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1 UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELETRÔNICA ESTEIRA INTELIGENTE GABRIEL SANTOS DE SOUZA LUIZ RICARDO DE PAULA GUINTER MARIA LUIZA FERNANDES FIGUEIREDO MAXWEL CARLOS OLIVEIRA MARCOS EDUARDO PEREIRA BAZOLLI RODRIGO PEREIRA DE SOUZA THIERRY CRHISTIAN MUNIZ JUNDIAÍ - SP Novembro – 2022 2 GABRIEL SANTOS DE SOUZA LUIZ RICARDO DE PAULA GUINTER MARIA LUIZA FERNANDES FIGUEIREDO MAXWEL CARLOS OLIVEIRA MARCOS EDUARDO PEREIRA BAZOLLI RODRIGO PEREIRA DE SOUZA THIERRY CRHISTIAN MUNIZ ESTEIRA INTELIGENTE Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Paulista – UNIP, como requisito para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Eletrônica. Orientador: Fausto Ferreira dos Santos Neto, José Maciel Filho JUNDIAÍ - SP Novembro – 2022 3 UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELETRÔNICA ESTEIRA INTELIGENTE GABRIEL SANTOS DE SOUZA - D588JF-9 LUIZ RICARDO DE PAULA GUINTER - D7566I-8 MARIA LUIZA FERNANDES FIGUEIREDO - D75552-8 MAXWEL CARLOS OLIVEIRA - D753908 MARCOS EDUARDO PEREIRA BAZOLLI - N328738 RODRIGO PEREIRA DE SOUZA - D71JAJ-7 THIERRY CRHISTIAN MUNIZ - D60296-9 Orientador: Fausto Ferreira dos Santos Neto, José Maciel Filho Banca Examinadora: __________________________________________ Prof. Convidado __________________________________________ José Maciel Filho Orientador __________________________________________ Fausto Ferreira dos Santos Neto Coordenador JUNDIAÍ - SP Novembro – 2022 4 AGRADECIMENTOS Agradecemos a todos os familiares que nos deram forças e apoiaram nos momentos de dificuldade e não nos deixaram desanimar e nos fizeram batalhar para conquistar esse prêmio. Agrademos também aos professores e colegas de classe que ao longo dos semestres estiveram conosco e nos ajudaram tanto no crescimento profissional quanto no crescimento pessoal. 5 EPÍGRAFE “Nenhuma Engenharia constrói caráter, mas com caráter se faz os melhores engenheiros”. - (Jordan Lucas) 6 RESUMO As esteiras transportadoras são equipamentos para indústrias feitos para movimentação, manuseios e transportes de cargas, elas podem ser usadas na logística, armazéns e na indústria em geral. Elas devem ser colocadas em locais estratégicos para a movimentação de cargas, visto que elas servem para facilitar a locomoção de materiais dentro de um determinado estabelecimento. Este trabalho tem como seu principal objetivo desenvolvimento de um protótipo de uma esteira rolante para o transporte, visando proporcionar o incentivo as boas práticas do consumo de energia elétrica, de forma eficiente e ideal para atender as necessidades pela qual o nosso sistema foi criado. Este protótipo consiste em acionamentos através de um microcontrolador, inversor de frequência, motor trifásico, monitorado e controlada via rede Internet. Depois de vários problemas, alterações, erros e acertos, o projeto foi concluído. Para fazer a simulação do processo de automação industrial, foi desenvolvido uma forma de controle de uma mini-esteira que tem por finalidade entrar em funcionamento quando houver a presença de um item ou quando seja enviado um comando de liga através de um celular ou computador, e desligue quando não estiver em utilização. Palavras Chaves: Microprocessador, Inversor de Frequência, Internet, Esteira. 7 Lista de siglas °C Grau Celsius 2D Bidimensional 3D Tridimensional A Ampère AutoCAD Computer Aided Design C Comum CA Corrente alternada CC Corrente contínua CLP Controlador Lógico Programável CPU Unidade Central de Processamento ESP32 Microcontrolador GPIO General Purpose Input/Output HIM Módulo de Interface Humana HP Horse Power HTML Hypertext Markup Language Hz Hertz IDE Integrated Development Environment IGBT Transistor bipolar de porta isolada IoT Internet das Coisas IP Internet Protocol LAN Local Área Network LED Light Emitting Diode NA Normalmente Aberto NF Normalmente fechado PNP Positivo-Negativo-Positivo PWM Pulse Width Modulation RAM Random Access Memory RGB Red, Green, Blue ROM Read Only Memory RTT Round Trip Time TCP Transmission Control Protocol USB Universal Serial Bus 8 W Watt Wi-Fi Wireless Fidelity 9 Lista de figuras Figura 1 - Exemplo de acionamento de relé .............................................................. 27 Figura 2 - Módulo relé ............................................................................................... 28 Figura 3 - Exemplo de ativação do módulo relé ........................................................ 28 Figura 4 - Teste entre tags ........................................................................................ 31 Figura 5 - Motor de Indução ...................................................................................... 32 Figura 6 - Inversor de Frequência ............................................................................. 33 Figura 7 - Fonte Chaveada........................................................................................ 34 Figura 8 - ESP32 DevKitc ......................................................................................... 36 Figura 9 - Diagrama de Blocos ESP32 ...................................................................... 36 Figura 10 - Shield de Relé ......................................................................................... 37 Figura 11 - Base do relé ............................................................................................ 38 Figura 12 - Sinaleiro .................................................................................................. 38 Figura 13 - Botão iluminado ...................................................................................... 39 Figura 14 - Botão de emergência .............................................................................. 39 Figura 15 - Botão reset .............................................................................................. 40 Figura 16 - Chave Seletora ....................................................................................... 40 Figura 17 - Diagrama interno do sensor .................................................................... 41 Figura 18 - Forma de Instalação ............................................................................... 41 Figura 19 - Disjuntor-motor........................................................................................ 42 Figura 20 - Contato Auxiliar ....................................................................................... 42 Figura 21 - Disjuntor monopolar ................................................................................ 43 Figura 22 - Borne de Interligação J4 ......................................................................... 43 Figura 23 - Borne de Interligação J6 ......................................................................... 44 Figura 24 - Tampa final de borne .............................................................................. 44 Figura 25 - Terminal Block Jumper ........................................................................... 45 Figura 26 - Identificações de Bornes ......................................................................... 45 Figura 27 - Borne fusível ........................................................................................... 46 Figura 28 - Fusível de Vidro ...................................................................................... 46 Figura 29 - Terminalde Identificação ........................................................................ 47 Figura 30 - Terminal barreira final ............................................................................. 47 Figura 31 - Canaletas para cabos ............................................................................. 48 10 Figura 32 - Trilho DIN ................................................................................................ 48 Figura 33 - Módulo de Interface Homem-Máquina - IHM .......................................... 49 Figura 34 - Display LDC ............................................................................................ 49 Figura 35 - Núcleo de Ferrite Supressor ................................................................... 51 Figura 36 - Software AutoCAD .................................................................................. 51 Figura 37 - Inclusão de bibliotecas ............................................................................ 53 Figura 38 - Variáveis auxiliares ................................................................................. 53 Figura 39 - Configuração da função void setup() ...................................................... 54 Figura 40 - Comunicação WiFi local e Comunicação Serial ...................................... 55 Figura 41 - Monitor Serial .......................................................................................... 56 Figura 42 - Display LCD ligado .................................................................................. 56 Figura 43 - Reset da contagem de peças ................................................................. 57 Figura 44 - Contagem de peças ................................................................................ 58 Figura 45 – Conexão entre cliente e servidor ............................................................ 59 Figura 46 – Habilita esteira ....................................................................................... 60 Figura 47 - Configurações iniciais da página web em HTML .................................... 61 Figura 48 – Estilização da página em CSS ............................................................... 62 Figura 49 – Título da página e Data atual ................................................................. 63 Figura 50 – Lógica de exibição dos botões do servidor ............................................ 64 Figura 51 – Solicitação HTTP .................................................................................... 64 Figura 52 – Código do botão de reset do contador de peças .................................... 65 Figura 53 – Código do botão de emergência ............................................................ 65 Figura 54 – Código dos sinalizadores ....................................................................... 66 Figura 55 – Código do rodapé da página do servidor web ........................................ 66 Figura 45 - Esteira e Sensores .................................................................................. 67 Figura 46 - Painel montado ....................................................................................... 68 Figura 47 - Borneira de alimentação ......................................................................... 69 Figura 48 - Alimentação de controle .......................................................................... 70 Figura 49 - Inversor e sinalização de status .............................................................. 70 Figura 50 - Microprocessamento ............................................................................... 71 Figura 51 - Circuito de Potência ............................................................................... 72 Figura 52 - Circuito de controle ................................................................................. 73 Figura 53 - Chave na posição LOCAL ....................................................................... 74 Figura 54 - Comando do Inversor .............................................................................. 75 11 Figura 55 - Botão desliga -PBL2 ............................................................................... 76 Figura 56 - Circuito dos Sensores ............................................................................. 77 Figura 57 - Chave na posição REMOTO ................................................................... 78 Figura 58 - Seletora em modo REMOTO .................................................................. 80 Figura 59 - Status de desligado e falha ..................................................................... 81 Figura 60 - Status de ligado ...................................................................................... 82 Figura 61 - Ligação do comando do Inversor ............................................................ 83 Figura 62 - Display LCD ............................................................................................ 84 Figura 63 - Ligação do ESP32 .................................................................................. 85 12 Lista de tabelas / Gráficos Tabela 1 - Protocolos IEEE 802.11 ........................................................................... 29 Tabela 2 - Cálculo dos custos do sistema ................................................................. 52 Tabela 3 - Demais parâmetros configurados do Inversor .......................................... 79 13 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 16 1.1. Objetivo geral ........................................................................................................................ 17 1.2. Objetivos Específicos ............................................................................................................. 17 1.3. Problema ................................................................................................................................ 18 1.4. Justificativa ............................................................................................................................ 19 1.5. Metodologia........................................................................................................................... 19 2. REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................. 20 2.1. Automação Industrial ............................................................................................................ 20 2.2. Esteiras ................................................................................................................................... 20 2.3. Inversores de Frequência....................................................................................................... 21 2.4. Tipos de Motores Elétricos .................................................................................................... 21 2.5. Motores de corrente contínua .............................................................................................. 22 2.6. Motores de corrente alternada ............................................................................................. 22 2.7. Disjuntores ............................................................................................................................. 22 2.8. Fusível .................................................................................................................................... 22 2.9. Sensor .................................................................................................................................... 23 2.10. Atuadores ..............................................................................................................................23 2.11. Fonte Linear ........................................................................................................................... 23 2.12. Fontes Chaveadas .................................................................................................................. 24 2.13. Internet das coisas ................................................................................................................. 24 2.14. Eficiência energética .............................................................................................................. 25 2.15. Microcontrolador ................................................................................................................... 26 2.16. Relé ........................................................................................................................................ 27 2.17. LAN ......................................................................................................................................... 28 2.18. IEEE 802.11 ............................................................................................................................ 29 2.19. TCP/IP..................................................................................................................................... 29 2.20. AutoCAD................................................................................................................................. 30 2.21. HTML ...................................................................................................................................... 31 3. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ............................................................... 32 3.1. Motor de indução .................................................................................................................. 32 14 3.2. Inversor de frequência ........................................................................................................... 33 3.3. Fonte de alimentação ............................................................................................................ 34 3.4. Microcontrolador ................................................................................................................... 35 3.5. Shield de Relés ....................................................................................................................... 37 3.6. Relé 24VCC ............................................................................................................................. 37 3.7. Sinaleiros ................................................................................................................................ 38 3.8. Botões .................................................................................................................................... 39 3.9. Chave Seletora ....................................................................................................................... 40 3.10. Sensor .................................................................................................................................... 40 3.11. Disjuntores e contato auxiliar ................................................................................................ 41 3.12. Bornes e acessórios ............................................................................................................... 43 3.13. Canaleta de Cabos ................................................................................................................. 47 3.14. Trilho DIN ............................................................................................................................... 48 3.15. Módulo de Interface Homem-Máquina - IHM ....................................................................... 48 3.16. Display LCD ............................................................................................................................ 49 3.17. Cabos ..................................................................................................................................... 50 3.18. Núcleo de Ferrite Supressor .................................................................................................. 50 3.19. AutoCAD................................................................................................................................. 51 3.20. Custos do Projeto ................................................................................................................... 52 3.21. Desenvolvimento da lógica do código-fonte do ESP32 ......................................................... 52 4. MONTAGEM DO PROJETO .............................................................................. 67 4.1. Montagem da esteira ............................................................................................................ 67 4.2. Montagem do Painel ............................................................................................................. 68 4.3. Funcionamento do projeto .................................................................................................... 71 4.4. Alimentação de Potência painel ............................................................................................ 71 4.5. Alimentação de Controle ....................................................................................................... 73 4.6. Funcionamento em modo LOCAL .......................................................................................... 74 4.7. Funcionamento em modo REMOTO ...................................................................................... 78 4.8. Parâmetros configurados no inversor ................................................................................... 79 4.9. Sinalização de Operação ........................................................................................................ 81 4.10. Display LCD ............................................................................................................................ 84 5. TESTES E RESULTADOS ................................................................................. 86 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 88 15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 89 APÊNDICE 1 – DIAGRAMA ELÉTRICO .................................................................. 92 APÊNDICE 2 – CÓDIGO FONTE ............................................................................. 96 16 INTRODUÇÃO O avanço tecnológico característico da Revolução Industrial permitiu um grande desenvolvimento de maquinários voltados para a produção de modo geral, e os sistemas de produção automatizados cada dia mais se destaca por sua gigantesca capacidade de produção e controle de processos. Nos dias atuais é muito comum encontrar, nos mais diversos segmentos da indústria, máquinas que realizam atividades que alguns anos atrás eram realizadas por uma quantidade considerável de pessoas. Normalmente as indústrias utilizam CLP (controlador lógico programável) para fazer o controle dos sistemas de automação. Embora os CLP’s possam ser aplicados em diferentes situações, seu custo normalmente impede outros tipos de implementações. As grandes vantagens na utilização dos CLP’s são sua modularidade, a facilidade de programação em campo e fácil aprendizagem do programa, mas o seu alto custo o torna inviável para aplicações caseiras ou mais simples. Por outro lado, o microcontrolador que é um circuito integrado programável que contém todos os componentes de um computador (CPU, memória, portas de entrada e saída, conversores A/D e D/A etc), pode ser uma boaalternativa. Sua aplicação vai desde um simples controle remoto, a máquinas mais complexas como por exemplo máquinas pneumáticas e hidráulicas, máquinas dispensadoras de produtos, motores, temporizadores, sistemas automotivos, sistemas de controle, telefonia e medicina entre outros. Ao utilizar o ESP32 em substituição aos CLP’s convencionais, pode-se trabalhar em tensões e correntes baixas e reduzir consideravelmente os custos do projeto. Este projeto tem como objetivo representar um sistema controlado por um ESP32 (microcontrolador) como uma forma simples e com o custo relativamente baixo comparado ao uso de CLPs. Utilizando o ESP32, somado aos recursos que o Inversor de frequência disponibiliza, e em conjunto com dispositivos como: relés, botão de emergência, chave seletora etc. Pode-se integrar uma série de componentes e equipamentos, simplificar e reduzir custos operacionais em alguns controles de processos automatizados. 17 Para fazer a simulação de um processo de automação industrial, foi desenvolvido um projeto que controla uma mini-esteira que tem por finalidade entrar em funcionamento quando houver a presença de um item ou quando seja enviado um comando de liga através de um celular ou computador, e desligue quando não estiver em utilização. Mais adiante será apresentado alguns pontos importantes deste tipo de aplicação de sistemas automatizados, podendo ser destacadas entre as principais características os seguintes tópicos: 1. Baixo custo, se comparado ao CLP; 2. O controle do processo pode ser feito remotamente; 3. Conexão de mais de um usuário simultaneamente; 4. Programação em código aberto. Além das características mencionadas anteriormente, existe também uma série de outras aplicações práticas envolvendo o projeto. Este é um dos principais alvos deste projeto, pois apresenta parâmetros que pode estimular estudantes e profissionais da área de tecnologia a se aprofundarem mais neste segmento. 1.1. Objetivo geral Pensando no custo do projeto, na economia de energia e na responsabilidade do uso da energia elétrica, foi proposto uma forma de operação consciente e com segurança em primeiro lugar. Trata-se de implementar um sistema de automação, em uma esteira que seja monitorada através da internet e que só entre em operação quando houver a necessidade. 1.2. Objetivos Específicos Para que o objetivo proposto seja alcançado, será necessário desenvolver as seguintes etapas: 1. Desenvolver um protótipo de uma esteira didática como um sistema de automação, utilizando peças de madeira para confecção da base e da estrutura. 18 2. Desenvolver um modo de operação seguro e econômico, com a utilização de dois sensores de presença nas cabeceiras da esteira rolante e partida suave através do inversor de frequência. 3. Desenvolver um diagrama elétrico de forma possibilitar que esteira só entre em funcionamento quando o sensor inferior for acionado e pare no momento que a peça passar pelo segundo sensor. 4. Desenvolver a programação do microcontrolador e da página web de modo que o funcionamento seja eficiente e possa ser monitorado remotamente. 5. Instalar uma chave seletora de duas posições para selecionar o modo de operação da esteira. 6. Instalar sinaleiros para indicar o status de funcionamento, ou seja, ligado, desligado ou falha. 7. Simular o funcionamento do sistema de antes do acoplamento com a esteira, para identificar possíveis alterações nos parâmetros. 1.3. Problema Utilizando um microcontrolador para fazer a automação de um processo, e somado ao inversor de frequência para acionamento de motores elétricos é possível conseguir uma certa economia no custo do projeto e de energia elétrica, pois com o passar dos anos, o consumo de energia elétrica tem se aumentado a cada dia, e tem se retirado dos reservatórios das usinas uma quantidade maior de água do que o que entrou com as chuvas. Com a progressiva insuficiência na capacidade de geração, para atender à demanda crescente, os estoques dos reservatórios hidroelétricos foram dilapidados. Concomitantemente foi perdida também sua função de dar segurança e de confiabilidade dos sistemas da geração de eletricidade, pela garantia de um “estoque” estratégico de energia, que historicamente sempre foi respeitada. Esse estoque, que nunca ficou abaixo de 44% do nível dos reservatórios, a partir de 1995 foi sendo continuamente consumido, até chegar ao patamar inédito de 19% em novembro de 1999 (SAUER, 2002). 19 Uma das medidas adotadas para evitar essa grave crise foi a criação de Bandeiras Tarifárias, desde o ano de 2015, as contas de energia passaram a trazer essa novidade: o Sistema de Bandeiras Tarifárias, apresenta as seguintes modalidades: verde, amarela e vermelha – as mesmas cores dos semáforos – e indicam se haverá ou não acréscimo no valor da energia a ser repassada ao consumidor final, em função das condições de geração de eletricidade (ANEEL). 1.4. Justificativa O principal objetivo deste projeto, será desenvolver e automatizar uma esteira rolante que possa ser monitorada através da Internet e acionada apenas quando for detectado a presença do usuário por meio de sensores em sua estrutura, assim com esse mecanismo a esteira satisfará ao usuário e ao mesmo tempo o uso inteligente de energia elétrica. 1.5. Metodologia O projeto contempla um sistema controlado por um microcontrolador, com instruções escritas através de programação em linguagem C, onde o mesmo controlará um inversor de frequência que por sua vez acionará a partida de um motor de indução trifásico, que estará conectado a esteira rolante através das polias e correias. Esta esteira só será acionada quando um usuário desejar deslocar-se por ela, sendo assim, economizando energia caso não esteja em operação. A eficiência do sistema será controlada por um microcontrolador, que é responsável por dispor um monitoramento através de celular conectado por uma rede Internet, já a economia é baseada na utilização do inversor de frequência para os acionamentos do motor de indução. O microcontrolador dispõe de comunicação para troca de informações com o inversor, executando o controle automático de energia e dos sistemas de segurança (em caso de acidentes), acionamentos mecânicos involuntários ou atuações elétricas. 20 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1. Automação Industrial A automação Industrial pode ser definida como um conjunto de conceitos e técnicas que torna um sistema mais eficaz e capaz de propiciar facilidade e flexibilidade ao processo. Pode-se dizer que a automação surgiu no momento em que a roda foi inventada, pois a partir desse momento todo o sistema de trabalho foi alterado, tornando o transporte de um grande objeto fácil e ágil. Na automação industrial o conceito de facilidade e agilidade estão sempre andando de mãos dadas, com a introdução de novas técnicas de controle de processo, a fim de aumentar a produtividade e a qualidade de produção. Alguns pesquisadores relatam que a automação industrial iniciou durante a revolução industrial, visando o aumento catastrófico da produção e segurança, para suprir a necessidade das pessoas, pois o poder aquisitivo estava aumentando. Foi assim que surgiu o conceito de linha de produção e a implementação de esteiras automatizadas. (SILVEIRA, SANTOS, 1999). 2.2. Esteiras Existem alguns tipos de esteiras e dentre elas podem ser destacadas as Transportadoras de correias planas que são aqueles cuja correia passa sobre superfícies planas ou rolos e são utilizadas em geral para peças ou volumes de pequeno a médio porte. Existem também as transportadoras sortidores, que são sistemas baseadas no uso de transportadores, nos quais se carregam diversas cargas em pontos diferentes ou não, que podem ser descarregadas em espaços segregados ou em outros transportadores, num processode controle e despacho automatizado (MOURA, 1998). As esteiras Transportadoras de correias planas podem ser moveis, acessórios para desvios e telescópicos. Utilizadas também com mesas laterais para bancadas em operações seriadas. Podem ter acessórios ou elementos de curva, operando horizontalmente com motorização independente. O atrito entre correia e carga define 21 o ângulo de inclinação, assim como do centro de gravidade do material transportador. Já as esteiras Transportadores sortidores podem ser de correia, correntes ou rolos motorizados. Os controles de endereçamento automático podem servir-se de balanças, células fotoelétricas, sistemas de leitura eletrônica e por código de barras, entre outros. Em alguns casos é necessário que um operador introduza o sinal de despacho dentro de um sistema de memória (MOURA, 1998). 2.3. Inversores de Frequência Há várias razões para a utilização de dispositivos para fazer o controle de velocidade. Algumas aplicações, como em indústrias de papel e celulose, não podem operar sem o controle de velocidade, enquanto outras, como bombas centrífugas, podem ser beneficiadas com a redução de energia. Enfim, o uso de dispositivos para o controle de velocidade em motores tem uma extensa gama de aplicações na indústria, todos esses recursos se devem ao avanço da eletrônica de potência permitiu o desenvolvimento de conversores de frequência com dispositivos de estado sólido, inicialmente com tiristores e atualmente com transistores, mais especificamente o IGBT, transistor bipolar de porta isolada (FRANCHI, 2009). Os inversores podem ser classificados pela sua topologia, que é dividida em três partes, sendo a primeira para o tipo de retificação de entrada, a segunda para o tipo de controle do circuito intermediário e a terceira para a saída (FRANCHI, 2009). 2.4. Tipos de Motores Elétricos O motor elétrico pode ser definido como uma máquina que transforma energia elétrica em energia mecânica (giro do seu eixo). Dentre as vantagens de utilizar o motor elétrico em vez de qualquer outro, pode-se citar as principais: baixo custo, simplicidade, facilidade de transporte, limpeza, alto rendimento e fácil adaptação às condições adversas. Há um grande número de tipos de motores, mas pode-se classificá-los em dois grandes grupos: corrente contínua e corrente alternada (CAPELLI, 2007). 22 2.5. Motores de corrente contínua Geralmente os motores de corrente contínua (CC) são caros e necessitam de um cronograma de manutenção por causa do “faiscamento” (comutação) das suas escovas. Eles também precisam de sistemas retificadores que convertam a energia alternada (CA) em CC, mas eles têm uma grande vantagem que é o alto torque e relação às pequenas dimensões do motor, por esses mesmos motivos seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensem o custo (CAPELLI, 2007). 2.6. Motores de corrente alternada Os motores de corrente alternada (CA) são comumente utilizados, uma vez que a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Os motores CA podem ser classificados como: Motor síncrono e motor Assíncrono. O motor síncrono funciona com velocidade fixa. Geralmente é utilizado em sistemas de grandes potências e que demandem velocidade invariável. Devido alguns aspectos, o motor assíncrono é o mais utilizado na indústria. Simples, robusto e de baixo custo, torna-se adequado a quase todos os tipos de máquinas. É possível controlar sua velocidade através de inversores de frequência (CAPELLI, 2007). 2.7. Disjuntores Segundo Niskier (2013), disjuntores são equipamentos de proteção e manobra, capaz de conduzir e interromper corrente elétrica em condições normais e ou em condições anormais. Sendo considerados como condição anormal efeitos provenientes de curto-circuito ou sobre corrente. Entende-se como curto-circuito quando dois ou mais condutores se tocam sem que estejam eletricamente isolados, e sobrecarga quando o valor de sua corrente nominal se eleva devido a fatores externo. 2.8. Fusível O fusível é um dispositivo de proteção contra o curto-circuito e a sobrecarga que acontecem dentro do circuito elétrico. Os fusíveis estão presentes internamente em aparelhos eletrônicos e em filtros de linha, que são muito utilizados para ligar computadores em escritórios. O fusível possui um valor para a sua corrente nominal, https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-fusivel-e-quais-as-suas-aplicacoes/ 23 que é o valor específico de trabalho. Quando esse valor de corrente é ultrapassado, por conta de algum curto-circuito ou uma sobrecorrente, a liga metálica se funde, interrompendo a passagem da corrente elétrica para o restante do circuito. Disponível em: (https://www.mundodaeletrica.com.br acesso 24/08/21 as 22:55). Após a ocorrência do curto-circuito, é necessário que seja feita a troca do fusível por um que esteja com a sua liga metálica intacta, para depois utilizar as funções do circuito elétrico novamente. 2.9. Sensor O nome dado à dispositivos que captam alguma forma de energia do ambiente que pode ser luminosa, térmica, cinética, relacionando informações sobre uma grandeza física que precisa ser mensurada (medida), como: temperatura, pressão, velocidade, corrente, aceleração, posição e outras formas de energia. Os sensores nem sempre tem as características elétricas necessárias para ser utilizado em um sistema de controle, então, normalmente o sinal de saída é trabalhado antes de ser lido no sistema de controle. Isso geralmente é realizado com um circuito de interface para produção de um sinal que possa ser lido pelo controlador (THOMAZINI e ALBUQUERQUE, 2005). 2.10. Atuadores Os atuadores são capazes de alterar uma variável controlada, a partir de um sinal recebido de um controlador, agindo assim no sistema a ser controlado. Normalmente, estes trabalham com potência elevada (THOMAZINI e ALBUQUERQUE, 2010). 2.11. Fonte Linear Apesar das fontes lineares apresentarem desvantagens da regulação, é possível conseguir uma tensão de saída extremamente estável e a resposta a transitórios é excelente. Apesar de alguns aspectos de desvantagens na regulação, o funcionamento do transistor em região linear faz com que o circuito não emita qualquer tipo de interferência eletromagnética de alta frequência. Então, os reguladores lineares, apesar de serem a princípio indicados somente em baixas potências, https://www.mundodaeletrica.com.br/ 24 encontram também aplicações em sistemas de telecomunicações onde há problemas de ruído. Disponível em: (http://www.eletrica.ufpr.br/ acesso 06/05/2021 as 23:09). 2.12. Fontes Chaveadas Também é possível obter-se a regulação da tensão de saída de uma fonte de tensão contínua é através do chaveamento de um dispositivo semicondutor em frequência elevada, o que é conhecida como fonte chaveada. As fontes chaveadas são normalmente empregadas em diversos sistemas eletrônicos, principalmente devido às suas características de baixo volume e peso em comparação com as fontes com regulação linear. A evolução das fontes chaveadas dá-se tanto sob o aspecto do oferecimento de componentes com melhores características como pelo desenvolvimento da técnica de projeto e construção. Disponível em: (http://www.eletrica.ufpr.br/ acesso 06/05/2021 as 23:09). 2.13. Internet das coisas A utilização da Internet das Coisas (IoT) vem crescendo muito desde 2009, e com as tendências dos projetos de desenvolvimento ela tende a crescer muito mais nos próximos anos. A quantidade de dispositivos conectados à IoT será de aproximadamente 30 bilhões em 2020. (BALAGUER, 2014). Pode-se afirmar que cada vez mais o mercado de desenvolvimento de projetos utilizando à IoT está em grande crescimento e tende a se manter por bastante tempo. Tendo em vista que o número de objetos conectados à IoT só tende a aumentar no futuro.A IoT tem como intuito conectar elementos que são utilizados no cotidiano das pessoas à rede mundial de computadores, essa revolução tecnológica que gradualmente vai inserindo à internet e a outros dispositivos. (ZAMBARDA, 2014). Desta forma, a IoT surgiu para facilitar o dia a dia das pessoas, seja no trabalho, em casa, no trânsito, entre outros lugares, onde que com a conexão das “coisas” com a internet, permite-se o manuseio e acionamento de itens a longa distância através de computadores ou smartphones controlados por um usuário, ou até mesmo cem por 25 cento automatizados, sem a necessidade de um usuário para manusear o controle destes objetos. Além do fato de possibilitar o acionamento e monitoramento remoto. Segundo Almeida (2015), a IoT está envolvida na interligação de objetos, sejam eles físicos ou virtuais, em redes que estejam conectadas à internet, possibilitando que dispositivos troquem, coletem e armazenem dados, para gerir informações e serviços por meio da análise e processamento desses dados. O que tornou possível a miniaturização e popularização de sensores, tornando viável a coleta e transmissão de dados. Segundo Rose, Eldridge e Chapin (2015), geralmente o termo Internet das Coisas é utilizado para o conjunto de sistemas, técnicas de design e tecnologias, que são a abordagem de desenvolvimento de “coisas” conectadas à internet que se baseiam no ambiente físico. Para que os dispositivos usados na rotina diária da sociedade possuam identificadores e conectividade à internet, onde esses dispositivos se comunicam uns com os outros. No geral, IoT é a situação em que dispositivos e sensores são fornecidos com conectividade de rede e capacidade de computação para consumir, gerar e trocar dados e se comunicar com a intervenção humana mínima. A visão de conectar sensores e outros dispositivos ao sistema de tecnologia de informação e comunicação por meio das redes com fio ou sem fio pode ser aplicado em uma série de áreas no mundo como o setor de saúde, residencial, e cidades inteiras que, por sua vez, podem se tornar conhecidos como sistema inteligente de saúde, casa inteligente ou cidades inteligentes. (AGUIAR, 2018). 2.14. Eficiência energética O conceito de eficiência energética consiste na utilização racional e consciente de energia, ou seja, fazer mais com menos uso de recursos, de forma a manter o conforto e a qualidade. Também é importante ressaltar o conhecimento no campo energético de forma aplicada, empregando os conceitos da engenharia, da economia e da administração aos sistemas para obter um melhor desempenho de uma determinada produção de serviço com um menor gasto de energia possível. Devido à diversidade e complexidade desses sistemas, é interessante apresentar técnicas e métodos para definir objetivos e ações para melhorar o desempenho energético e 26 reduzir as perdas nos processos de transporte, armazenamento e distribuição de energia. O uso eficiente de energia interessa por si mesmo, como são oportunas todas as medidas de redução das perdas e de racionalização no uso de fatores de produção, sendo conveniente também observar o caráter estratégico que o suprimento de eletricidade e combustíveis apresenta em todos os processos produtivos. Mesmo representando uma parcela por vezes reduzida dos custos totais, a energia não possui outros substitutos senão a própria energia, sem a qual os processos não se desenvolvem. Talvez energia possa ser apenas parcialmente substituída por conhecimento, por informação, de modo a reduzir os desperdícios e melhorar o desempenho dos sistemas energéticos. No Brasil ou nos demais países, restrições de ordem financeira e ambiental se conjugam de modo a incrementar os custos dos energéticos e configuram perspectivas preocupantes de descompasso entre as disponibilidades e as demandas energéticas, ampliando significativamente a importância do uso racional de energia. (VIANA, BORTONI, NOGUEIRA, HADDAD, NOGUEIRA, VENTURINI e YAMACHITA, 2012). 2.15. Microcontrolador Segundo Souza (2003), o microcontrolador pode ser definido como um pequeno componente eletrônico que contém internamente uma inteligência programável, onde pode ser utilizado no controle de processos lógicos. Os microcontroladores possuem dentro de um único chip memória, CPU (Unidade Central de Processamento), entradas/saídas, relógio interno, temporizadores além de hardwares específicos. A grande vantagem de se utilizar desse dispositivo é possuir hardware e software integrados em um único chip conforme, e ainda possuir baixo custo e alta eficiência. (FILHO 2014) A definição para a aplicação dos microcontroladores pode ser dita como infinita, pois pode estar inserido em processos de automação ou de sistemas embarcados. Seja em uma residência ou na indústria o microcontrolador pode automatizar diversos processos que contenham circuitos eletrônicos. Disponível: (https://eescjr.com.br acesso 09/05/21 as 19:35). 27 2.16. Relé O relé é um dispositivo, eletromecânico que permite acionar circuitos de corrente elevada, alternada ou contínua, a partir de um sinal elétrico de baixa corrente. É muito utilizado em projetos de automação residencial, tendo em vista que este permite o acionamento de dispositivos de corrente alternada como lâmpadas e ventiladores etc (OLIVEIRA, 2019). O relé normalmente possui cinco entradas, sendo duas para o sinal de acionamento e três para a carga externa a ser ativada, os pinos da carga externa são constituídos de NF (Normalmente fechado), NA (Normalmente Aberto) e (C) comum, o funcionamento deste acontece da seguinte maneira, o pino C é onde está o contato central, esse se mantém conectado ao contato NF até que seja aplicado uma tensão de acionamento na bobina, quando isso acontece ela interna é energizada formando um campo eletromagnético que se transforma em um imã, atraindo o contato central para o contato NA é possível observar este comportamento na Figura 1. Figura 1 - Exemplo de acionamento de relé Fonte: Disponível: (https://athoselectronics.com.br acesso 03/10/2022) Existem módulos prontos para reles, tendo em vista que é necessário um circuito de proteção para ativação da bobina, este circuito também permite o acionamento da bobina utilizando microcontroladores, as Figuras 2 e 3, mostram um exemplo de modulo relé e um circuito utilizado para ativação de um relé e um modulo relé. É possível observar a presença de um diodo em paralelo com a bobina, isso é utilizado pelo fato da bobina depois que é energizada, gera uma corrente reversa a qual sem a utilização desse diodo pode danificar o circuito de ativação. Disponível: (https://athoselectronics.com.br acesso 04/05/21 as 22:18). https://athoselectronics.com.br/ 28 Figura 2 - Módulo relé Fonte: Disponível: (https://blogmasterwalkershop.com.br acesso 03/10/2022) Figura 3 - Exemplo de ativação do módulo relé Fonte: Disponível: (https://athoselectronics.com.br acesso 03/10/2022) 2.17. LAN A LAN (Local Área Network), também chamada de rede local, é uma conexão de dispositivos dentro de uma área específica. Permitindo assim a troca de informação e compartilhamento de recursos. O tamanho limitado da LAN, permite a implementação de determinados projetos, além de tornar o gerenciamento de rede mais simples. A tecnologia mais utilizada para transmissão é a por cabos, mas as redes sem fios têm se tornado cada vez mais comuns, como o protocolo IEEE 802.11 (TANENBAUM, 2011). https://blogmasterwalkershop.com.br/ https://athoselectronics.com.br/ 29 2.18. IEEE 802.11 Existem uma variedade de tecnologias disponíveis para se montar uma rede sem fio, mas o padrão IEEE 802.11 é o mais utilizado, que popularmente é conhecido como Wi-Fi. Este padrão é usado para a criação de redes locais sem fio. Sua transmissão de dados é feita a partir deondas de radiofrequência. A velocidade de transferência e o alcance dependem do protocolo utilizado. A Tabela 1 mostra detalhadamente estes protocolos, elencando a taxa de transferência máxima, frequência utilizada, modo de transmissão e o ano de lançamento oficial (TORRES, 2014). Tabela 1 - Protocolos IEEE 802.11 Fonte: Disponível: (http://lg.dgnetsp.com.br 03/10/2022) 2.19. TCP/IP O nome TCP/IP vem da junção de TCP (Transmission Control Protocol) e IP (Internet Protocol). Com a popularização da internet se tornou o protocolo mais utilizado em redes locais, tenso em visto que esse foi criado para ser utilizado na internet. Uma das vantagens desse protocolo, é que ele é roteável, ou seja, foi criado para grandes redes e para ser utilizado a uma longa distância, podendo haver vários caminhos para a informação atingir o receptor. Outra vantagem é o fato deste possuir arquitetura aberta e onde qualquer um pode utilizar. Todos os fabricantes de sistemas operacionais acabaram utilizando o TCP/IP, tornando o um protocolo universal, assim tornou-se possível que todos os sistemas possam se comunicar entre si (TORRES, http://lg.dgnetsp.com.br/ 30 2014). O protocolo TCP/IP, utiliza um sistema de endereçamento lógico chamado endereçamento IP, portanto cada dispositivo conectado à rede possui um endereço IP, então, é possível identificar o dispositivo e a rede que este se localiza. Os dados enviados pela rede, podem ser entregues facilmente, pelo fato de cada um dos dispositivos possuírem um IP próprio. Este é o princípio básico de funcionamento de uma rede TCP/IP (TORRES, 2014). O endereço IP, possui 32 bits, sendo formado por quatro conjuntos de 8 bits, separados por um ponto. Portanto o menor número endereço é 0.0.0.0 e o maior 255.255.255.255 (TORRES, 2014). Já o TCP, é responsável por organizar os dados recebidos e verificar se chegaram corretamente, este também adiciona as portas de origem e destino a informação no envio e no recebimento identifica a aplicação que irá receber a informação através da porta atribuída a este no envio. Resumindo o protocolo IP, adiciona o endereço IP e o protocolo TCP adiciona as portas de origem e destino, também organiza os dados recebidos. O protocolo TCP também envia uma mensagem de confirmação de recebimento chamada de acknowledge a quem transmitiu a informação, caso o dispositivo de transmissão não receba essa mensagem em um determinado tempo, chamado de RTT (Round Trip Time), ele reenvia os dados. O TCP também é responsável por manter ou fechar uma conexão entre dois dispositivos em redes diferentes (TORRES, 2014). O protocolo TCP, também permite a utilização de socket em cada porta. Isso permite várias conexões na mesma porta, um exemplo disso é quando se tem aberto dois navegadores no mesmo computador, através do socket atribuído a cada navegador, a informação chega ao navegador de destino pois esta, também possui a informação de socket atribuída pelo transmissor (TORRES, 2014). 2.20. AutoCAD Segundo Morais (2010), O software AutoCAD® é um programa de computação gráfica que permite criar e editar desenhos em ambientes bidimensionais e tridimensionais, os chamados desenhos 2D e 3D. Várias áreas profissionais usam esse software, visto que suas ferramentas podem ser usadas para praticamente qualquer tipo de desenho, por exemplo: desenho mecânico, arquitetônico, estrutural, 31 cartográfico, de interiores, de móveis e assim por diante, tanto no ambiente 2D como no ambiente 3D, sendo que no ambiente 3D é mais usado para confecção de desenhos de peças mecânicas e maquetes eletrônicas, podendo ser usados em conjunto com outros softwares de acordo com o tipo de desenho, por exemplo, o Autodesk Inventor no caso de peças mecânicas e o Autodesk 3DS Max no caso de maquetes eletrônicas, entre outros softwares. 2.21. HTML O HTML (Hypertext Markup Language) foi desenvolvido inicialmente por Tim Bernes-Lee é a principal linguagem utilizada na World Wide Web também conhecida como WWW, inicialmente o HTML foi projetado para descrever documentos científicos, no entanto seu design geral permitiu que fosse adaptado para ser utilizada por outros tipos de documentos e aplicativos, o HTML tem como objetivo ser uma linguagem universal, que seja entendida pelos diversos meios de acesso (WHATWG, 2019). O conceito do HTML é a marcação. Os elementos são marcados para mostrar quais informações são exibidas na página e como são exibidas. Exemplo disso é o título de um artigo ou manchete de um site, o texto é marcado utilizando a tag chamada H1, como mostra a Figura 4. É possível observar que o texto se encontra entre as duas tags de marcação e, utilizando elas, torna-se possível informar ao navegador o que é cada conteúdo, título, parágrafo, botão e tabelas etc. (EIS, 2011). Figura 4 - Teste entre tags Fonte: Disponível: (https://tableless.com.br acesso 03/10/2022) https://tableless.com.br/ 32 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3.1. Motor de indução Foi utilizado um motor de indução trifásico, com alimentação 220VCA, 1.2A, 0.33 HP, 60Hz da marca LAFERT®. A principal característica dos motores de indução é o fato de não usarem escovas que comutam com a bobina, e por esse motivo podem ser uma solução mais viável, do que outros tipos de motores para o dimensionamento de vários projetos. Os motores de indução de baixa potência trabalham na faixa de 5 a 50W, ligados na rede de energia eles podem movimentar diversos tipos de projetos, que não exijam torques elevados. Um motor de indução típico possui um rotor em curto-circuito com defasamento indutivo de campo, trabalha somente com corrente alternada e possui uma estrutura básica conforme a mostrada na figura abaixo. Figura 5 - Motor de Indução Fonte: Disponível: (https://www.portaleletricista.com.br acesso em 03/10/2022) Os motores de indução são encontrados em ventiladores, pressurizadores, bombas de uso geral e outras aplicações do setor industrial (Trifásicos e Monofásicos) https://www.portaleletricista.com.br/ 33 e em aparelhos eletrodomésticos (Monofásicos). Eles são constituídos por um eletroímã em forma de “U”, que é formado por placas de ferro doce, idênticas as usadas nos transformadores comuns. A finalidade de se usar um núcleo laminado é evitar as correntes parasitas (corrente de Foucault), induzidas num condutor sólido que causariam seu aquecimento excessivo. 3.2. Inversor de frequência No projeto foi utilizado um Inversor de frequência, da marca Allen-Bradley®, com o código de Catálogo 25B-A011N104, potência 3 HP, tensão de entrada monofásico de 200-240V, 47-63Hz, tensão de saída trifásica de 0-230V, 0-600Hz e corrente de 11A. Figura 6 - Inversor de Frequência Fonte: Disponível: (https://www.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Os inversores de frequência são dispositivos elétrico/eletrônicos cuja função é proporcionar um controle mais avançado nos motores, é uma das formas de partidas mais utilizadas na indústria e apresenta inúmeros benefícios tanto ao motor como para a aplicação. Esse tipo de componente faz a conversão do sinal senoidal de amplitude https://www.rockwellautomation.com/ 34 fixa a um sinal pulsante com largura modulada (PWM), desta forma possibilitando a variação de velocidade do motor. O inversor de frequência converte um sinal de tensão elétrica senoidal em um sinal de onda quadrada, através de uma modulação chamada PWM - Pulse Width Modulation (Modulação por Largura de Pulso), quanto maior tempo o pulso manter-se ligado, maior será a potência entregue e consequentemente quanto menor o pulso, menor será a potência na saída do inversor, portanto o sinal de entrada é tratado durante a passagem pelos blocos que formam esses equipamentos. 3.3. Fonte de alimentação No projeto foi utilizado umafonte chaveada da marca Allen-Bradley®, com o código de Catálogo 1606-XLS240E, com tensão entrada 100-240V CA, tensão de saída com um range de 24-28V CC, podendo fornecer corrente de saída de até 10 A e com a potência de 240W, a frequência pode variar entre 50-60Hz, ela pode trabalhar em ambientes com temperatura entre -25°C até +70°C. As características mais marcantes da fonte de alimentação é a fixação em trilho DIN, a alta eficiência e o tamanho pequeno, capacidade de pico de energia de curto prazo de 150%, terminais grampo de mola para conexão rápida. Figura 7 - Fonte Chaveada Fonte: Disponível: (https://www.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) https://www.rockwellautomation.com/ 35 Na fonte chaveada o processamento da tensão CA da rede para obtenção da tensão em CC da saída é todo feito em alta frequência. Essa tecnologia resulta a denominação chaveada: a transformação é feita através de um chaveamento em alta frequência onde a regulagem da tensão de saída é obtida variando-se a largura dos pulsos de condução da chave (pulsos PWM) ou, em alguns casos, variando-se a frequência do chaveamento (modulação por frequência). As vantagens com a utilização de chaveamento em alta frequência é o ganho na compactação, baixo volume e peso reduzido: o transformador de uma fonte chaveada chega a ser 50 vezes menor que o tamanho do transformador de uma fonte linear de mesma potência. A desvantagem da fonte chaveada está na complexidade do projeto e fabricação, pois requer alta especialização e por ela gerar ruídos. 3.4. Microcontrolador Foi utilizado o microcontrolador da Espressifi® modelo ESP32 NodeMCU que contém conexão WI-FI integrado ao seu funcionamento, além de ter integração com Arduino® IDE (Integrated Development Environment) e assim ter suporte a muitas bibliotecas compatíveis, contando com a facilidade de programação carregada pela interface do Arduino®. ESP32 é um microcontrolador, lançado em 2016 pela empresa Espressif®, possui dois microprocessadores Xtensa® 32-bit LX6, podendo trabalhar com um clock de até 240Mhz, tem suporte para conexões Wi-Fi e Bluetooth®, tornando assim uma ótima escolha em aplicações moveis ou de IoT, esta que tem o conceito a interconexão digital de objetos com a Internet. O ESP32 tem uma gama de recursos além da conectividade Wi-Fi e Bluetooth®, como memória RAM (Random Access Memory) de 520K bytes, memória ROM (Read Only Memory) de 448K bytes, 34 portas GPIOS (General Purpose Input/Output), 2 conversores analógico para digital onde somado estes possuem 18 canais, e saídas PWM, isto é, portas capazes de variar a largura de pulso de um sinal digital. Assim, com a função PWM é possível efetuar o controle de velocidade ou posição de motores, intensidade do brilho de LEDs (Light Emitting Diode) e controle de LEDs RGB (Red-Green-Blue), possibilitando até mesmo https://athoselectronics.com/dimmer-para-led/ 36 obter diferentes cores por meio das combinações possíveis. É possível observar um DevKitC de 30 pinos na figura abaixo. Figura 8 - ESP32 DevKitc Fonte: Disponível: (https://www.soselectronic.com acesso em 03/10/2022) A figura abaixo ilustra o diagrama de blocos do ESP32, que foi lançado por algumas empresas como, Espressif® para facilitar o uso do microcontrolador, elas lançaram placas de desenvolvimento sendo umas dessas o ESP32-DevKitC, onde este já possui um regulador de tensão de 3,3V modelo AMS1117 para alimentação do ESP, um chip de interface Serial-USB modelo CP2102, com suporte a USB 2.0, conector Micro USB e botões de RESET e LOAD. O DevKitC pode ser usado similarmente como um Arduino®. Figura 9 - Diagrama de Blocos ESP32 Fonte: Disponível: (https://www.espressif.com acesso em 03/10/2022) https://www.soselectronic.com/ https://www.espressif.com/ 37 3.5. Shield de Relés Foi utilizado uma Shield de Relés da marca Yun Tudio®, com alimentação de 3-5VCC, a placa de interface pode ser controlada diretamente por uma ampla gama de microcontroladores, que é possível enviar sinais digitais para cada relé e controlar vários aparelhos e outros equipamentos de alta corrente, como por exemplo: motores CA ou CC, eletroímãs, solenóides, lâmpadas, etc. Sendo ideal para aplicações em automação residencial, industrial e robótica. A Placa de Shield tem 8 canais, equipado com relé que suporta nos seus contatos uma corrente de 10A, trabalhando com os seguintes níveis de tensão: 28VCC, 30VCC, 125VCA, 250VCA, cada relé tem contato NA (normalmente aberto) e NF (normalmente fechado), os 8 canais são opticamente isolados, seguros, anti-interferência, com indicador de energia, e status. O tamanho da placa de circuito é de 140mm x 55mm. Figura 10 - Shield de Relé Fonte: Disponível: (https://pt.aliexpress.com acesso em 03/10/2022) 3.6. Relé 24VCC Para auxiliar na partida do Inversor, foram utilizados no projeto três relés 24VCC com contatos com dois contatos NA e NF da marca Allen-Bradley® e com o código de Catálogo da base 700-HN122, e 700-HN224 do relé. https://pt.aliexpress.com/ 38 Figura 11 - Base do relé Fonte: Disponível: (https://www.plcsurplussupply.com acesso em 03/10/2022) 3.7. Sinaleiros Para fazer indicação do sistema desligado, foi utilizado um sinaleiro verde da marca Allen-Bradley® com o código de Catálogo 800FP-P3PN3G. Figura 12 - Sinaleiro Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Para indicar o status de funcionando, foi utilizado um sinaleiro vermelho com tensão de 24VCC da marca Allen-Bradley® e com o código de Catálogo 800FD- P5N3R. 39 3.8. Botões Para indicar o status de LIGADO e também para DESLIGAR o sistema, foi utilizado um botão iluminado vermelho com tensão de 24VCC da marca Allen-Bradley® e com o código de Catálogo 800FP-LF4PN3RX10. Figura 13 - Botão iluminado Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Foi utilizado um Botão de Emergência pulsador E-stop, girar para liberar, 40mm tipo cogumelo, da marca Allen-Bradley® e com o código de Catálogo 800FP-MT44. Figura 14 - Botão de emergência Fonte: Disponível: (https://ladder.com.br acesso em 03/10/2022) O reset do contado de peças é realizado utilizando um botão da marca Allen-Bradley® e com o código de Catálogo 800FP-F611PX10. 40 Figura 15 - Botão reset Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) 3.9. Chave Seletora Foi utilizado uma chave seletora com seleção de duas posições com chave de segurança, da marca Allen-Bradley® e com o código de Catálogo 800FP-KM23. Figura 16 - Chave Seletora Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) 3.10. Sensor Foram utilizados dois sensores fotoelétricos da marca OMRON®, modelo E3Z- T86, que é composto por um emissor e um receptor, o emissor tem o código E3Z-T86- L e o receptor E3Z-T86-D, a distância de sensoriamento é de 15m, o método de sensoriamento é através de feixe, o método de conexão do sensor com o chicote de alimentação e sinal é por um conector M8, a configuração de saída é PNP (positivo- 41 negativo-positivo), a temperatura operacional mínima é de -25º C, a temperatura operacional máxima é de 55º C e o range de tensão está entre 12 e 24 VCC. Figura 17 - Diagrama interno do sensor Fonte: Disponível: (https://automation.omron.com acesso em 03/10/2022) Figura 18 - Forma de Instalação Fonte: Disponível: (https://automation.omron.com acesso em 03/10/2022) 3.11. Disjuntores e contato auxiliar Foi utilizado um disjuntor-motor trifásico com ajuste de corrente entre 10 – 16A, da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 140M-D8E-C16. O disjuntor-motor permite o arranque de motores a tensão plena, 42 proteçãocontra sobrecargas e curtos-circuitos, não necessitando de fusíveis ou interruptores adicionais. Figura 19 - Disjuntor-motor Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Para monitorar o status do disjuntor de potência foi utilizado um contato auxiliar da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 140M-C-AFA11. Figura 20 - Contato Auxiliar Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Foram utilizados dois disjuntores monopolares termomagnéticos de 6A, curva B, da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 1492- SPM1B060. A curva de ruptura do disjuntor é o tempo em que o disjuntor suporta uma corrente acima da corrente nominal por determinado tempo e quanto maior a sua curva, menor é o tempo de atuação. 43 Figura 21 - Disjuntor monopolar Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) 3.12. Bornes e acessórios Para facilitar a conexão entre os componentes foram utilizados cinco bornes de interligação do tipo J4, que suportam uma corrente de até 28A, da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 1492-J4. Os bornes são chamados terminal ou conector de passagem, ele é um dispositivo que serve como um conector de cabos e permitem a conexão de cabos até 4mm2. Ou seja, trabalha de forma segura como ponto de conexão entre os fios ou plugues e os aparelhos. Figura 22 - Borne de Interligação J4 Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Para facilitar as conexões de potência de alimentação externa e também entre o Inversor de frequência e o motor, foram utilizados seis bornes de 44 interligação do tipo J6, que suportam uma corrente de até 36A, da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 1492-J6. Os bornes tipo J6 permitem a conexão de cabos até 6mm2. Figura 23 - Borne de Interligação J6 Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Para segurança e evitar contato acidental contrachoque elétrico, foram utilizadas duas tampas final para bornes, da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 1492-EBJ3. As tampas de bornes são utilizadas para tampar os contatos do primeiro ou último borne do circuito montado em trilho DIN. Serve para isolar os contatos. Figura 24 - Tampa final de borne Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Para realizar a interligação dos bornes, foi utilizado um Terminal Block Jumper da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 1492-CJJ6-10. 45 Os Terminais Block Jumper são muito utilizados para interligação dos bornes, com eles, pode ser gerado uma grande economia de cabos e também melhorar o aspecto visual do quadro ou painel. Figura 25 - Terminal Block Jumper Fonte: Disponível: (https://ladder.com acesso em 03/10/2022) Foram utilizadas identificações de borne tipo 1492-M5X30 do fabricante Allen-Bradley®. As Identificações de bornes são fundamentais para que o usuário possa se orientar pela identificação instalada em cada borne, existindo um modelo adequado para cada tipo de borne. Figura 26 - Identificações de Bornes Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Para proteção e facilitar as conexões do circuito 24VCC, foram utilizados oito bornes de interligação do com fusível, que suportam uma corrente de até 15A, da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 1492- 46 WFB24. Os bornes com fusível fornecem uma maneira simples de adicionar proteção contra sobrecorrente a um circuito, o indicador de status acende quando há a queima do fusível, ajudando a localização de falhas, eles permitem conexão de cabos até 4mm2. Figura 27 - Borne fusível Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) Para proteção dos componentes no circuito 24VCC, foram utilizados oito fusíveis com corrente de 1A, que são instalados nos bornes fusíveis 1492-WFB24 já mencionados acima. O fabricante do fusível é Asantos e o código de catálogo é 88446862. Os Fusíveis de vidro são componentes simples que trabalham com função de proteger os circuitos e aparelhos de sobrecargas e curtos-circuitos cortando a passagem de corrente, sempre que existir alguma tensão excessiva, ocasionada muitas vezes por um pico de corrente ou uma seleção errada da tensão que alimenta determinado componente ou aparelho. Figura 28 - Fusível de Vidro Fonte: Disponível: (https://www.baudaeletronica.com.br acesso em 03/10/2022) 47 Nas borneiras, foram utilizados três terminais de Identificação da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 1492-GM35. Os terminais de Identificação são utilizados para facilitar a visualização das borneiras nos quadros de comando e com isso melhorar a eficiência dos processos. Figura 29 - Terminal de Identificação Fonte: Disponível: (https://www.galco.com acesso em 03/10/2022) Para realizar a fixação dos bornes, foram utilizados seis terminais barreira final da marca Allen-Bradley® com o código Catálogo 1492- EAJ35. Os terminais barreira final são utilizados para que os bornes não fiquem soltos no trilho DIN. Figura 30 - Terminal barreira final Fonte: Disponível: (https://industrial-stores.com acesso em 03/10/2022) 3.13. Canaleta de Cabos Para uma melhor acomodação dos cabos, foi utilizado aproximadamente 2 metros de caneleta 30x80 da marca Dutoplast. As canaletas são responsáveis por 48 proteger os cabos contra danos externos e armazenar condutores elétricos isolados. Estes produtos também permitem rápida instalação o que confere flexibilidade ao layout do tipo de montagem. Figura 31 - Canaletas para cabos Fonte: Disponível: (http://www.dutoplast.com.br/portal acesso em 03/10/2022) 3.14. Trilho DIN Para realizar a instalação dos componentes no painel, foi utilizado aproximadamente 1metro de trilho DIN da marca Conexel. Trilho DIN é uma estrutura sobre a qual são fixados os componentes elétricos e eletrônicos em instalações especialmente de painéis elétricos. Figura 32 - Trilho DIN Fonte: Disponível: (https://www.connectwell.com acesso em 03/10/2022) 3.15. Módulo de Interface Homem-Máquina - IHM Foi utilizado um Módulo de Interface Humana como mais uma opção para parametrizar o Inversor, o fabricante da IHM é Allen-Bradley® com o código Catálogo http://www.dutoplast.com.br/portal%20acesso%20em 49 22-HIM-A3. O termo “IHM” significa interface homem-máquina e consiste em um painel que permite o usuário se comunicar com o Inversor, máquina, programa de computador ou um sistema. Tecnicamente, você poderia aplicar o acrônimo IHM a qualquer tela que alguém usasse para interagir com um dispositivo, mas em geral ele é usado para descrever as telas utilizadas em ambientes industriais. As IHMs exibem dados em tempo real e permitem que um usuário controle o equipamento usando uma interface gráfica do usuário. Figura 33 - Módulo de Interface Homem-Máquina - IHM Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) 3.16. Display LCD Foi utilizado um Display LCD modelo CFAH1602A-AGB-JP, da marca Crystalfontz America® para indicar da quantidade de peças que passam pela esteira. Figura 34 - Display LDC Fonte: Disponível: (https://www.electronics-lab.com acesso em 03/10/2022) 50 3.17. Cabos Para realizar as ligações de potência, foram utilizados no projeto aproximadamente 20 metros de cabos 6mm2 preto do fabricante Sil. Para realizar as ligações do circuito de controle CA, foram utilizados aproximadamente 5 metros de cabos 1,5mm2 vermelho do fabricante Sil. Para realizar as ligações do circuito de controle CC, foram utilizados aproximadamente50 metros de cabos 1,5mm2 azul do fabricante Sil. Para realizar as ligações do circuito do microcontrolador e do display de LCD, foram utilizados aproximadamente 1 metro de cabo flat de 22 AWG, Para realizar as ligações de aterramento entre painel, motor, inversor e circuito de alimentação, foram utilizados aproximadamente 5 metros de cabos 2,5mm2 verde/amarelo do fabricante Sil. 3.18. Núcleo de Ferrite Supressor Foi utilizado nos cabos de comando inversor, um Núcleo de Ferrite Supressor do fabricante Allen-Bradley® com o código Catálogo 311366-Q02. O Núcleo de Ferrite Supressor é um componente elétrico passivo de suma importância em muitos dispositivos eletrônicos, pois visa bloquear interferências de ruídos de alta frequência de alguns equipamentos em outros. Por estar disponível no formato de clip não invasivo, ou seja, não precisa interromper o cabo para instalação, ele permite rápida e simplificada conexão em cabos de fontes de alimentação, cabos de energia de monitores, notebooks, além de estar presente em alguns modelos de cabo USB. 51 Figura 35 - Núcleo de Ferrite Supressor Fonte: Disponível: (https://configurator.rockwellautomation.com acesso em 03/10/2022) 3.19. AutoCAD Para o desenvolvimento do diagrama elétrico foi utilizado o software AutoCAD 2020 da Autodesk®. O AutoCAD é um software tipo CAD (Computer Aided Design) utilizado geralmente por área como engenharia elétrica, mecânica e civil, para o desenvolvimento de projetos e desenhos técnicos. Figura 36 - Software AutoCAD Fonte: Disponível: (https://blog.render.com.br acesso em 03/10/2022) 52 3.20. Custos do Projeto Na tabela abaixo está detalhado os custos do projeto, pois os demais componentes foram doados pela empresa Rockwell Automation. Tabela 2 - Cálculo dos custos do sistema Material Preço por unidade Qtd Utilizada Valor Total ESP32 R$ 35,00 1 R$ 35,00 Placa Shield Relé R$ 38,00 1 R$ 38,00 Display LDC R$ 24,00 1 R$ 24,00 Cabos 1,5mm2 Azul R$ 1,40 25mm R$ 35,00 Total R$ 132,00 Fonte: Própria autoria 3.21. Desenvolvimento da lógica do código-fonte do ESP32 No desenvolvimento do projeto foi necessário implementar um código de programação para o microcontrolador, sendo ele em C/C++ utilizando a IDE do Arduino®. O código consiste em controlar, sinalizar e disponibilizar uma página web para ser usada como interface ao usuário. Para o desenvolvimento da interface foram programadas marcações em HTML fazendo uso também da programação em CSS para estilizar o conteúdo da página. A programação do código começa com a inclusão da biblioteca Wifi.h, sendo ela responsável pela configuração da conexão Wifi do ESP32 e através das variáveis WiFiServer e WiFiClient, que realizam uma conexão na rede local do tipo TCP/IP criando assim o servidor web para o ESP32. A variável WiFiServer foi configurada sendo a porta de comunicação 80 como padrão. 53 Figura 37 - Inclusão de bibliotecas Fonte: Própria autoria Foram ainda incluídas as bibliotecas Wire.h e LiquidCrystal_I2C.h, onde a primeira gerencia as funções necessárias do protocolo de comunicação I2C e a segunda é responsável por carregar a biblioteca para o que o display funcione através da comunicação I2C. Para que o microcontrolador possa ser configurado como servidor web e abrigar a página web que será utilizada com interface, foi necessária a inclusão da biblioteca Wi-Fi.h, sendo esta responsável por toda a configuração da comunicação Wi-Fi. Para auxiliar a programação foram necessárias a criação de variáveis auxiliares para facilitar a programação ou para armazenar dados que serão utilizados enquanto o código estiver rodando, como ilustra abaixo. Figura 38 - Variáveis auxiliares Fonte: Própria autoria Variável reset_ do tipo int, esta variável está atribuída a entrada digital GPIO 35, que foi programada para receber o sinal de reset do contador de peças. 54 Variável contagem do tipo int, esta variável está atribuída a entrada digital GPIO34, que está recebendo o sinal do sensor para contagem de peças. Variável Contador do tipo int, está por sua vez é utilizada para armazenar o valor da contagem do contador de peças. Variável header do tipo string, que é responsável por armazenar as solicitações HTTP. Logo após a criação de todas as variáveis auxiliares necessárias, foi criado a função void setup(), que será executada apenas quando o programa começar, servindo também para configurar os pinos que serão utilizados no microcontrolador ESP32 conforme ilustra a figura 38 e também realizar a conexão serial e a conexão WiFi do ESP32 com a rede local, iniciando assim a conexão com o servidor web. Figura 39. Ainda dentro da função void setup(), foi utilizado a função pinMode, para atribuir variáveis a cada pino, e definir o atributo INPUT para os pinos de entrada que recebem sinais externos, e OUTPUT para os pinos de saída que realizam acionamentos externos. Através do comando digitalWrite, foi definido aos pinos de saída o estado de LOW, sendo assim quando o programa iniciar, os pinos de saída são iniciados com nível lógico baixo (LOW). Figura 39 - Configuração da função void setup() Fonte: Própria autoria 55 Figura 40 - Comunicação WiFi local e Comunicação Serial Fonte: Própria autoria Para que o microcontrolador ESP32 conecte-se a uma rede local WiFi, foi utilizada a função WiFi.begin(ssid, password) que é responsável por realizar essa conexão, fazendo uso de duas variáveis auxiliares do tipo char, sendo que uma carrega o nome da rede (ssid) e a outra a senha de acesso (password). Através do laço while com a função WiFi.status(), é verificado se efetivou-se a conexão e quando conectado, logo em seguida o servidor web é inicializado através da função server.begin(). Para visualizarmos se o EPS32 se conectou a uma rede WiFi, e qual o endereço de IP do microcontrolador, foi utilizada a função Serial.begin(115200), que inicializa a comunicação serial do ESP32, sendo ela configurada a uma velocidade de 115200 bits por segundos. Através da IDE do Arduino® fazendo uso do recurso “Monitor Serial”, conseguimos visualizar o endereço de IP e ter a confirmação da conexão à rede local de WiFi com nome (SSID) de Luar conforme ilustra a figura 41. 56 Figura 41 - Monitor Serial Fonte: Própria autoria Após a confirmação da conexão, a função lcd.begin() inicializa o display de LCD que irá mostrar a contagem de peças. Posteriormente a inicialização do display foram utilizadas funções de posicionamento do cursor do display, e através da função lcd.print("Esteira"), lcd.print("Inteligente") e lcd.print(Contador), o display ficará conforme a figura 42, indicando o valor “0”, pois no início do código foi criada a variável Contador com valor igual a “0”. Figura 42 - Display LCD ligado Fonte: Própria autoria 57 Iniciando a função void loop(), temos a parte do código que é responsável por realizar o reset do contador de peças figura 43. Esse bloco de código faz a verificação do nível de tensão que está chegando na entrada digital GPIO35 onde foi atribuída a variável auxiliar reset_, e caso o botão de reset do painel ou da página web seja acionado, a função if(digitalRead(reset_)== HIGH, vai verificar a condição se é verdadeira ou não, pois ao pressionar o botão de reset é realizada a conexão física entre a entrada digital e a tensão de 3,3V proveniente da saída de tensão do próprio ESP32, sendo assim a tensão na entrada digital vai ser de nível lógico alto (HIGH) fazendo com que a condição da lógica seja verdadeira, desta forma o programa executa as funções que estão dentro das { } depois da função if(digitalRead(reset_)== HIGH. Sendo que a linha de código que contém a variável auxiliar Contador = 0,
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