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SISTEMA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Objetivo geral da disciplina

Entender os princípios básicos da automação a nível industrial e residencial, no contexto da utilização dos

microprocessadores como elemento central de todo este processo, com avaliações consistentes quanto às

necessidades de suas aplicações em determinadas partes de um sistema elétrico, atendendo as

recomendações técnicas, econômicas, segurança e no contexto da eficiência energética.

Objetivos específicos:

. Conhecer, analisar e definir as principais características dos controladores programáveis, tais como:

capacidade de memória, tipo de memórias, parâmetros de entradas/saídas, linguagens de programações

existentes, tipos de comunicações e programações via CLP dos principais circuitos existentes: operações

lógicas, aritméticas (+, - * e / ), circuitos de memórias, temporizadores, contadores, sistemas analógicos,

sistema PID, dentre outros;

. Conhecer, analisar e definir as principais características e as lógicas internas dos circuitos eletrônicos dos

transdutores: temperatura, pressão, gás, deslocamento, velocidade e posição, entre outros;

. Conhecer, analisar e definir o princípio de funcionamento dos inversores de frequências, com controle

microprocessados PWM e programar os seus parâmetros básicos de funcionamento, num sistema de

automação;

. Desenvolver um projeto básico de como funciona um sistema supervisório, dentro do contexto da

automação;

. Avaliar a automação dentro do contexto da eficiência energética, via inversores de frequência,

controladores programáveis e sensores.

. Ter a consciência da necessidade da formação da equipe interdisciplinar na elaboração de qualquer projeto;

Aulas de laboratório

As aulas de laboratório serão desenvolvidas na sala 103, Bloco D, Departamento de Engenharia Elétrica da

UFMT. Os alunos matriculados serão divididos em no máximo 8(oito) turmas que irão desenvolver as

atividades nos módulos didáticos montados no Laboratório de Eletrotécnica Industrial e Sistema de

automação industrial.

O Laboratório da disciplina Sistema de Automação Industrial, consta atualmente com 8(oito) módulos

didáticos, representando um sistema elétrico industrial. Estes módulos são sistematizados e trabalhados na

disciplina. Para que o aluno consiga um bom aproveitamento nas aulas de laboratório, os módulos são

trabalhados em grupo de no máximo 2(dois) alunos e como consequência no máximo de 16

alunos/semestre.

Ao longo do semestre, de acordo com a sequência pré-estabelecida, os alunos percorrem os 8 (oito)

módulos. Utilizando-se em média 5(cinco) aulas por módulo, perfazendo um total de 80 horas de aulas de

laboratório ao longo do semestre. Dentro da especificidade de cada módulo os conceitos teóricos serão

trabalhados separadamente para cada módulo. Genericamente os assuntos trabalhados nos painéis

encontram-se assim divididos:

1ª AULA

.O aluno irá avaliar o objetivo do módulo didático, dentro do contexto de um sistema de automação;

.Avaliar o princípio de funcionamento do equipamento a ser utilizado: tais como: capacidade de memória,

entradas e saídas digitais e analógicas, tensão de alimentação, tensão de alimentação das entradas digitais,

tipo de entrada analógica, tipo de saída analógica, conexão CLP x Sistema de energia, Conexão CLP x

Microcomputador, linguagens de programações;

.Programar as lógicas convencionais: portas lógicas E, OU, Não E, Não OU, Biestável e circuitos de

memórias.

2ª AULA

Programações dos diferentes tipos de temporizadores: com retardo na energização, com retardo na

desenergização, cíclico, de tempo limitado e curta duração.

3ª AULA

De acordo com o módulo didático, realizar as programações de entradas e saídas analógicas.

4ª AULA

De acordo com o módulo didático, realizar as programações de estudos de casos de aplicativos em

automações de processos.

5ª AULA

De acordo com o módulo didático, realizar as programações de estudos de casos de aplicativos em

automações de processos.

QUADRO RESUMO DAS ATIVIDADES DA DISCIPLINA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Grupos /

alunos

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

A 1 2 3 4 5 6 7 8

B 2 3 4 5 6 7 8 1

C 3 4 5 6 7 8 1 2

D 4 5 6 7 8 1 2 3

E 5 6 7 8 1 2 3 4

F 6 7 8 1 2 3 4 5

G 7 8 1 2 3 4 5 6

H 8 1 2 3 4 5 6 7

MÓDULO EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NOS MÓDULOS

01 Módulo didático de um sistema de bombeamento-CLP TWIDO

02 Módulo didático de um controlador de temperatura – CLP NOVUS + N1100

03 Módulo didático de automação residencial via Controlador lógico programável – DEXTER

04 Módulo didático via IHM x Controlador lógico programável – ATOS

05 Módulo didático de um elevador – CLP TWIDO

06 Software de um sistema Scada – Software Elipse Scada

07 Módulo didático de um Inversor de frequência ( SIEMENS + WEG + DANFOSS) x CLP

08 Módulo didático de um sistema de controle de um portão de um estacionamento – CLP

TWIDO

OBS:

1. As atividades desenvolvidas durante o semestre serão realizadas conforme quadro acima, onde os

alunos serão divididos em grupos (A, B, C, D, E, F, G e H) de no máximo 2 alunos/cada.

2. As sequências dos projetos (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 e P8) para cada grupo são realizadas

conforme quadro indicativo.

MÓDULO 1

SISTEMA DE BOMBEAMENTO

O módulo didático do sistema de bombeamento é composto basicamente dos seguintes materiais e ou

equipamentos: IHM, moto bomba, válvula tipo gaveta, válvula de retenção, sensor de pressão, sensor de

vazão, reservatório superior, válvula solenoide, sensor ultrassônico, reservatório inferior, sensor inferior de

nível, resistor de aquecimento, sensor Pt100, painel de controle contendo, botão de emergência, CLP

TWIDO e Inversor frequência. Será desenvolvido programações para acionamento do sistema de

bombeamento para diversas configurações, utilizando-se dos recursos disponíveis no módulo, como

exemplos:

. Acionamento do sistema no MANUAL

. Acionamento do sistema no AUTOMÁTICO

. Acionamento de um sistema de RACIONAMENTO

.Controle de temperatura e bombeamento

.Controle de um sistema via PID

Figura do sistema de bombeamento

MÓDULO 2

SISTEMA DE AQUECIMENTO

Este módulo tem a finalidade de simular um sistema de aquecimento, monitorado por um sensor Pt100 e

controlado via relé de temperatura N1100 (Novus). O relé de temperatura deverá acionar uma entrada

analógica do CLP NOVUS, assim como, um Controlador de Potência tiristorizado da (VARIXX).

Desenvolvendo-se as seguintes atividades:

.Análises das principais características do CLPDVP-10SX-NOVUS : Tensão de alimentação, tensão de

alimentação das entradas digitais, tipo de saída, capacidade de memória, linguagem de programação,

interligação CLP / processo, interligação CLP / terminal e/ou micro, software de programação.

. Programações de contato série, contato paralelo, série-paralelo, paralelo-série, memória e flags.

. Programações de temporizadores típicos:

- com retardo na energização

- com retardo na desenergização

- com tempo limitado

. Programação de um temporizador cíclico

- Programação de um contador

- Programação de um JK

. operações ( + -- / * )

. Entradas e saídas analógicas no contexto da necessidade de operação de um processo de um sistema de

aquecimento

- Entradas analógicas no contexto da eficiência energética

Figura do sistema de aquecimento

EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS

. 01 microcomputador

. 01 controlador lógico programável DVP -10 SX – Novus

. 01 Controlador de temperatura N1100, Novus

. 01 Controlador de Potência, VARIXX

. 01 sensor de temperatura Pt100

. 01 fonte cc de 24 volts

. 04 chaves comutadoras

. 02 potenciômetros

. 02 lâmpadas de 220V

. 01 motor monofásico ( ventilador )

. 01 Resistência de aquecimento de 1000 W / 127 V

. 01 multímetro

MÓDULO 3

AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL

O controlador programável µDX 200 (DEXTER) é baseado em um microcontrolador de 16 bits com muitos

periféricos incorporados e possui uma série de proteções em suas entradas e saídas. Com isso está

preparado para enfrentar ambientes industriais e residenciais, onde ruído elétrico e temperaturas são

elevadas. Sua caixa metálica, além de conferir robustez ao equipamento, forma uma blindagem elétrica

eficiente. A rede de comunicação permite a comunicação entre controladores até 1500 metros. E pode-se

conectar até 32 dispositivos sem a necessidade de ampliação. Este módulo tem como objetivos centralizar

a aplicações em um sistema de automação residencial, com as seguintes atividades:

.Análises das principais características do CLP PROGRAMÁVEL µDX 200 (DEXTER): Tensão de

alimentação, tensão de alimentação das entradas digitais, tipo de saída, capacidade de memória, linguagem

de programação, interligação CLP / processo, interligação CLP / terminal e/ou micro, software de

programação.

. Programações de circuitos de memórias

. Programações de temporizadores típicos:

- com retardo na energização.

- com retardo na desenergização

- com tempo limitado.

- cíclicos

. Programação de um contador

. Programação de um semáforo eletrônico

. Programação da função Keypad

. Programação da função Macro

. Programações de entradas e saídas analógicas

. Programações de entradas e saídas analógicas no contexto da necessidade de operação de um processo

- Programações de entradas analógicas no contexto da eficiência energética



. 01 controlador lógico programável µDX 200 - DEXTER.

. 01 módulo de expansão

. 01 multiplexador

. 01 conjunto keypad



. 01 potenciômetro

. 13 conjuntos de leds em 24 Vcc

. 01 multímetro

Figura do sistema de automação residencial

MÓDULO 4

IHM x CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL 4004G (ATOS)

A interface homem-máquina, conhecida como IHM, é um equipamento eletrônico responsável por permitir

a interação entre o usuário e o sistema, seja para ele obter informações do funcionamento do sistema, dos

estados das variáveis ou até mesmo para realizar de forma simples o acionamento de uma carga, por

exemplo. Percebe-se que a IHM tem papel fundamental no processo como um todo, pois facilita ao usuário

a obtenção de informações importantes da situação do sistema como um todo. No caso do módulo em

estudo há uma IHM incorporada ao conjunto CLP, com as seguintes fundamentações trabalhadas neste

módulo:

. Análises das principais características do CLP 4004G(ATOS): Tensão de alimentação, tensão de

alimentação das entradas digitais, tipo de saída, capacidade de memória, linguagem de programação,

interligação CLP / processo, interligação CLP / terminal e/ou micro, software de programação, entrada e

saída analógica

. Programações de circuitos de memórias e temporizadores

. Programação da IHM com os seus respectivos acionamentos

- Programações de operações aritméticas (soma, subtração, multiplicação e divisão)

- Programação de uma entrada analógica para um sistema de aquecimento

. Programação de um estacionamento ou semáforo

. Entradas e saídas analógicas no contexto da necessidade de operação de um processo

. Entradas analógicas no contexto da eficiência energética

Figura da IHM x CLP ATOS



. 01 IHM

. 01 controlador lógico programável 4004G – ATOS

. 01 módulo de entradas e saídas analógicas

. 01 módulo Ethernet



. 02 potenciômetros

. 08 lâmpadas de 220V

. 01 multímetro

MÓDULO 5

SISTEMA DIDÁTICO DE UM ELEVADOR PARA 4 PAVIMENTOS

A importância desse equipamento, está centrada na facilidade do transporte vertical de pessoas e de bens

materiais, tornando viável viver e trabalhar em edificações de altura elevada. Além disso, os elevadores são

essenciais para fazer com que escritórios, apartamentos e outros tipos de estabelecimento se tornem

acessíveis para pessoas com necessidades especiais. Dada a importância desses equipamentos e a escassez

de referências técnicas sobre o mesmo, este módulo tem como objetivo representar o funcionamento de um

elevador, com o objetivo principal de possibilitar o estudo em diversas áreas as quais esse equipamento está

envolvido, como por exemplo, programação de Controladores Lógicos Programáveis (CLP), acionamento

elétrico através de inversores de frequência, sistemas supervisórios de monitoramento, entre outras. O

elevador é basicamente um compartimento ligado a um sistema de elevação com o propósito de transportar

pessoas ou objetos de uma cota para outra. O sistema de elevador trabalha de maneira automática, com uma

intervenção mínima do usuário, sendo necessário apenas que o usuário realize uma chamada com um

simples toque no botão, onde todo o processo de atendimento à chamada é realizado de maneira automática

pelo sistema. O módulo didático do elevador é composto basicamente dos seguintes materiais e

equipamentos: botões de impulso nos pavimentos e na cabine, sensores indutivos nos pavimentos,

sinalizações em todos os pavimentos e na cabine, inversor de frequência e um CLP TWIDO. Será

desenvolvido programações para acionamento do elevador com controle de subida e descida, oportunizando

ao aluno a noção de como funciona um elevador, desde a concepção e lógica de acionamento, como

exemplos:

. Controle de abertura e fechamento da porta do elevador

. Acionamento da cabine do elevador no MANUAL, do térreo para o 3º andar

. Acionamento do elevador no AUTOMÁTICO

. Acionamento do elevador com variação de velocidade

Figura interna do módulo do elevador

MÓDULO 6

SISTEMAS SUPERVISÓRIOS

Os sistemas supervisórios permitem que sejam monitoradas e rastreadas informações de um processo

produtivo ou instalação física. Tais informações são coletadas através de equipamentos de aquisições de

dados e, em seguida, manipulados, analisados, armazenados e posteriormente, apresentados ao usuário.

Estes sistemas são chamados de SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition). Atualmente os

sistemas de automação industrial utilizam tecnologias de computação e comunicação para automatizar a

monitoração e controle dos processos industriais, efetuando coleta de dados em ambientes complexos,

eventualmente dispersos geograficamente, e a respectiva apresentação de modo amigável para o operador,

com recursos gráficos elaborados. Em 10 horas de aula serão executadas as seguintes atividades:

. Programação do Elipse Scada de sistemas FIXOS

. Programações do Elipse Scada de sistemas ANIMADOS

. Programações do Elipse Scada de sistemas em MOVIMENTOS

. Programações do Elipse Scada para visualizações de variáveis de um processo

. Programação de um sistema real (bombeamento / armazenamento / bebidas / transportes de produtos )



. 01 licença do software Elipse Scada ou a versão DEMO

Figura de um sistema supervisório

MÓDULO 7

INVERSOR DE FREQUÊNCIA (SIEMENS, WEG, DANFFOS e ALLEN BRADLEY) x CLP

O avanço da eletrônica permitiu o desenvolvimento de conversores de frequência com dispositivos de

estado sólido, tais como, os transistores de potência. Os inversores comerciais de baixa tensão, normalmente

promovem uma conversão indireta da frequência, ou seja, a corrente alternada é retificada para corrente

contínua, a partir desta retificação controlada ou não, a tensão contínua é chaveada para obter um trem de

pulso que alimenta o motor. Devido a natureza indutiva do motor, a corrente que circula tem um aspecto

de corrente alternada. Atualmente o inversor de frequência com circuito intermediário a tensão constante é

muito utilizado para variar e controlar a velocidade de motores elétricos de indução com rotor em gaiola.

O mais comum é o inversor PWM, compactos e podem ser utilizados nas mais diversas aplicações que

exijam controle de velocidades. Geralmente o próprio inversor agrega proteções específicas, além de

permitir as parametrizações em sistemas complexos via CLP’s, redes de comunicações específicas e

monitorados via sistema supervisórios.

Neste módulo são as seguintes atividades desenvolvidas:

.Programações diversas para acionamento de um motor de indução trifásico via inversor de frequência da

Siemens.

. Programações diversas para acionamento de um motor de indução trifásico, via inversor de frequência

da WEG.

. Programações diversas para acionamento de um motor de indução trifásico, via inversor de frequência

da ALLEN BRADLEY.

.Programações diversas para acionamento de um motor de indução trifásico, via inversor de frequência da

DANFOSS.

. Acionamento de um Inversor de frequência via CLP em várias velocidades

Figura dos inversores de frequência

MÓDULO 8

PORTÃO DE GARAGEM DE UM ESTACIONAMENTO

O Portão de Garagem com CLP forma um conjunto que disponibiliza uma área de trabalho para simular

uma automação de um portão de garagem através de sensores industriais e controlador programável Twido.

Permite o desenvolvimento de diversas situações, otimizando o aprendizado em CLP’s.

Atividades desenvolvidas:

. Análise da lógica de funcionamento de um portão.

. Acionamento da trava de segurança.

. Acionamento automático do portão.

. Acionamento manual do portão.

. Programação de um botão para 3 finalidades no portão.

. Programação de um portão para entrada e saída de um estacionamento.

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