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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA
PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA – PIBIC : CNPq, CNPq/AF, UFPA,
UFPA/AF, PIBIC/INTERIOR, PARD, PIAD, PIBIT, PADRC E FAPESPA
RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO Período: 09/2014 a 09/2015 ( ) PARCIAL ( x ) FINAL IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO Título do Projeto de Pesquisa (ao qual está vinculado o Plano de Trabalho): Desenvolvimento e testes experimentais de protótipos de controladores robustos e adaptativos para a melhoria do amortecimento de modos eletromecânicos em sistemas de potencia. Nome do Orientador: Walter Barra Jr Titulação do Orientador: Doutor Faculdade: Engenharia Elétrica Instituto/Núcleo: Instituto de Tecnologia (ITEC) Laboratório: Automação Industrial Título do Plano de Trabalho: Estudo de sistemas embarcados para controle e automação. Nome do Bolsista: Maurílio Luz da Silva Tipo de Bolsa : ( x ) PIBIC/ CNPq ( ) PIBIC/CNPq – AF ( )PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador ( ) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/UFPA – AF ( ) PIBIC/ INTERIOR ( )PIBIC/PARD ( ) PIBIC/PADRC ( ) PIBIC/FAPESPA ( ) PIBIC/ PIAD ( ) PIBIC/PIBIT
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1 – INTRODUÇÃO:
Em um mercado de trabalho cada vez mais exigente e competitivo, o interesse em
contratar pessoas cada vez mais qualificadas para desempenhar funções cada vez mais
específicas e de maneira eficiente, representa os novos interesses do mercado. No meio
técnico-científico estar atualizado com as novas tecnologias e ferramentas de trabalho são de
fundamental importância para o bom desempenho profissional.
Com esse objetivo foi direcionado o estudo para conceitos e ferramentas de controle e
automação, pois sabe-se que a grande maioria dos equipamentos industriais são operados
segundo leis e ferramentas técnicas aprendidas nessas áreas. Na área de automação industrial
procurou-se aprender e aplicar experimentos simples, mas muito comuns em qualquer
produção industrial, como a partida estrela-triângulo via Controladores Lógicos Programáveis
(CLP’s). Em controle estudou-se identificação de sistemas dinâmicos como resposta ao
degrau, e análise e comparação do desempenho de sistemas em malha aberta e malha
fechada.
O presente relatório apresenta de forma bastante clara as atividades realizadas no
Laboratório de Automação Industrial, tendo como orientador o Prof. Dr. Walter Barra Junior e
co-orientadores: o doutorando Florindo Antônio de Carvalho Ayres Jr e o doutorando Erick Melo
Rocha.
Em relação ao desenvolvimento das atividades no Laboratório de Automação Industrial,
as mesmas foram executadas da seguinte forma: os primeiros quatro meses (setembro a
dezembro) envolveram estudos teóricos e familiarização sobre algumas aplicações que
abrangem o conhecimento de comandos industriais, em conjunto com o aprendizado de
funcionamento de alguns equipamentos e dispositivos. Em seguida, nos três meses posteriores
(janeiro, fevereiro e março), foram desenvolvidos testes práticos em uma nova bancada de
comandos industriais e controle – automação. A partir de abril, todos os trabalhos (pesquisa,
estudo teórico e testes práticos) foram dedicados na assimilação de aplicações de comandos
industriais relacionado, principalmente, ao uso de CLPs (Controlador Lógico Programável) e
também, ao uso de determinado tipo de motor (motor de indução trifásico). Auxiliando assim,
para o desenvolvimento do laboratório e assimilação de novos conhecimentos e experiências
atribuídos ao discente.
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2 – JUSTIFICATIVA: O processo de controle e automação são umas das principais áreas valorizadas hoje
pelo universo industrial dada sua tamanha importância para o mesmo, pois ele permite uma
maior eficiência tanto quanto à linha de produção, como também quanto à linha de segurança
do sistema e de até mesmo dos recursos humanos necessários, ou seja, os
empregados/funcionários.
Tendo como referência esse cenário, cresce o interesse de instituições de ensino
técnico – científico e de empresas públicas e privadas por projetos de pesquisas e atividades
em laboratório que auxiliem o desenvolvimento de novas tecnologias e principalmente,
qualifiquem novas pessoas ao exigente mercado de trabalho na área de controle e automação
industrial.
3 – OBJETIVOS: O projeto em questão, realizado pelo bolsista, é considerado um trabalho preliminar
visando treinar o mesmo para a realização de testes de controle automação. Por ser o bolsista
um aluno ainda cursando o 4º semestre de engenharia elétrica, o foco do trabalho ficou no
treinamento de automação para fins de acionamento e controle em de motores elétricos. As
tarefas e estudos foi focalizada em uma nova bancada (bancada WEG) de comando industrial
e controle-automação a qual é um sistema de testes para pesquisa em automação e controle
de sistemas elétricos e industrial.
O projeto atualmente se encontra na fase inicial de testes com equipamentos e
dispositivos de natureza de comando industrial, cujos quais farão parte, logicamente, da nova
bancada WEG. Sendo realizadas análises quanto à perspectiva do funcionamento normal de
cada componente testado e sendo também feita o controle por anotações em tabelas dos
equipamentos e dispositivos já testados, além de registros em foto-imagem dos testes.
A perspectiva final do projeto perpassa pelas instalações de outras estruturas e de
novos equipamentos, considerados mais complexos, a serem ainda incorporados na bancada.
O que acarretará em novas análises desenvolvidas durante os futuros testes. Essas atividades
serão executadas por etapas ainda a serem definidas pelo orientador quando possível,
podendo ser realizadas por esse ou por outros discentes.
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4 - MATERIAIS E MÉTODOS:
Primeiramente, o período que rege os quatro meses iniciais da bolsa foi dedicado ao
estudo teórico sobre os principais pontos sobre o assunto: comandos industriais e suas
propriedades, tais como, conhecer os dispositivos de segurança e a sua respectiva importância
de seu uso em qualquer processo industrial, etc. Tal como também, o avanço teórico em outros
assuntos relacionados à filosofia de controle e automação, havendo certo contato do discente
com microcontroladores. Houve ainda nesse período, o estudo e teste em bancadas, já
existentes, das experiências pertencentes ao roteiro das aulas práticas do próprio Laboratório
de Automação Industrial; além da realização de algumas experiências utilizando o softwares de
simulação CADeSIMU. Também, se pode acrescentar a atividade de monitoria realizada pelo
bolsista em algumas aulas práticas realizadas no laboratório, o que lhe garantiu experiência
para o desenvolvimento do projeto chave a ser implementado. Tudo isso só foi possível graças
a pesquisas e estudos bibliográficos, de livros, artigos, apostilas e manuais dos técnicos dos
equipamentos.
Por seguinte, nos meses de janeiro a março, iniciaram-se os testes na nova bancada de
automação. Todos os equipamentos e dispositivos testados foram identificados e testados. A
partir de do mês de abril, os esforços voltaram-se o estudo teórico e prático de CLP
(Controlador Lógico Programável), dispositivo esse muito utilizado no que consta a parte de
lógica (circuito de comando) de qualquer sistema de controle – automação industrial. A
pesquisa se estendeu desde a aprendizagem da linguagem de programação de CLPs LADDER
até alguns pontos do funcionamento interno do equipamento citado. Para isso utilizou-se de
alguns materiais, tais como: apostilas, manuais dos fabricantes e uso de alguns softwares dos
respectivos CLPS, Como: Clic02 Edit e o PC12. Que auxiliaram, em aspectos gerais, na
evolução do aluno relacionado ao manuseio do equipamento.
Em sequência a isso, teve início os testes práticos com CLPs. A princípio, os estudos
práticos se deram nas bancadas dispostas do próprio laboratório, assim como ocorrera com os
dispositivos testados anteriormente, utilizando Os CLPs CLIC02/10HR-A e, principalmente, o
TP02/20MR. Logo após, depois do aluno ter assimilado certa experiência, houve efetivamente
os testes na nova bancada WEG com o uso do CLP TPW03/40HR-A.
É importante frisar, que paralelamente aos estudos, pesquisas e testes com a bancada
de automação WEG, houve uma série de outras atividades complementares desenvolvidas no
período pelo bolsista, visando capacitação para trabalhos dentro do laboratório de automação
industrial e do laboratório de sistemas de potencia. Essas atividades foram: desenvolvimento
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de novas experiências relacionadas a comandos industriais, introdução ao estudo a sistemas
de controle, o que envolveu estudo teórico e prático (com o uso da ferramenta de simulação
MATLAB/simulink); estudo introdutório sobre diagnósticos de faltas em sistemas de controle
com a utilização de técnicas Fuzzy, aplicadas a um sistema de acionamento de motores
elétricos do Laboratório de Automação Industrial.
5 – RESULTADOS: Esses se mostram em consonância ao cumprimento do plano de trabalho proposto e a
atual fase de desenvolvimento que se encontra o projeto. No período que abrangeu os meses
de estudos teóricos foram grandes os avanços obtidos, havendo pelo bolsista melhor
entendimento de conceitos no âmbito de motores elétricos e comandos industriais,
considerados importantíssimos quando considerados os testes que ainda vão ocorrer nos
próximos meses. Algumas das definições assimiladas são as seguintes: Dispositivos de
proteção, dispositivos de comando, circuitos de comando e força; além de todos os tópicos que
os acercam.
Em sequência, serão mostradas duas figuras que ilustram de forma bem resumida o
sistema de acionamento de motores estudado e testado experimentalmente. O sistema é
composto de um subsistema de comando e de um subsistema de força. No subsistema de
comando (`a esquerda da figura) está parte de lógica sequencial associada ao acionamento do
motor trifásico de indução. A implementação dessa parte lógica de comando pode ser
implementada tanto por meio de circuitos elétricos com relés quanto pode meio de
programação em CLPs. Já o subsistema de força (a direita da figura), contém os dispositivos
de proteção e a carga propriamente dito (motor).
Figura 1 – Circuito de Comando (mais a esquerda) e de Força (mais a direita) com os
seus respectivos componentes.
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Os resultados alcançados na parte prática foram às evoluções dos testes na nova
bancada a ser implementada no Laboratório de Automação Industrial. Foram registradas as
análises de cada teste em tabelas e também foi feito o registro em foto – imagem. Como as
que se segue:
Figura 2 – Imagens de alguns dos testes sendo realizados
Teste da Bancada WEG:
Equipamentos Testados:
Número da Placa ou do Item:
Nome do equipamento: Quantidade de Componentes ou de Peças
Testadas:
P013 Relé PTC 1 Componente
P010 Simulador de Defeitos 2 Componentes
P012 Segurança Completa 16ª
(Conj. de Fusíveis)
2 Componentes
P019 Botão Pulsador Verde
(Botoeira)
1 Componente
P029 Sinaleiro LED Verde 2 Componentes
P018 Módulo de Chaveamento
de Sinais
1 Componente
P011 Chaves Seletoras 2 Componentes
P021 Sinaleiro LED Incolor 1 Componente
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P067 Sinaleiro LED Vermelho 2 Componentes
P053 Contator Tripolar CWM 12.22 1 Componente
10050335 Conj. De Cabos de Ligação
1.5 MM – Preto
20 Peças
10050344 Conj. De Cabos de Ligação
1.5 MM – Verde
05 Peças
10050337 Conj. De Cabos de Ligação
1.5 MM – Preto
15 Peças
10050339 Conj. De Cabos de Ligação
1.5 MM – Vermelho
40 Peças
Todos os equipamentos testados, juntamente com os cabos, atenderam a expectativa de funcionamento, ou seja, tudo funcionando normalmente.
A bancada de testes WEG energizou-se normalmente. Os testes de continuidade também foram bem sucedidos.
Tabela 1 – Mostra um panorama dos testes realizados durante determinada semana
Com a utilização do Controlador Lógico Programável os resultados também foram satisfatórios, dentro das metas que se queria alcançar nessa primeira fase do projeto. Que era os testes das portas de entrada e saída do CLP TPW03/40HR-A, do módulo básico, pertencente à nova bancada WEG.
A seguir, algumas imagens dos programas utilizados com os respectivos testes realizados nas bancadas do laboratório de automação industrial com o uso dos CLPs, CLIC02/10HR-A e TP02/20MR. Testes esses que serviram de subsídio aos testes com o CLP TPW03/40HR-A na nova bancada de comandos industriais da WEG. O diagrama Ladder a seguir, ilustra o acionamento com reversão manual de um motor de indução trifásico.
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Figura 3 – Diagrama em LADDER dos programas pertencentes aos respectivos CLPS: TP02/20MR e CLIC02/10HR-A.
Figura 4 – interface computador – CLP. A imagem ilustra a parcela do teste de um
acionamento com reversão manual de um motor de indução trifásico com o uso do CLP
TP02/20MR.
Figura 4 – Contatos e Motor de Indução Trifásico. A imagem ilustra a parcela do teste de
um acionamento com reversão manual de um motor de indução trifásico com o uso do
CLP TP02/20MR
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O teste com uso do CLP TPW03/40HR-A em conjunto com seu respectivo softwares de
simulação (TPW3-PCLINK) está relatado abaixo, além do código do programa e as ligações
entre os contatos da bancada.
Figura 5 – Teste da nova bancada WEG utilizando o CLP TPW03/40HR-A.
OBS1: Todos os testes realizados com CLPs utilizaram-se apenas entradas e saídas
com sinais considerados digitais, haja vista todas as aplicações de comandos industriais
realizadas pelo discente no laboratório, para fins de análise e aprendizado, precisarem utilizar
somente esse tipo de sinais. Não houve nenhuma aplicação realizada que fizesse referência a
sinais analógicos dos CLPs. É importante destacar que o objetivo proposto foi cumprido, e os
testes com sinais analógicos poderão ser feitos posteriormente se assim for necessário. Vale
ainda salientar que foi utilizada, para o cumprimento das atividades desenvolvidas com CLP,
somente a linguagem de programação LADDER, pois essa é tratada como a linguagem mais
difundida entre os alunos e os profissionais de automação industrial.
OBS2: No que diz respeito a algumas características CLP TPW03/40HR-A, tem-se:
entrada de comunicação serial com o computador via USB; 24 portas de entrada no módulo
básico (sem expansão) sendo alimentadas com igual a 24 volts (em nível baixo); 24 portas
de saídas no módulo básico (sem expansão) podendo ser alimentadas com 100 ~ 240 volts; E
ainda possui módulo de expansão quando necessário das suas portas.
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7 - CONCLUSÃO:
No decorrer desses meses no Laboratório de Automação Industrial foi obtido novos
conhecimentos na área de Motores Elétricos, Comandos Industriais, e Controle-Automação,
permitindo a familiarização com componentes e dispositivos eletrônicos, o que permitiu o
cumprimento de tarefas relacionadas ao plano de trabalho. Por ser um aluno do 4º semestre,
ainda não foi possível avançar no teste de estratégias avançadas de monitoramente pois isso
demandava conhecimentos de fases mais avançadas do curso. No entanto, com o treinamento
teórico e prático obtidos neste primeiro ano de bolsa o bolsista adquiriu capacitação suficiente
para operar de forma segura os equipamentos e sistemas e realizar as próximas fases da
pesquisa.
A adaptação ao ambiente de trabalho também foi de fundamental importância, pois me
ensinou a respeitar horários de trabalho, a ter postura e saber respeitar hierarquicamente meus
superiores na execução de um projeto, tendo sempre a persistência na correção dos erros,
paciência e perseverança no desenvolvimento de uma atividade atribuída a mim.
Isso foi de muita importância, pois de certa forma utilizarei esses conhecimentos
adquiridos em minha futura carreira de engenheiro eletricista.
8 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Barra Jr., Walter – Roteiro de Experiências do Laboratório de Automação Industrial.
Universidade Federal do Pará.
Bazanella, A. S. e Silva Jr., João Manoel G. – Sistemas de Controle (Princípios e Métodos de
Projeto).
D’Azzo, John J. e Houpis, Constantine H. – Linear Control System Analysis and Design (Conventional and Modern). 4ª Ed. Dorf, Richard C. e Svoboda, James A. – Introdução aos Circuitos Elétricos, 7ª Ed.
Ferraz Neto, Luiz - Motores Elétricos. Acessado em: 11/09/2014 -
http://www.ceee.com.br/pportal/ceee/Component/Controller.aspx?CC=3334
Franchi, C. M. – Acionamentos Elétricos. Editora Érica, 1ª Ed.
Fialho, A. B. – Instrumentação Industrial – Conceitos, Aplicações e Análises. 6ª Ed. São Paulo:
Editora Érica.
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Gabardo, Aislan de Lima – Eficiência Energética e Acionamentos de Motores. Acessado em:
11/09/2014 - http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAyp0AC/acionamentos-motores
Martins, N. A. – Sistemas Microcontrolados (Uma Abordagem com o Microcontrolador PIC 16F84).
Modesto, André Márcio – Motores Elétricos. Universidade Paulista. Acessado em 10/09/2014 -
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAlvYAH/motores-eletricos?part=3
Serafim, Emerson s. – Acionamentos Elétricos, 2009.
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. Acessado em:
11/09/2014-https://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/images/9/91/Aula_1_Motores_Eletricos-
introducao.pdf
Sousa, N. S. – Acionamentos Elétricos, 2009. Instituto Federal de Educação, Ciência e
Tecnologia do Rio Grande do norte – Acessado em: 10/09/2014 -
http://docente.ifrn.edu.br/heliopinheiro/Disciplinas/maquinas-e-acionamentos-eletricos-
ii/apostila-basica.
Rocha, Erick M. – Metodologia Baseada em Sistemas Fuzzy Intervalar do Tipo 2 para Detecção
e Identificação de Faltas Incipientes em Motores de Indução. Universidade Federal do Pará.
Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, SBAI 2013. Fortaleza-CE.
Rocha, Erick M. – Desenvolvimento de um Sistema Fuzzy para a Identificação de Faltas
Incipientes em Enrolamento de Estator de Motores Trifásicos de Indução. Universidade Federal
do Pará. Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos, SBSE 2012. Goiânia-GO.
WEG – Manual de Programação: TPW03 (Controlador Programável). Manuais WEG.
WEG – Manual do Micro Programador Lógico Programável (Série TPW-03). Manuais WEG. WEG – KIT Controlador Lógico Programável (CLP) – Manual do Professor. Manuais WEG
9 – DIFICULDADES:
Houve um retardo na adaptação entre o conciliar das tarefas do laboratório e as
intensidades das aulas no Curso de Engenharia Elétrica, dificuldade essa superada. Por ainda
estar em uma fase inicial do curso (4º) semestre, o bolsista ainda não havia cursado disciplinas
de controle, o que ocorrerá a partir do presente semestre. Apesar disso, o estudo de controle
iniciou com o apoio do orientador e dos pesquisadores do Laboratório de Automação, com o
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uso de simulações de sistemas simples (sistemas lineares de 1ª e 2ª ordens) em ambiente
Matlab e Simulink.
Apêndice:
1 – Simulação que expressa os estudos relacionados a Sistemas de Controle:
Figura 6 – Sistema de Controle em Mallha Fechada, com os respectivos sinais de
entrada, Bloco de controle e bloco da planta.
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Figura 7 – Sinal de Saída da Planta com uma entrada a Degrau Unitário.
PARECER DO ORIENTADOR: Manifestação do orientador sobre o desenvolvimento das atividades do aluno e justificativa do pedido de renovação, se for o caso. O bolsista é estudante muito aplicado e responsável. Embora ainda seja aluno do 4º semestre do curso, o mesmo mostra-se sempre muito interessado em evoluir rapidamente e, devido ao treinamento obtido neste primeiro ano de bolsa, agora está plenamente capacitado a realizar, de foram segura, testes mais sofisticados no seguimento da pesquisa. Dessa forma, sou de parecer plenamente favorável a continuidade do mesmo como bolsista PIBIC.
DATA : __10____/__08_______/_2015_______
_________________________________________ ASSINATURA DO ORIENTADOR
____________________________________________ ASSINATURA DO ALUNO
INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Em caso de aluno concluinte, informar o destino do mesmo após a graduação. Informar também em caso de alunos que seguem para pós-graduação, o nome do curso e da instituição. FICHA DE AVALIAÇÃO DE RELATÓRIO DE BOLSA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA
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O AVALIADOR DEVE COMENTAR, DE FORMA RESUMIDA, OS SEGUINTES ASPECTOS DO RELATÓRIO :
1. O projeto vem se desenvolvendo segundo a proposta aprovada? Se ocorreram mudanças significativas, elas foram justificadas?
2. A metodologia está de acordo com o Plano de Trabalho ? 3. Os resultados obtidos até o presente são relevantes e estão de acordo com os objetivos
propostos? 4. O plano de atividades originou publicações com a participação do bolsista? Comentar sobre
a qualidade e a quantidade da publicação. Caso não tenha sido gerada nenhuma, os resultados obtidos são recomendados para publicação? Em que tipo de veículo?
5. Comente outros aspectos que considera relevantes no relatório 6. Parecer Final:
Aprovado ( ) Aprovado com restrições ( ) (especificar se são mandatórias ou recomendações) Reprovado ( )
7. Qualidade do relatório apresentado: (nota 0 a 5) _____________ Atribuir conceito ao relatório do bolsista considerando a proposta de plano, o desenvolvimento das atividades, os resultados obtidos e a apresentação do relatório.
Data : _____/____/_____.
________________________________________________ Assinatura do(a) Avaliador(a)