixo. Note que as entradas e sadasativadas so marcadas com um cursor.