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16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 1/55 ACIONAMENTOS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Compreender como funcionam os sistemas de automação na prática. Conhecer os esquemas de ligação e a simbologia-padrão para a identi�cação dos dispositivos. Estudar o Controlador Lógico Programável, além do hardware, do software e de outras operações e aplicações. Observar a importância da álgebra de Boole e da linguagem de programação para sistemas do CLP e funções. A partir da perspectiva do saber-fazer, são apresentados os seguintes objetivos de aprendizagem: 1 CONTEXTUALIZAÇÃO Com os avanços nas ciências e com a busca por produzir cada vez mais e com mais qualidade, o homem tem avançado em conhecimento e em tecnologia, o que jamais foi visto em duzentos anos. Com a chegada do computador pessoal, potencializou-se, ainda mais, a busca por novas fontes de conhecimento, quebrando barreiras e trazendo prosperidade e progresso para toda a humanidade. Com os dispositivos eletroeletrônicos e os microprocessadores, dá-se origem aos sistemas de automação industrial, e, posteriormente, aos de automação residencial. Utilizando a linguagem de programação e os sinais de entrada de dispositivos de um parque industrial, é possível programar, além de con�gurar Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 2/55 dispositivos eletroeletrônicos, atuadores, seccionadores, contatores e relés, de forma a executar tarefas de forma coordenada e organizada. Além disso, consegue-se receber um sinal desses mesmos dispositivos, de forma a gerir o andamento dos processos e a ter um feedback de máquinas e equipamentos quanto às grandezas. Antes do surgimento dos Controladores Lógicos Programáveis, os pro�ssionais das áreas da elétrica e da mecânica automatizavam processos através de painéis de acionamentos que eram equipados, basicamente, com relés, contatores e disjuntores. Ligados a esses painéis, �cavam os instrumentos que enviavam os sinais para que os contatores acionassem ou desligassem máquinas, de acordo com a programação. A programação era feita de forma analógica, direta e não conectada. Isso quer dizer que qualquer mudança, calibragem e manutenção eram feitas pelo técnico (FRANCHI; CAMARGO, 2021). Neste Capítulo 3, o aluno compreenderá como funcionam os sistemas de automação na prática, os esquemas de ligação e a simbologia-padrão para a identi�cação dos dispositivos. Ainda, conhecerá o Controlador Lógico Programável, incluindo hardware, software, operação e aplicações que são tão importantes para entender e implementar soluções de automação industrial. 2 ACIONAMENTO DE CARGAS POR RELÉS E CONTATORES Um relé é um dispositivo destinado ao acionamento de cargas elétricas. É uma espécie de comutador, operado através do princípio da força eletromagnética. Ele possibilita que, através de um sinal elétrico de baixa intensidade (baixa corrente e baixa tensão), uma carga seja acionada a distância (FRANCHI, 2011). Imagine uma lâmpada residencial que é acionada através de uma força mecânica, diretamente, na chave do interruptor. Para ligá-la, uma pessoa necessita se deslocar até o interruptor e apertar a chave (acione), para que ela seja acesa. Nesse mesmo exemplo, imagine a mesma lâmpada, agora, podendo ser acionada através de um sinal elétrico a distância, por um botão ligado em um painel de acionamento que está a metros, através de �os mais �nos e mais baratos do que os convencionais, ligados, diretamente, na lâmpada do exemplo. Isso é possível através dos relés e dos contatores eletromagnéticos. Continue acompanhando, pois abordaremos, com mais profundidade, as aplicações e o funcionamento dos relés. 2.1 RELÉ ELETROMAGNÉTICO Através de estudos que envolviam as propriedades dos ímãs e dos eletroímãs, Joseph Henry descobriu e estudou o magnetismo e o eletromagnetismo por volta de 1830. Michael Faraday aprofundou os estudos e os publicou, mostrando a real Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 3/55 Bobina (eletroímã): É um conjunto de espiras ou solenoide. Uma espira é um �o enrolado em forma circular (espiral) que tem a propriedade de gerar um campo eletromagnético ao passar uma corrente elétrica no circuito. Armaduras de ferro �xa e móvel: São um conjunto metálico utilizado para a �xação da bobina eletromagnética e o contato do relé. Conjunto de contatos: É a parte do relé na qual, ao ser acionada a bobina, faz com que os contatos NA (normalmente, abertos) fechem, liberando a corrente elétrica, e, os NF (normalmente, fechados), abram-se, interrompendo a passagem da corrente elétrica. Mola de rearme: É o dispositivo responsável pelo retorno dos contatos NA e NF ao estado de “repouso”, quando a bobina eletromagnética não está sendo alimentada. Terminais de conexão: São os pontos do relé ligados ao circuito, o qual se destina a realizar a função de liberar ou de interromper a passagem de corrente elétrica. Através deles, o relé é ligado. São terminais de solda, ou seja, quando o relé é destinado a circuitos eletrônicos; a parafuso, pois o circuito é elétrico, podendo ser conectados �os elétricos; e do tipo pino, sendo acoplado o soquete ou o porta-relé. importância do dispositivo e da aplicação dele (FRANCH, 2011). Atualmente, com base no princípio de funcionamento de Michael Faraday, os relés são aplicados em instalações elétricas e em dispositivos eletroeletrônicos com baixa, média e alta tensões. O relé, no idioma inglês, é conhecimento como relay, e composto pelos seguintes componentes (BOYLESTAD; NASHELSKY, 1998): Segue a Figura 1, com o desenho de um relé eletromagnético e os devidos componentes dele em um esquema simpli�cado: FIGURA 1 – RELÉ ELETROMAGNÉTICO FONTE: O autor Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 4/55 Agora, atente-se à Figura 2, com um relé real, de dispositivo comercial: FIGURA 2 – RELÉ REAL DO TIPO CAIXA TRANSPARENTE DE TERMINAL - PINO PARA SOQUETE FONTE: O autor Quando a bobina eletromagnética do relé é alimentada com tensão elétrica (força eletromotriz), uma corrente elétrica percorre as espiras da bobina, que está �xada na armadura �xa e que gera uma força eletromagnética. Essa força magnética atrai a parte da armadura móvel, acoplada aos contados elétricos NA e NF, respectivamente, normalmente, aberto e fechado. Ao sofrer essa força da atração, os contatos saem do estado de repouso e são submetidos à comutação. A comutação é a saída do contato NA para o NF (o contato que, antes da alimentação da bobina, era aberto, agora, �ca fechado), e do contato NF para o NA (de fechado para aberto). Quando a bobina eletromagnética não é mais alimentada por uma corrente elétrica, o campo eletromagnético se dispersa, e a mola de rearme puxa os contatos de volta, para o estado de repouso (FRANCHI, 2011). Desse modo, o relé pode ter uma in�nidade de aplicações na eletrônica, na elétrica e na automação industrial. Para demonstrar o funcionamento e a aplicabilidade dos relés, vejamos um exemplo simples na Figura 3: FIGURA 3 – CIRCUITO E ESQUEMA ELÉTRICO DE LÂMPADA SIMPLES COM RELÉ ELETROMAGNÉTICO Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 5/55 Podem ser observados, no circuito, dois tipos de tensão diferentes (V1 e V2). V1 representa a alimentação da bobina do relé. V2, a alimentação da lâmpada do circuito elétrico é destinada a se acionar. Essa é uma vantagem ao se utilizar o relé na indústria e em automação predial. Através dele, é possível trabalhar com uma tensão de alimentação,na bobina, extrabaixa (3V, 9V, 12V, 24V, 48V). Já a alimentação de uma carga elétrica consegue ser acionada pelo contato do relé de baixa tensão (110V, 220V, 380V, 440V, 660V, 760V). Isso depende da aplicação da especi�cação técnica do relé, ou, também, chamada de �cha técnica. O circuito do relé, à esquerda da Figura 3, possui V1 (fonte de tensão de alimentação do relé), bonina L1 do relé e chave de acionamento da bobina CH. Quando a chave CH for comutada (fechada), uma corrente elétrica surgirá no circuito da bobina. Essa bobina gerará um campo magnético que, por sua vez, comutará o contato do relé R1. O circuito da carga elétrica, representado por uma lâmpada, está à direita da Figura 3. Nesse circuito, é observada a tensão V2, que é a tensão da lâmpada elétrica, o contato R1 do relé e a lâmpada (carga). Quando o contato R1 for acionado pela bobina, uma corrente elétrica surgirá no circuito da carga, fazendo com que a lâmpada venha a acender. Isso pode ser aplicado a variados tipos de cargas, como ventiladores, motores elétricos, bombas eletrônicas e hidráulicas, e muitos outros. FONTE: O autor O circuito da Figura 3 funciona da seguinte forma: O relé pode ter diversas características e especi�cações para diferentes aplicações com extrabaixa tensão, baixa tensão e alta tensão (a partir de 1000 volts – 1kV). Vale lembrar que os contatos são, normalmente, abertos, NA, e fechados, NF, Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 6/55 quando a bobina não está sendo alimentada ou em estágio de repouso da bobina. Quando a bobina é alimentada com uma tensão especi�cada pelo fabricante, gera um campo magnético su�ciente e comuta os contatos, saindo do estágio de repouso. Também, há, no mercado, os relés de contato comum, ou contato C, ou seja, aqueles que possuem os contatos NA e NF interligados ao contato comum. Observe a �gura a seguir, com o esquema simples do contato NA/NF interligado ao contato comum: FIGURA 4 – CONTATOS NA, NF, C INTERLIGADOS FONTE: O autor Atente-se a um relé de contato NA/NF, com o comum ligado no polo positivo de uma bateria: FIGURA 5 – RELÉ DE CONTATO COMUM Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 7/55 FONTE: O autor O princípio de funcionamento do relé de contato NA/NF, com C, da Figura 5, é o seguinte: quando o relé está no estado de repouso, no qual a bobina está desenergizada, o sinal positivo da bateria �ca direcionado para sair do terminal NF do relé. A bobina, ao ser alimentada, entrega que os contatos sofrem a comutação, e o sinal positivo da bateria será direcionado para o terminal NA, por, agora, ter sido comutado em NF (FRANCHI, 2011). O relé do tipo contato NA/NF, com comum (relé de cinco terminais), também, pode ser aplicado em situações de acionamento elétrico, nas quais as cargas não são acionadas ao mesmo tempo, ou seja, quando há a necessidade de alternar o acionamento de duas cargas diferentes. Por exemplo, é apto a ser trabalhado ao se desejar ligar um sinal de alerta luminoso (sinaleira de alerta ou sinalizador) com duas lâmpadas – uma amarela e outra vermelha –, funcionando alternadamente. No primeiro estágio do relé, a lâmpada amarela �ca ligada, e, no segundo, a vermelha liga e a amarela apaga quando a bobina é alimentada (FRANCHI, 2011). São características importantes dos relés: Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 8/55 O nível de tensão das bobinas a serem alimentadas pode ser igual ou diferente do circuito da carga, ou seja, a tensão da bobina depende do especi�cado, e não da tensão da carga. Os relés permitem o acionamento de um ou de mais circuitos, de forma independente, utilizando o mesmo sinal de acionamento da bobina. Os contatos do relé são isolados dos terminais da bobina, ou seja, não existe interligação entre bobina e contato. Isso proporciona segurança e proteção sob a perspectiva de segurança em instalações elétricas. 2.2 CONTATOR, OU CONTACTOR Os contatores são uma evolução dos relés eletromecânicos. Funcionam através do mesmo princípio dos relés, possuem bobinas e contatos NA e NF, mas com uma diferença signi�cativa: os contatos, nos contatores, podem ser NA e NF do tipo contato auxiliar. O principal detalhe dos relés são os contatos de força, designados para ligar e para desligar as cargas de corrente elétrica mais altas. Nos contatores, os contatos auxiliares funcionam, de forma semelhante, aos relés eletromagnéticos, porém, possuem, também, contatos de força para o acionamento de cargas elétricas mais elevadas – monofásicas, bifásicas e trifásicas. Pode-se a�rmar que os contatores são os principais elementos de uma cadeia de controle industrial, a qual controla cargas elétricas elevadas, através de circuito elétrico de baixa intensidade. Há, no mercado comercial, contatores industriais capazes de acionar altas cargas através de um sinal elétrico (tensão elétrica) na bobina, entre 12 e 760 volts (WEG, 2021). O contator é de�nido como uma chave eletromagnética capaz de estabelecer, interromper e conduzir uma corrente elétrica, em condições normais, para o circuito de uma determinada carga. Ele possui duas posições: em repouso – quando a bobina está desligada – e em trabalho – quando a bobina está energizada. A bobina é responsável por fazer a comutação mecânica dos contatos auxiliares e dos contatos de força simultaneamente. Quando a bobina é energizada, o contato, o qual é, normalmente, aberto, fecha, com a força do campo magnético. O contato, frequentemente, fechado, abre-se. Isso é chamado de comutação dos contatos (FRANCHI, 2011). Semelhante ao relé, o contator possui a armadura �xa, a qual sustenta o contato �xo; a armadura móvel, ou núcleo móvel, que mantém e move os contatos auxiliares e os contatos de força; a bobina eletromagnética; e os terminais de conexão a parafuso. Acompanhe a Figura 6, que representará o esquema simpli�cado e os componentes de um contator eletromecânico. Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 9/55 FIGURA 6 – ESQUEMA SIMPLES DO CONTATOR FONTE: O autor Um contator possui inúmeras aplicações na indústria, nas instalações residenciais e comerciais. A �gura seguinte ilustrará um contator trifásico do tipo comercial. O contator trifásico, também, é conhecido como contator tripolar, por possibilitar a ligação a cargas de três polos (fase R, fase S e fase T). FIGURA 7 – CONTATOR TRIFÁSICO COMERCIAL Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 10/55 FONTE: <https://bit.ly/3lsuz1Z>. Acesso em: 24 abr. 2021. Os fabricantes de contatores seguem convenções normais e internacionais. Com relação a esses contatores, pode-se encontrar, em meio a tantos terminais, a identi�cação dos contatos auxiliares e dos contatos de força, através de um código. Sempre que for utilizado o contator em uma aplicação industrial e/ou residencial, identi�cam-se os contatos auxiliares com os códigos NO e NC. Para um ou mais contatos de força, basta veri�car os terminais de contato L1, L2, L3, para a entrada trifásica, e T1, T2, T3, para a saída trifásica. O termo “NO”, inscrito no contator, vem do inglês Normally Open, o que, traduzido para o português, signi�ca “Normalmente Aberto”. Ainda, de “NC”, Normally Close, ou, para a nossa língua, “Normalmente Fechado”. Os terminais de ligação da bobina do contator são identi�cados por “A1” e “A2”. A seguir, faremos a identi�cação dos terminais com mais detalhes e com vista de cima do contator. FIGURA 8 – CONTATOR VISTO DE CIMA Capítulo3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 11/55 FONTE: <https://bit.ly/3lsuz1Z>. Acesso em: 24 abr. 2021. Além de conhecer o funcionamento, os componentes e os terminais, é necessário visualizar o diagrama, ou o esquema elétrico, o qual dará a devida funcionalidade ao contator e a simbologia-padrão, com os dispositivos dentro desse esquema elétrico. FIGURA 9 – SIMBOLOGIA Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 12/55 Comando a distância. Vida útil elevada em relação à quantidade de manobras (ligam e desligam milhares de vezes, sem danos às partes mecânicas e aos contatos elétricos). Modelos compactos, sem muita ocupação de espaço no painel de automação. Segurança de acionamento, entre 85% e 110%, da tensão nominal da bobina. FONTE: O autor Em sistemas de comandos elétricos e de automação industrial, também, são usados sensores, sinalizadores, intertravamentos, temporizadores e acessórios de instrumentação que dão suporte para o acionamento dos contatores, de acordo com o projeto da planta industrial. Os contatores apresentam as seguintes características e aplicação (FRANCHI, 2011): Tensão Nominal: É a tensão de referência que é usada para ligar a bobina do contator, de modo que seja su�ciente para comutar os contatos auxiliares e principais. Quando a tensão é menor do que a nominal, o campo magnético não é su�ciente para provocar a comutação. Quando a tensão é Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 13/55 maior, provoca o aquecimento da bobina. Assim, ela pode entrar em curto- circuito. Ao se de�nir a aplicação em comandos elétricos ou para a automação industrial de contatores, o técnico deve levar em conta alguns fatores, como quantidade necessária de contatos auxiliares NA e NF, nível de corrente elétrica nos circuitos de comando e de força, nível da tensão elétrica e frequência da rede elétrica. Quando não é feito o levantamento dessas informações e especi�cações, a aplicação dos contatores pode trazer danos e a perda desses dispositivos, elevando custos e reduzindo a segurança elétrica (FRANCHI, 2011). 2.2.1 Exemplo de aplicação do contator para acionamento do motor trifásico Com relação aos comandos elétricos, também, conhecidos como acionamentos elétricos, em aplicações e na automação industrial, para realizar o acionamento de motores elétricos, é necessário utilizar a técnica de representação de acionamentos e de automação, através dos diagramas multi�lares. Com essa técnica, é possível compreender, além de representar as etapas de instalação e de funcionamento desses sistemas. Não só para acionamentos elétricos e automação industrial, mas, também, para situações residenciais, os diagramas são muito importantes para os pro�ssionais da área, pois, depois que são feitos o levantamento das especi�cações da aplicação e das funcionalidades necessárias ao sistema, e o dimensionamento dos dispositivos e dos cabos elétricos que darão suporte ao bom funcionamento, o sistema precisa ser desenhado. Ainda, ter esse desenho (diagrama), devidamente, arquivado, para que, no futuro, o próprio técnico responsável pela instalação, ou outro, possa resgatar as informações e ser guiado em casos de manutenção e/ou resolução de erros no sistema, de maneira precisa. O diagrama de comandos representa o acionamento das bobinas dos contatores de força, de forma lógica e organizada. Portanto, em comandos elétricos e na automação industrial, tudo acontece, primeiramente, no circuito de comando, para que o circuito de força seja acionado. Esse circuito de comando aciona o circuito de força, o qual, por sua vez, ativa a carga elétrica. Na automação industrial, a implementação do comando é feita através da lógica de programação, com um Controlador Lógico Programável (CLP). Estudaremos, mais adiante, com detalhes, o CLP. Na Figura 10, serão expostos dois exemplos, um diagrama de força e um de comando, o que representa o acionamento de um motor trifásico de indução, utilizando a simbologia IEC 60947-5-1. Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 14/55 FIGURA 10 – DIAGRAMAS DE COMANDO E DE FORÇA PARA ACIONAMENTO DE MOTOR TRIFÁSICO DE INDUÇÃO FONTE: O autor Em acionamentos elétricos, esse tipo de comando é chamado de partida direta. Na partida direta, o operador tem acesso a duas botoeiras (botões), para o acionamento do motor: botoeira de “ligar” e botoeira de “desligar”. O diagrama de comando que está à esquerda mostra que o comando está sendo alimentado através da rede elétrica, com dois polos: Fase (L) e Neutro (N). Ainda no diagrama de comando, é utilizado um fusível (F), para a proteção do circuito, e um contato fechado do relé de sobrecarga (FT1), para o desligamento do sistema quando o motor entrar em sobrecarga. Há, também, uma botoeira “S0”, utilizada para desligar o circuito quando o operador achar necessário, e a “S1”, que serve para ligar o motor novamente. Por �m, marca presença uma sinalização no circuito, através de uma sinaleira H1, que servirá de indicador para o operador saber, a distâncias, se o motor está ligado (quando a sinaleira estiver acesa) ou desligado (quando a sinaleira estiver apagada). Observe, ainda, a Figura 10, olhando para o diagrama de força, do lado direito. É possível observar que o circuito é alimentado pela rede elétrica trifásica, através das fases L1, L2, L3. Em alguns diagramas, representam, as fases da rede trifásica, as letras R, S, T. Nesse diagrama, há a informação de que, por desenho, o circuito Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 15/55 Ao ser pressionado o botão de impulso S1, pelo operador, será energizada a bobina do contator K1, que fecha o contato NA 13/14, de K1, realizando o selo do contator K1, o qual permanece ligado mesmo após o botão S1 ser solto. Com o contator fechado, o motor será alimentado com as três fases. De forma paralela, com a bobina de K1, existe uma lâmpada de sinalização, a qual indica o fechamento do contator. Quando é pressionado o botão de impulso S0, pelo operador, o circuito da bobina, do contator K1, é desligado, sendo, o circuito, desenergizado. No diagrama de força, as três fases, L1, L2 e L3, são protegidas por um fusível por fase (F1, F2, F3). São ligadas, então, ao contator K1, que está, diretamente, acoplado ao relé térmico FT1, que interliga os cabos até o motor. está protegido através de três fusíveis (F1, F2, F3), os quais monitoram o circuito e a carga contra um eventual curto-circuito ou sobrecarga, algo acima do valor nominal do fusível. O contator K1 está presente no circuito, e tem a função de acionar, ou de interromper a passagem às fases que alimentam o motor, ou seja, dá a partida no motor, por isso, o comando é chamado de partida direta. Abaixo do motor, veri�ca-se que existe um relé de sobrecarga (FT1), responsável por desligar o comando elétrico em caso de sobrecarga no motor, e, consequentemente, sobreaquecimento. O comando é desligado pelo relé de sobrecarga, e, o contator K1, também. Assim, abre-se o contator de força, para desligar o motor. A carga do circuito de força é representada por um desenho (M3~), que signi�ca que é um motor de indução trifásico. Em resumo, um comando de partida direta trifásico funciona da seguinte maneira: ATIVIDADES DE ESTUDOS 1 - Um relé é um dispositivo destinado ao acionamento de cargas elétricas. É uma espécie de comutador, operado através do princípio da força eletromagnética. Ele possibilita que, através de um sinal elétrico de baixaintensidade, uma carga seja acionada a distância. De acordo com as alternativas a seguir, qual é a que corresponde, corretamente, à diferença entre os relés e contatores industriais? Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 16/55 A) Os contatores são ligados em placas eletrônicas e em circuitos integrados, para o acionamento eletrônico. Já os relés são usados em quadros de distribuição, para acionar cargas de alta tensão. B) Os relés e os contatores possuem contatos de força e contatos auxiliares. A diferença é que os relés acionam cargas de baixa intensidade, e, os contatores, média e alta. O princípio de funcionamento é o mesmo. C) Não possuem diferença. D) Os contatores possuem contatos auxiliares, como os relés, além de contatos de força para liga-ções de cargas bifásicas e trifásicas. Responder 3 ACIONAMENTO DE MOTOR CC E DE MOTOR DE PASSO A partir de agora, o leitor terá acesso a informações dos motores CC (corrente contínua) e motor de passo, no que se refere a princípios de funcionamento, circuito elétrico e ligação, incluindo detalhes de construção, vantagens e desvantagens. 3.1 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA O motor de corrente contínua foi um dos primeiros motores à energia elétrica utilizados na indústria (GROOVER, 2011). O motor CC é composto, basicamente, por três partes: parte �xa, conhecida como estator, na qual está o campo magnético principal; parte móvel, famosa como rotor, ou armadura móvel; e carcaça, a qual facilita a troca de calor e �xa os outros componentes do motor (CHAPMAN, 2013). A Figura 11 representará as partes principais de um motor de corrente contínua. FIGURA 11 – PARTES PRINCIPAIS DO MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 17/55 Estator: É a parte do motor que se mantém �xa e que tem, como função, produzir um �uxo magnético que fará girar o eixo do motor. Alguns motores têm o estator feito com material metálico, acoplado a uma bobina e a outros, com material metálico e magnetita (conhecida como ímã). Rotor, ou armadura: O rotor, ou eixo, é a parte móvel do motor, e tem, como função, gerar um campo magnético contrário ao do estator, para, assim, haver um campo magnético girante. Os terminais da bobina do rotor são conectados aos comutadores. Cada terminal �ca conectado a um coletor. Isso é necessário porque, enquanto o eixo gira, o campo magnético precisa inverter a cada giro, ou seja, é necessário trocar os polos da bobina para manter o campo girante. Comutador, ou coletor: Os comutadores conectam a bobina, ou as bobinas do rotor, para que recebam a energia de corrente contínua da fonte. Eles dão a mobilidade necessária ao rotor, para se manter em movimento giratório, permanecendo conectado à eletricidade. FONTE: O autor Além da carcaça, do estator e do rotor, há outros componentes importantes para o funcionamento prático do rotor. Dentre eles, estão o coletor, o qual, também, é conhecido como comutador, e as escorvas, as quais são muito conhecidas, no meio industrial, pela necessidade de substituição em períodos de manutenção preditiva. A seguir, o leitor encontrará a de�nição de cada um dos componentes, além da função de cada um dentro da estrutura do motor CC (CHAPMAN, 2013): Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 18/55 Escovas: São fabricadas a partir do gra�te, material condutor de eletricidade que tem coloração escura, semelhante à do carvão. Feitas de material de baixo custo, através delas, o rotor se mantém conectado ao comutador, mesmo em movimento girante. Ficam apoiadas no coletor e necessitam de certa pressão para se manter encostadas no rotor em movimento, para que não venham a ocorrer problemas de mau contato. Essa pressão mecânica é fornecida, às escovas, através de molas. Um detalhe importante é que as escovas estão em constante atrito com o rotor enquanto estão funcionando. Devido a essa pressão das molas, com o tempo, é necessário fazer a troca delas. A não realização dessa manutenção pode ocasionar mau contato e a paralização do motor. A Figura 12 apresentará a estrutura básica do motor de corrente contínua e os devidos componentes dele: FIGURA 12 – ESTRUTURA DO MOTOR CC FONTE: O autor O princípio de funcionamento do motor CC é simples. Há a produção de dois campos magnéticos contrários, ou seja, que se repulsam, ao invés de se atraírem. O campo eletromagnético do estator produz o �uxo magnético estatórico, através da aplicação da corrente elétrica nas bobinas do estator do tipo bobinado, ou o �uxo é gerado através de um ímã, com metais especí�cos, quando o estator é do tipo ímã permanente (CHAPMAN, 2013). Para gerar o campo magnético no eixo do motor (rotor bobinado), é necessário aplicar uma corrente elétrica através das Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 19/55 Controle de tensão na armadura: Ao se variar, diretamente, a tensão aplicada na armadura, varia-se a rotação do eixo do motor CC. Quando a tensão aumenta, a velocidade, também, aumenta. Lembrando que a tensão aplicada não pode ultrapassar o limite da tensão nominal da armadura, especi�cada pelo fabricante. Controle de tensão no campo principal: Mantendo a tensão, na armadura (eixo), constante, e variando a tensão que se aplica no estator, também, é possível controlar a velocidade do motor CC. O �uxo magnético é proporcional à corrente elétrica aplicada na bobina do estator. Com a diminuição da tensão da bobina, diminui-se a corrente (If) e se reduz o �uxo magnético do estator. Portanto, com a queda da tensão do estator, reduz-se a corrente e, consequentemente, a velocidade do rotor. Nesse tipo de controle, a potência se mantém a mesma, mas a rotação apresenta elevação, e, o torque (força), diminuição. Controle de velocidade através da resistência da armadura (Ra): Insere-se uma resistência elétrica de ligação série com a bobina do rotor, para variar a tensão aplicada na bobina. Essa resistência é variável, e pode ser ajustada durante o funcionamento do motor. O dispositivo que fornece a resistência ajustável para esse tipo de aplicação se chama reostato. Nesse tipo de controle, há a perda de potência, pela dissipação de calor, que o reostato provoca no circuito da armadura. Controle de velocidade através da tensão aplicada na armadura e no estator: As técnicas (a) e (b), mencionadas, anteriormente, neste livro didático, são aplicadas integralmente, para o controle da velocidade. Essas técnicas vêm sendo implementadas em novas tecnologias de conversores, para o acionamento do motor CC, e permitem variadas alternativas, con�guração de conjugados e rotações na automação industrial. escovas. Esse campo magnético contrário produzirá energia cinética, chamada de torque. Quando se aplica uma corrente elétrica em um circuito, através de �os elétricos, é gerado, nesses �os, um campo eletromagnético. Isso nada mais é que o eletromagnetismo. Esse campo eletromagnético gera uma força contrária à do campo magnético do estator, e cria o movimento giratório, ou movimento rotacional (CHAPMAN, 2013). Para controlar a velocidade e o torque em motores de corrente contínua do tipo excitação independente, é necessário trabalhar a tensão na armadura, a tensão aplicada no campo, controlando a resistência elétrica na armadura ou a tensão na armadura e no campo magnético. Seguem as formas de controle de velocidade em um motor de corrente contínua (CHAPMAN, 2013): Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 20/55 Nas Figuras13 (a), 13 (b), 13 (c) e 13 (d), demonstraremos a representação grá�ca da ligação de controle de velocidades para motores CC, mencionada anteriormente. FIGURA 13 (A) – CONTROLE DE TENSÃO NA ARMADURA FONTE: O autor FIGURA 13 (B) – CONTROLE DE TENSÃO NO CAMPO PRINCIPAL FONTE: O autor FIGURA 13 (C) – CONTROLE DE VELOCIDADE ATRAVÉS DA RESISTÊNCIA DA ARMADURA (RA) Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 21/55 Alto torque no momento da partida e em baixas velocidades de giro. Controle direto de velocidade na operação. Larga faixa de variação de velocidades. Con�abilidade. FONTE: O autor FIGURA 13 (D) – CONTROLE DE VELOCIDADE ATRAVÉS DA TENSÃO APLICADA NA ARMADURA E NO ESTATOR FONTE: O autor Agora que já foram apresentadas as características de construção, de funcionamento e de controle da velocidade, o leitor verá quais são as principais vantagens e desvantagens dos motores trifásicos quando aplicados na indústria. As principais vantagens são (CHAPMAN, 2013): Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 22/55 Baixa perda de velocidade (praticamente, constante), independentemente da variação da carga durante a operação. Custo elevado em relação aos motores de indução. Necessidade de manutenção periódica para troca de escovas e comutadores. Proibida aplicação em ambientes de atmosferas explosivas (produção de gases e combustíveis), devido a faíscas geradas pelo arco elétrico das escovas. 500 passos por volta, ou 0.72º. 200 passos por volta, ou 1,8º. Como em todo equipamento e dispositivo, há vantagens e desvantagens. As principais desvantagens da aplicação dos motores CC na indústria são (CHAPMAN, 2013): 3.2 MOTOR DE PASSO Os motores de passo funcionam através de impulsos ou de deslocamentos, e fazem parte de uma categoria especí�ca de motores elétricos. Devido à total adaptação à implementação de sistemas por lógica digital, e à redução do custo de produção dele, o motor de passo vem sendo, cada dia mais, aplicado na indústria e em tecnologias, como máquinas CNC, impressoras e scanners. Atualmente, utilizam-se os motores de passo em robôs, para movimentos robóticos precisos, em equipamentos de clínicas radiológicas e em câmeras de vídeo, por exemplo (BRAGA, 2005). Assim como os motores de indução e de corrente contínua, para instalar e implementar um sistema com motor de passo, é necessário conhecer as características e as especi�cações do equipamento, como o tipo e o nível de tensão de alimentação, a corrente nominal das bobinas, o ângulo do passo e o torque. Sem determinar essas informações, o técnico de automação corre o risco de dani�car o equipamento, ou de não concluir a solução desejada (PAZOS; LOVISOLO, 2002). O torque de um motor de passo é determinado pela frequência aplicada na alimentação dele. A frequência é, inversamente, proporcional – quanto maior a frequência de alimentação, menor é o torque do passo. Isso ocorre porque o conjunto do rotor (eixo e ímã) terá menos tempo para se mover de um ângulo para o outro. Outra especi�cação importante, para a aplicação de um motor de passo, é a relação do número de graus por passo, também, conhecido como passos por volta. Os valores de referência mais comuns, para o motor de passo, são (BRAGA, 2005): Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 23/55 100 passos por volta, ou 3,6º. 48 passos por volta, ou 7,5º. 24 passos por volta, ou 15º. 4 passos por volta, ou 90º. Com relação aos motores de indução e de corrente contínua, o motor de passo apresenta uma característica diferenciada. Ele permite um forte controle da velocidade, além da direção e da distância, devido à total adaptação à logica digital. Ainda, possui as características de controle de bloqueio, baixo desgaste funcional e baixa manutenção, por não ter escovas e dispensar realimentação (PAZOS; LOVISOLO, 2002). Utilizando eletroímãs (solenoides) alinhados aos pares, o rotor (eixo) do motor de passo se movimenta quando os polos são energizados e exercem força de atração, provocando o alinhamento. Assim, essa pequena variação angular do rotor é chamada de passo. Na Figura 14, estará demarcado o alinhamento do rotor do motor a quatro passos, que ilustra o princípio de funcionamento do motor de passo. FIGURA 14 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE PASSO UNIPOLAR FONTE: O autor Observe, na Figura 14, que, a cada passo, o polo magnético muda, conforme a mudança de bobina energizada para o sentido horário (polo sul representado na cor azul). O polo norte do eixo, que está no meio da �gura, acompanha-o a cada passo. Nos motores de passo bipolar, ou seja, que possuem dois polos magnéticos energizados a cada passo, a angulação do eixo do motor varia um pouco em relação ao alinhamento das bobinas. A Figura 15 apresentará, gra�camente, o alinhamento do rotor (eixo) do motor de passo bipolar a quatro passos. FIGURA 15 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE PASSO BIPOLARCapítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 24/55 Sistema de Controle de Malha Aberta: Neste tipo de controle, o sistema digital atua, controlando os atuadores, de acordo com a programação. Nesse caso, o sistema é de baixo custo e de simples implementação, porém, torna- se ine�ciente, devido à falta de feedback para o sistema identi�car como estão acontecendo as ações dos atuadores por parte do ambiente. Segue um sistema de malha aberta para o motor de passo: Sistema de Controle de Malha Fechada: Neste tipo de sistema, observa-se, nitidamente, a implementação do monitoramento dos atuadores. A unidade de controle aciona os atuadores, de acordo com os dados recebidos através de sensores em tempo real. Assim, é monitorado o sistema. Isso permite um controle mais e�caz e seguro para o sistema. A desvantagem em relação ao FONTE: O autor Observando a Figura 15, o eixo se move, de acordo com a força do polo norte magnético, produzido pela bobina do estator, também, no sentido horário. O número de passos é de�nido pelo número de alinhamentos possível entre bobinas do estator e o eixo. Para aumentar o número de passos, é necessário aumentar o número de bobinas (polos magnéticos) para, assim, poder posicionar o rotor. O controle e o acionamento do motor de passo demandam precisão e complexidade, e isso só é possível através de uma fonte de alimentação digital. Há dois tipos de controle de acionamento para o motor de passo (SILVEIRA; SANTOS, 2003): FIGURA 16 – SISTEMA DE CONTROLE DE MALHA ABERTA FONTE: O autor Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 25/55 sistema de controle de malha aberta é o custo mais elevado, por tornar o sistema mais complexo para a implementação. Acompanhe o sistema de controle de malha fechada para o motor de passo: FIGURA 17 – SISTEMA DE CONTROLE DE MALHA FECHADA FONTE: O autor No motor de passo unipolar, aquele que possui um polo magnético correspondente para cada passo, o sentido do giro do rotor pode ser alterado, de horário para anti-horário (e vice-versa), sem a necessidade de mudar o sentido da corrente elétrica, ou seja, o sentido de rotação do campo magnético é alterado de forma lógica, e não de forma física. Isso é possível porque, em um motor de passo de quatro passos por volta, por exemplo, será ligada uma fase para cada enrolamento (bobina), com derivação central, ou de duas bobinas separadas. O circuito de comutação é feito de forma simples, ligando um transistor em série para cada bonina, o que permite acionar um polo de bobina por vez,de forma sequencial. Segue uma ilustração do esquema simples de ligação das bobinas e dos transistores: FIGURA 18 – ESQUEMA DE LIGAÇÃO DO MOTOR DE PASSO DE QUATRO POLOS Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 26/55 FONTE: O autor FIGURA 19 – ILUSTRAÇÃO DA POSIÇÃO DAS BOBINAS DO MOTOR DE PASSO EM RELAÇÃO AO ROTOR FONTE: O autor Após dada atenção à Figura 19, para a execução de um giro completo do rotor em um motor de passo, dispensando a mudança elétrica (física) do sentido da corrente, as bobinas devem ser ligadas em sequência consecutiva, para que o sentido do giro do motor complete um giro em sentido horário da seguinte maneira: Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 27/55 A) a- Terminais de ligação; b- Estator; c- Rotor. B) a- Carcaça; b- Relé de sobrecarga; c- Bobina. C) a- Carcaça; b- Relé de sobrecarga; c- Bobina. D) a- Carcaça; b- Estator; c- Rotor. Responder Isso forma um giro completo (360º) dentro do motor, de forma que o rotor acompanha o campo magnético gerado nas bobinas, em sentido horário de rotação. Para executar uma operação no motor de passo, de forma que o sentido do giro do rotor seja anti-horário basta mudar a sequência de energização das bobinas. O sistema executa a sequência consecutiva das bobinas da seguinte maneira: ATIVIDADES DE ESTUDOS 1 - O motor de corrente contínua foi um dos primeiros motores à energia elétrica utilizados na indústria. O motor CC é composto, basicamente, por três partes principais. Assinale a alternativa que corresponde, corretamente, às partes do motor CC: 4 ACIONAMENTO DE ELETROVÁLVULAS, ACIONAMENTO PNEUMÁTICO E ACIONAMENTO HIDRÁULICO Até o tempo da indústria 2.0, para controlar a vazão de gases ou interromper a passagem de líquidos em tubulações, eram necessárias válvulas acionadas manualmente, através de operadores, que não podiam deixar de prestar atenção Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 28/55 no processo, devido ao risco de colocar a perder toda a cadeia produtiva. A comunicação, para executar determinada ação em uma válvula, era repassada da supervisão para a operação, de forma verbal direta ou via radiocomunicador. Da indústria 3.0 até a atualidade, o sistema industrial começa a mudar, graças aos sistemas de comunicação integrados, de supervisão e controle. A necessidade de contratar muita mão de obra reduziu signi�cativamente. Turnos e mais turnos de operação não são mais necessários para manter o sistema funcionando 24 horas por dia. As eletroválvulas contribuíram muito para o avanço das indústrias química e petroquímica no mundo todo (BRUNETTI, 2008). Assim, a seguir, o aluno entenderá o princípio de funcionamento e a construção das eletroválvulas, ou válvulas solenoides. 4.1 ELETROVÁLVULA, OU VÁLVULA SOLENOIDE As eletroválvulas são feitas a partir de três elementos básicos: uma válvula acionada por campo magnético, uma mola de retorno, e uma solenoide (bobina). Também, conhecidas como válvulas solenoides, a principal aplicação delas está em possibilitar o controle de �uidos (abrir e fechar), através de um sinal elétrico a distância, ou seja, não é mais necessário contratar um operador para se deslocar até o local onde estão a tubulação e a válvula, para executar a liberação e o bloqueio delas. O operador pode, através de um quadro de acionamentos, acionar, ou bloquear o circuito da eletroválvula, quando necessário. Isso, também, possibilita que a operação possa ser feita de maneira automática, utilizando sensores de nível ou de vazão para acionar a eletroválvula, de acordo com a necessidade de �uido do sistema (BOLLMNN, 1997). Basicamente, a eletroválvula possui um elemento ferromagnético que �ca pressionado através de uma mola de retorno, a qual bloqueia a passagem de �uido. Acoplada a ela, está a solenoide, que, ao receber o sinal elétrico, gera um campo eletromagnético e atrai o elemento ferromagnético, forçando-o a abrir a eletroválvula e a liberar a passagem de �uido. Para bloquear, novamente, a passagem de �uido, basta desligar o sinal elétrico na eletroválvula, assim, a mola de retorno pratica o fechamento. O elemento ferromagnético é chamado de pistão. A bobina solenoide �ca em volta de um núcleo �xo, preso na carcaça da eletroválvula (BOLLMNN, 1997). Para compreender melhor, preparamos uma ilustração de uma válvula solenoide: FIGURA 20 – ILUSTRAÇÃO DE UMA VÁLVULA SOLENOIDE Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 29/55 FONTE: O autor Há dois tipos de válvulas solenoides: pneumáticas, aquelas aplicadas para bloqueio e liberação de elementos gasosos; e hidráulicas, para aplicação, em tubulação, de �uidos líquidos. A aplicação das válvulas solenoides é muito ampla. Além de estarem presentes na grande indústria, são aplicadas em soluções de eletrodomésticos; em serviços automobilísticos, em geral; e muitos outros. Na Figura 21 (a), haverá um exemplo de válvula solenoide pneumática comercial, e, na (b), de válvula solenoide tipo hidráulica. FIGURA 21 – VÁLVULAS SOLENOIDES PNEUMÁTICA E HIDRÁULICA COMERCIAIS FONTE: O autor 4.2 ACIONAMENTO ELETROPNEUMÁTICO Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 30/55 Circuitos eletropneumáticos, ou acionamentos eletropneumáticos, são muito utilizados na indústria há muito tempo. Através da utilização da força proveniente do ar comprimido, é possível realizar tarefas, além de acionar atuadores para muitas ações dentro da indústria automatizada. Os atuadores podem acionar cargas �sicamente, e, até mesmo, deslocá-las para curtas distâncias. Através de acionamentos pneumáticos, consegue-se programar atuadores para realizarem tarefas repetitivas que causam doenças de L.E.R. (lesão por esforço repetitivo), aumentando a produtividade; movimentar esteiras; realizar misturas através de um motor pneumático; apertar parafusos através de parafusadeiras pneumáticas, reduzindo o uso de energia (BOLLMNN, 1997). Os circuitos pneumáticos integram os elementos elétricos com os pneumáticos (compressor e distribuição de tubulações), a �m de realizar o acionamento mecânico de cargas através de atuadores e de equipamentos pneumáticos. Os diagramas e os esquemas pneumáticos ajudam para a compreensão e a implementação de soluções para problemas industriais. O circuito elétrico é responsável por comandar o circuito pneumático de forma lógica. Já o circuito pneumático faz o acionamento de partes mecânicas de máquinas e de equipamentos, utilizando a força do ar comprimido, armazenada em um compressor elétrico. Sistemas eletropneumáticos controlam, de forma lógica, o ar, o qual é conduzido por tubulação até o ponto de aplicação, para executar tarefas. A Figura 22 representará um sistema eletropneumático e os principais elementos dele. FIGURA 22 – SISTEMA ELETROPNEUMÁTICO Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 31/55 FONTE: O autor A vantagem dos sistemas eletropneumáticos se dá por permitirem uma operação sem a utilização de energia elétrica. Depois que o compressor atinge a capacidade de armazenamento dele, uma válvula de controle, instalada no próprio compressor, dá um comando, para que o motor desligue e a força armazenada �ca disponível e sendo usada enquanto a pressão do sistema for satisfatória. Quando a pressão cai, automaticamente a válvula rearma o comando do motor, e o compressor volta a trabalhar para atingir a pressãocorreta. Além de ser robusto e de fácil implementação, o sistema pneumático tem um custo, relativamente, baixo. Um atuador é uma espécie de cilindro que, ao receber o ar de um compressor, de um sistema pneumático, atua para frente, com certa força mecânica. Há dois tipos de atuador pneumático muito conhecidos: atuador linear de força única e atuador linear de força dupla. O atuador de força única possui uma única via para “encher” de ar, atuando mecanicamente, sendo que, depois, retorna ao estado de repouso, através de molas. Ele pode atuar para frente, para abrir o atuador, quando há a necessidade de exercer uma força para empurrar algo; após, retorna para a posição inicial. Ainda, está apto a ser do tipo simples, a exercer uma força que “puxa algo”, ou seja, para fechar o atuador. Atente-se à Figura 23, com um atuador simples de retorno por mola comercial e a simbologia correspondente. FIGURA 23 – ATUADOR PNEUMÁTICO DE SIMPLES AÇÃO (A) E DETALHES DE CONSTRUÇÃO (B) FONTE: O autor Uma válvula fim de curso, ou fim de curso pneumático, é um dispositivo capaz de direcionar o ar comprimido quando uma força mecânica externa é aplicada sob ele. Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 32/55 É uma espécie de interruptor que, ao ser pressionado, interrompe ou libera a passagem de ar. É instalada quando há a necessidade de o curso (atuação) de uma determinada máquina ser interrompido automaticamente, e retornar para, naquele determinado ponto, onde o dispositivo fim de curso está instalado. A partir da Figura 24, você visualizará um exemplo que representará um atuador (cilindro) pneumático, com válvula-botão, para acionar o atuador para frente (comando simples): FIGURA 24 – CIRCUITO PNEUMÁTICO COMANDO SIMPLES FONTE: O autor Observe que, na Figura 24, há a aplicação de um atuador de ação simples, o qual é acionado por uma válvula (botoeira). Ao ser pressionado, ou liberado, pressiona o cilindro para frente. No lado esquerdo da �gura, há um desenho representando a situação real para a aplicação do sistema. Para implementar um sistema eletropneumático, deve-se trocar a válvula de 3/2 vias por uma eletroválvula, ou válvula solenoide, que recebe o sinal elétrico por comando de acionamentos elétricos, ou pelo sinal do CLP (Controlador Lógico Programável). Continue a leitura para observar a representação de um cilindro de dupla ação que é acionado por válvula �m de curso, a �m de que o atuador realize o trabalho de vai e vem automaticamente. Nesse caso, as válvulas �m de curso são instaladas de modo que, quando o atuador for acionado para frente (movimento de abertura), e chegar ao ponto máximo, ele tocará, mecanicamente, nessas válvulas, as quais acionarão o comando para o atuador retornar à posição inicial. Quando o movimento de retorno for completado, o cilindro tocará, mecanicamente, a Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 33/55 segunda válvula �m de curso, e o movimento se inicia novamente (ciclo in�nito). O ciclo só será interrompido quando o sistema for desligado pelo botão desliga. A Figura 25, a seguir, explanará a situação real de uma cortadora pneumática: FIGURA 25 – CIRCUITO PNEUMÁTICO AUTOMATIZADO POR VÁLVULA FIM DE CURSO FONTE: O autor É importante conhecer os símbolos e os componentes principais para trabalhar com a automação pneumática. Assim, a partir do exposto a seguir, com forma grá�ca, serão elencados os principais componentes usados em sistemas de automação pneumática. FIGURA 26 – SIMBOLOGIA PARA CIRCUITOS PNEUMÁTICOS Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 34/55 FONTE: O autor 4.3 ACIONAMENTO HIDRÁULICO Os circuitos eletro-hidráulicos funcionam de forma similar ao circuito eletropneumático. Ao invés de ser utilizado o ar comprimido, é trabalhado com a bomba hidráulica (que impulsiona o óleo dentro de uma tubulação), incluindo a força de impulsão do óleo em movimento, que percorre a tubulação. O óleo é direcionado para realizar o trabalho. Como no sistema de direção hidráulica dos veículos automotores, há um sistema que é acoplado ao motor à combustão, que direciona uma parte da força para auxiliar na direção do automóvel, a �m de ser mais leve e confortável para dirigir. Para a direção hidráulica, existe uma bomba hidráulica que é movida pela força do motor do veículo, um braço atuador acoplado à direção, tubulações direcionadas e �uído (óleo de direção hidráulica). O sistema eletro-hidráulico possui uma bomba hidráulica movida à energia elétrica, tubulações que conduzem a força do óleo em movimento, válvulas solenoides acionadas por sinal elétrico, e um comando elétrico que aciona as válvulas solenoides de forma lógica. Veja um circuito hidráulico e os principais elementos dele: FIGURA 27 – ELEMENTOS DE UM SISTEMA HIDRÁULICO E SIMBOLOGIA Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 35/55 FONTE: O autor O circuito hidráulico funciona, de forma semelhante, ao circuito pneumático, porém, com duas diferenças muito signi�cativas: os sistemas pneumáticos são usados para o acionamento mecânico de cargas e de elementos de baixo peso e baixo impacto. Já os sistemas hidráulicos podem ser aplicados quando os fatores carga (peso) e robustez forem um requisito. A outra diferença é que os sistemas pneumáticos podem funcionar sem a necessidade de o compressor principal estar, ativamente, gerando pressão, pois, como visto, quando o compressor atingir a quantidade de pressão su�ciente, uma válvula de pressão instalada nele desliga a alimentação automaticamente. Já nos sistemas hidráulicos, a pressão é mantida constante só, e somente se, a bomba hidráulica principal estiver ligada, e o óleo do sistema estiver circulando, normalmente, sob pressão. Esse tipo de sistema é utilizado em sistemas que demandam controle e precisão em operações com muita carga. Os sistemas hidráulicos são usados em máquinas extrusoras, pressas, tratores, fabricação de aço, aplicações de extração de metal primário, linhas de produção automatizadas, indústrias de máquinas e ferramentas etc. Os principais componentes que constituem um sistema hidráulico são (LUBQUIP, 2017): Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 36/55 Reservatório: É utilizado para o armazenamento do volume �uídico de trabalho. Contribui para a troca de calor do sistema e para a decantação das partículas contaminantes para facilitar a liberação de ar e a umidade do �uído. Bomba: Existem diversos tipos de bombas hidráulicas, desde a de engrenagem, palheta, pistão e outras subcategorias. O que as diferencia são as aplicações especí�cas para cada área, contudo, todas utilizam o princípio de produzir uma pressão dada pelo deslocamento do volume do �uido contra a carga existente. Válvulas: São responsáveis pelo controle da pressão e do �uxo. Dessa forma, é preciso se atentar às diferentes funções que podem exercer, como reduzir a pressão, frenagem, segurança; e aos tipos, como válvula gaveta, de bronze, esfera. Existem, também, as válvulas utilizadas para controlar a direção, o início e o �m do �uxo de �uido. É importante deixar claro que é incorreto pensar que o �uido do sistema é puxado por ele, uma vez que o correto é que a pressão empurre o �uido através da estrutura. Atuadores: Convertem energia de trabalho em energia mecânica. Podem ser divididos em: lineares ou rotativos. O uso de um cilindro hidráulico, por exemplo, converte a energia hidráulica em movimento linear e trabalho. Já um motor hidráulico converteenergia hidráulica em movimento rotativo e trabalho. Óleo hidráulico: O �uido hidráulico, além de permitir a transmissão da força requerida pelo sistema, também, é responsável por lubri�car, internamente, as peças, como bombas e cilindros, por isso, é importante analisar o custo- benefício de cada tipo de �uido e os respectivos aditivos, como antioxidantes e antiespumantes. A extrusão é um processo mecânico de produção de componentes de forma contínua. O material é forçado através de uma matriz, adquirindo, assim, a forma determinada pela forma da matriz projetada para a peça. A integração de um sistema de comando elétrico, ou de automação de CLP, é feita através da implementação de componentes de comando compatíveis. Nesse caso, são utilizadas as válvulas eletro-hidráulicas, ou solenoides, com tecnologia para redirecionar o �uxo de óleo dentro de um sistema, através de um sinal elétrico a distância. É muito importante, para a implementação de sistemas eletro- Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 37/55 hidráulicos, conhecer os componentes e as respectivas simbologias deles, conforme �gura que segue: FIGURA 28 – SIMBOLOGIA PARA SISTEMAS ELETRO-HIDRÁULICOS FONTE: O autor Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 38/55 Programação do hardware via softwares remoto e local. Reutilização da programação para outros equipamentos. Pouca ocupação de espaço físico. Mais �exibilidade e con�abilidade. 5 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL Chegou o momento de apresentar, ao leitor, o conteúdo referente aos Controladores Lógicos Programáveis (CLP). O CLP é usado, na indústria e na automação residencial, para o controle de processos e de outros equipamentos. Possui entradas e saídas (analógica e digital) que possibilitam, através da programação, o acionamento e o controle de máquinas industriais. Essa programação acontece através de uma linguagem especí�ca. Todos esses detalhes serão apresentados mais adiante. 5.1 ASPECTOS GERAIS DO CLP Os painéis de controle analógicos, ainda, são muito utilizados pelo baixo custo, em relação à implementação da automação por CLP, porém, tratando-se do quesito tempo de manutenção (devido à altíssima quantidade de ligações e de �os elétricos), que determina o período em que a máquina e a toda cadeia de produção �cam paradas, acaba dependendo da experiência do técnico que fez a implementação, isso porque, quando um problema acontece em um turno de trabalho diferente, o técnico que está de plantão, naquele momento, precisa pensar e entender em que equipamento, �ação ou regulagem pode mexer, para que esse problema seja resolvido. Assim, para quem não montou o circuito, ou o painel, isso leva tempo. Esse problema pode se agravar ainda mais quando o painel não possui o diagrama multi�lar da máquina, para guiar o trabalho (FRANCHI; CAMARGO, 2021). Com o crescimento da indústria, que se organiza para produzir mais, vem, também, o aumento da complexidade dos processos, os quais demandam, cada vez mais, equipamentos e instrumentos para o controle. No Capítulo 1 deste livro, foram mostrados dois exemplos, �guras que demonstram esse problema: quadros elétricos com alta e baixa complexidades. Devido a essas e a outras necessidades, surge o Controlador Lógico Programável. A grande revolução, no setor de comandos eletromecânicos, é, justamente, a possibilidade de reprogramar equipamentos, permitindo transferir modi�cações para o hardware, através de uma programação via software. As vantagens, ao utilizar o Controlador Lógico Programável, são muitas, assim, a seguir, serão listadas algumas delas (FRANCHI; CAMARGO, 2021): Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 39/55 Rapidez na elaboração e na correção de processos. Comunicação com outros dispositivos e com a rede industrial. Observe uma �gura de um CLP de pequeno porte comercial, inclusive, muito utilizado para �ns de estudos em várias escolas técnicas e universidades do Brasil: FIGURA 29 – CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL PEQUENO PORTE FONTE: <https://bit.ly/3lsuz1Z>. Acesso em: 24 abr. 2021. O CLP atua de forma que os transdutores fazem a leitura das variáveis do (s) processo(s) e as transformam em sinal elétrico, para as entradas do CLP (input). No CLP da Figura 30, as entradas de sinal podem ser vistas na parte superior (parafusos i1 até i6 = 6 entradas). Há, também, quatro saídas programáveis (outputs), que são independentes, e representadas por Q1, Q2, Q3 e Q4. Veja que há oito parafusos correspondentes às quatro saídas, isso porque é possível controlar sinais elétricos de nível de tensão diferentes, já que são independentes. Contudo, é necessário veri�car, nas especi�cações técnicas do CLP, quais são os níveis de tensão e de corrente suportados para que, na aplicação, não venham a dani�car a saída do equipamento. Assim, consegue-se controlar, além de acionar válvulas, motores elétricos, sinaleiras e sinalizadores, de forma independente, porque as saídas não dependem de uma fonte em comum. Preste atenção, a seguir, em uma ligação do CLP com cargas elétricas de nível de tensão diferente: Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 40/55 FIGURA 30 – LIGAÇÃO SIMPLES DE CLP COM TRÊS CARGAS INDEPENDENTES FONTE: O autor Na Figura 30, há três cargas diferentes, com os níveis de tensão também. Uma carga de 24V de corrente contínua, a qual é acionada pela saída Q1, do CLP. Uma carga monofásica, um sistema de iluminação que recebe sinal elétrico através da saída Q2. Por �m, uma carga trifásica, que é o motor elétrico, acionado por um contator eletromagnético, através dos contatos de força. Por meio dessa rede trifásica, esse contator recebe o sinal elétrico monofásico na bobina, através da saída Q4. Através da programação em linguagem Ladder, o pro�ssional de automação poderá fazer a programação do CLP e das saídas dele de várias formas. Ainda, observando o exemplo da Figura 30, o programador pode ativar, por exemplo, a entrada i1, para receber o sinal de um transdutor (sensor de temperatura), e fazer Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 41/55 com que o motor seja desligado quando o sensor acusar a temperatura de 50ºC. Ainda, agir para que a entrada i2, do CLP, seja programada, para que, ao receber o sinal de nível de uma boia elétrica de uma caixa d’água, desligue o motor, ou a motobomba, para não haver transbordamento. Por �m, acionar a saída Q3 para ativar uma sinaleira de iluminação no painel de comando, indicando que a caixa d’água está cheia, ou vazia. São muitas as possibilidades de fácil implementação, através da aplicação dos Controladores Lógicos Programáveis. Basicamente, através do CLP, são criadas soluções de malha fechada com os seguintes componentes: Controle (CLP); máquina, equipamento ou processo; e variáveis de entrada (input e feedback) e de saída (outputs). A partir disso, entenda como organizados os sistemas implementados com o CLP: FIGURA 31 – CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL CONTROLANDO PROCESSOS FONTE: O autor O processamento das informações capturadas pelas entradas do CLP e o controle dos sinais de saída são realizados a partir de uma maneira sequencial de ciclos de varredura (scan - escaneamento): FIGURA 32 – SEQUÊNCIA DE VARREDURA NO CLP Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 42/55 Fonte de alimentação: Dependendo do fabricante,pode ser de corrente contínua ou alternada, ou de ambas. A fonte de alimentação converte a tensão de entrada (127/220Vca) para a tensão de corrente contínua: 5Vcc e 12Vcc para circuitos eletrônicos, e 24Vcc para circuitos dos módulos de entrada e saída, e para a bateria. Bateria: É responsável por manter as alimentações do relógio de tempo real do CLP e da memória interna (memória RAM), mesmo quando houver falta de energia elétrica. A memória RAM é conhecida por ser volátil, pois, diante da falta de alimentação, ela apaga todos os dados; e pela rapidez de acesso a FONTE: O autor A Figura 33 abarcará, sob o formato de um diagrama de blocos, as partes principais do CLP. FIGURA 33 – DIAGRAMA DE BLOCOS DE UM CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL FONTE: Adaptada de Franchi e Camargo (2021) O CLP, com todos os componentes, é formado por (FRANCHI; CAMARGO, 2021): Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 43/55 dados armazenados. Por isso, os CLPs contam com um sistema de bateria interna. Entradas: São de sinal analógico ou digital, para uma melhor interação com os dispositivos e os equipamentos. Os sinais elétricos que são lidos pelos módulos de entrada e saída (i/o) podem ter uma tensão de 0 a 10 Vcc, e, de corrente elétrica, entre 4 a 20 mA. Saídas: São do tipo digital ou analógico. Unidade de processamento (CLP): É responsável por executar as operações lógicas, aritméticas, de tempo, de controle e outras. Unidade de comunicação: Permite integrar o CLP a uma rede de comunicação, e, até mesmo, controlar outros CLPs. 5.2 CLPS MODULARES Os CLPs modulares são compostos de estruturas modulares, sendo que cada estrutura executa determinadas funções. Nesse tipo de módulo, é possível ter, em um sistema, o seguinte: um módulo de processador, de memória e de fonte, em um conjunto único, ou separadamente, porém, conectados. Isso favorece as opções de atualizar e de fazer upgrades separadamente, de acordo com a necessidade da indústria. No caso, se for necessário aumentar a capacidade de memória de todo o sistema, é substituído, apenas, o módulo de memória. Para melhorar o processamento, pode ser feito com o módulo processador. O mesmo acontece com o módulo de entradas e de saídas, caso seja preciso aumentar a quantidade de dispositivos a serem controlados por uma única unidade de controle. Os CLPs modulares são colocados em posições prede�nidas, chamadas de racks, as quais são capazes de formar sistemas de médio ou grande porte, a depender da necessidade. Continue para visualizar as �guras seguintes, que representarão a ordem de posição dos módulos do CLP e a estrutura de um CLP modular comercial, respectivamente. FIGURA 34 – ARQUITETURA DO CLP MODULAR Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 44/55 FONTE: Adaptada de Franchi e Camargo (2021) FIGURA 35 – CLP MODULAR COMERCIAL FONTE: O autor 5.3 LINGUAGEM E PROGRAMAÇÃO DO CLP Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 45/55 Lista de instruções: É uma linguagem pouco utilizada, por não dar uma visão grá�ca do que está acontecendo e do que está sendo implementado no CLP. Trata-se de uma abordagem muito funcional e robusta, mas que leva tempo para o entendimento e a resolução de problemas. Utiliza instruções diretas para o microcomputador poder executar. Praticamente, é uma linguagem de máquina. Diagrama de blocos: Essa linguagem é composta por um conjunto de símbolos grá�cos de lógica combinatória, assim, cada símbolo representa uma operação que a máquina deve executar. As operações se assemelham com portas lógicas e lógica booleana. Diagrama de contatos (linguagem Ladder): A linguagem Ladder é a mais difundida e utilizada no meio pro�ssional, para a automação industrial, por oferecer uma visão geral do funcionamento da planta, dos dispositivos e das funções programadas. Com entendimento e implementação fáceis, o técnico precisa, apenas, possuir conhecimento básico de comandos e de acionamentos elétricos para começar a implementar os diagramas de contatos. Assemelha-se a diagramas uni�lares de acionamentos elétricos. Para que todo o hardware possa trabalhar e executar todas as funções que foram citadas anteriormente, neste livro didático, o CLP precisa que seja instalada e con�gurada toda a parte de software. Sem ela, o equipamento não exercerá a sua função. O software é como a alma do equipamento. Fica instalado na memória ROM (Read Only Memory) do CLP. A memória ROM permite o armazenamento de dados, de programas e de �rmwares dos dispositivos transdutores da planta. 5.3.1 Linguagem de programação O hardware executa instruções e programas através de uma linguagem de baixo nível, ou, também, chamada de linguagem de máquina. As linguagens de baixo nível de abstração são consideradas de difícil interpretação, e necessitam de tradutores para a interação. Assim, foram criadas as de programação, com um alto nível de abstração, mais fáceis de entendimento, devido a termos e a ações presentes que correspondem a palavras do idioma natural (geralmente, o inglês). Através dos tradutores e dos compiladores, um programador escreve um código em linguagem de alto nível, é compilado e traduzido para a linguagem de máquina (de baixo nível). Portanto, o que, na realidade, ocorre, é uma interação virtual entre o homem e a máquina, pois o que, na realidade, está sendo executado no computador, ou CLP, são instruções em linguagem de máquina. Para realizar a programação em CLPs, são, comumente, utilizadas as linguagens de lista de instruções e diagramas de blocos e de contatos (linguagem Ladder). A seguir, o leitor entenderá a diferença entre cada uma delas: Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 46/55 A seguir, o leitor encontrará as Figuras 36, 37 e 38, respectivamente, com os exemplos de lista de instruções, diagrama de blocos e diagrama de contatos, implementados para o CLP. FIGURA 36 – LISTA DE INSTRUÇÕES PARA CLP FONTE: O autor FIGURA 37 – DIAGRAMA DE BLOCOS PARA CLP FONTE: O autor FIGURA 38 – DIAGRAMA DE CONTATOS PARA CLPCapítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 47/55 FONTE: O autor 5.3.2 Linguagem de programação para CLP O diagrama de contato é uma forma de programar os CLPs por meio de símbolos grá�cos, representando contatos e bobinas. É uma maneira muito e�ciente de abstração, pois, através dos símbolos, o software os traduz para a linguagem de máquina, fazendo o CLP operar de forma lógica e e�ciente. O diagrama de linhagem Ladder é composto por duas linhas laterais com forma vertical. Essas linhas são interligadas através de outras, com símbolos na horizontal, formando uma espécie de “escada”, a qual representa os dispositivos e as funções lógicas. A função grá�ca das linhas, no diagrama de comando, corresponde a fazerem com que o “sinal” da linha vertical esquerda chegue até o dispositivo que está ligado à linha vertical direita, como se fosse a ligação do “positivo com o negativo”, o que faz acontecer a saída do CLP ou um dispositivo conectado a ele ser acionado. A lógica �ui da barra lateral esquerda para a barra lateral direita. Entre as barras laterais, na vertical, �cam os dispositivos de controle, de comando e de tempo, os quais fazem (ou não) com que a lógica �ua de uma barra para a outra, de acordo com a con�guração do programador. Assim, a saída do CLP é acionada ou desligada. A partir da Figura 39, a seguir, apresentaremos três símbolos grá�cos em linguagem Ladder, os respectivos signi�cados deles e os símbolosem acionamentos elétricos. FIGURA 39 – ELEMENTOS DO DIAGRAMA DE CONTATOS Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 48/55 FONTE: O autor A partir desses elementos, é possível associar os elementos lógicos das funções booleanas e do diagrama de Ladder. Na �gura que segue, estarão presentes os símbolos no diagrama de comando, incluindo os respectivos correspondentes na função booleana. FIGURA 40 – PORTAS LÓGICAS E CORRESPONDENTE FUNÇÃO NO DIAGRAMA LADDER FONTE: O autor Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 49/55 Função Not, ou Não: Conhecida como função de negação, é usada uma lógica booleana para alterar o valor do sinal que perpassa por ela, de forma que, se há o sinal digital “1”, essa função altera o sinal para “0”. Na computação, o “sim” se torna um “não”, e, no diagrama de comando, se o comando for utilizado para “ligar” algo, esse sinal inverte para “desligar”. O mesmo ocorre com sinal de “desligar”, ao passar que, ao ser colocada, em prática, essa função lógica, inverte-se para “ligar” (desligado inverte para ligado). Função And, ou “E”: Conhecida como porta lógica “and”, funciona baseada em dois ou mais sinais lógicos que precisam estar ligados, ao mesmo tempo, para que a saída do CLP seja acionada. Na eletricidade e na eletrônica, essa função, também, é conhecida como ligação “série”. Imagine dois interruptores ligados, em série, a uma lâmpada. A lâmpada só receberá o sinal se os dois interruptores estiverem fechados, permitindo a passagem da corrente elétrica. Se aumentarmos o número de interruptores ligados em série, o mesmo ocorrerá para três, quatro, cinco deles. Na automação, essa função serve para programar uma saída qualquer do CLP, para que só seja acionada se, na entrega, para X, Y e Z, do CLP, esteja chegando sinal. Caso contrário, a saída se comportará, sempre, como desligada. Função “OR”, ou OU: Na eletrônica digital e na álgebra booleana, é conhecida com função “OU”, e funciona com base em dois ou mais sinais lógicos ligados a uma mesma porta lógica, para indicar uma ligação em “paralelo”. Imagine uma ligação de dois ou mais interruptores ligados em paralelo, enviando um sinal para uma mesma lâmpada. Nesse tipo de ligação, qualquer que seja o interruptor ligado, deve fazer com que chegue sinal na lâmpada, e que ela seja acionada. Não importa o número de interruptores, pois qualquer um que permita a passagem de corrente elétrica fará o acionamento. Com relação a portas lógicas, uma porta lógica OU deve conter dois ou mais entradas de sinal, sendo que qualquer entrada que receba um sinal fará com que apareça um sinal do outro lado. Para a automação de linguagem Ladder, essa ligação pode ser feita através de duas ou mais entradas de sinal analógico ou digital, e o CLP deve ser programado para que, em qualquer uma das entradas (ix, iy, iz) que foram implementadas para a função aparecer sinal, uma saída será acionada (Ox). Faremos a explicação e a aplicação para os símbolos e as funções visualizados na �gura anterior: Compreenda, a seguir, uma situação de conexão das entradas e saídas do CLP para implementar as funções lógicas E e OU (AND e OR). Conectam-se as botoeiras B1 e B2, respectivamente, nas entradas I1 e I2, do CLP. A lâmpada recebe um sinal elétrico na saída Q1 e poderá ser acionada ou desligada, dependendo da programação implementada para o CLP e da situação que ocorrer pelas entradas. Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 50/55 Se implementada a função AND no CLP, o comportamento da saída Q1 será o seguinte: após ser ligada a alimentação do CLP, nos terminais A1 e A2, é iniciado e inicia o programa. Após iniciado e executado o scan, o CLP checará que não há sinal em nenhuma das entradas. Se a botoeira B1 for acionada, haverá, apenas, um sinal, e nada acontece. Se, apenas, a botoeira B2 for acionada, nada acontece. Se o operador pressionar as botoeiras B1 e B2, simultaneamente, o CLP detectará um sinal nas entradas i1 e i2, e, imediatamente, acionará a carga (L). Se implementada a função OR no CLP, o comportamento da saída Q1 será o seguinte: após ser ligada a alimentação do CLP nos terminais A1 e A2, é iniciado e inicia o programa. Após iniciado e executado o scan, o CLP checará FIGURA 41 – DIAGRAMA MULTIFILAR DE LIGAÇÃO DE CLP PARA IMPLEMENTAR FUNÇÕES AND E OR PARA UMA CARGA (LÂMPADA) FONTE: O autor Essa mesma ligação pode funcionar na função AND (E) e na função OR (OU), só depende da ligação (programação) que será implementada no software do CLP ou na própria IHM. Observe, a seguir, como �cará o funcionamento e o acionamento da carga (L): Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 51/55 que não há sinal em nenhuma das entradas. Quando a botoeira B1 for acionada, imediatamente, a saída Q1 é acionada também, e, a carga (L), ligada. Se essa botoeira B1 for desligada e ligada a B2, a carga (L) é acionada. Por �m, se ambas apresentarem ativação, a carga (L) está apta a ser acionada. A seguir, estará disponível a programação do diagrama de contatos para, respectivamente, as ligações AND e OR para uma carga. FIGURA 42 – PROGRAMAÇÃO LADDER PARA FUNÇÕES AND E OR DE DUAS ENTRADAS E UMA SAÍDA FONTE: O autor Continue os estudos, pois serão apresentadas algumas funções importantes e muito utilizadas no cotidiano de quem trabalha com a programação e com a implementação de soluções com CLP. 5.3.3 Funções avançadas em programação Ladder Existem vários tipos de funções e de funcionalidades, na linguagem Ladder, que podem ser implementadas para o CLP. Algumas dessas funções serão expostas a seguir. I. Função Set; II. Função Reset; III. Temporizador. Veja a programação das funções mencionadas anteriormente, através da Figura 43. Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 52/55 FIGURA 43 – REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS DIAGRAMAS DE CONTATO DAS FUNÇÕES SET, RESET, TEMPORIZADOR E CONTADOR FONTE: O autor 5.3.4 Partida consecutiva para motores elétricos utilizando a linguagem Ladder Uma situação muito comum na indústria, para ser resolvida com automação, é o acionamento de motores com partida consecutiva. Ela, também, é conhecida como partida sequencial de motores. FIGURA 44 – DIAGRAMAS DE FORÇA E COMANDO DE UMA PARTIDA DE MOTORES TRIFÁSICOS CONSECUTIVA Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação industrial https://livrodigital.uniasselvi.com.br/pos/automacao_industrial_2_ed/conteudo.html?capitulo=3 53/55 FONTE: O autor Do lado esquerdo, observa-se o diagrama de partida direta (partida simples) de dois motores trifásicos. Os motores estão equipados com disjuntor motor (Q1 e Q2); contator (K1 e K2), responsável pelo acionamento; e relé de sobrecarga (RT1 e RT2). Do lado direito, marca presença o diagrama de comandos (também, conhecido como diagrama de controle). Para o acionamento das bobinas dos contatores, deve-se acionar o comando através da botoeira de acionamento B1. Assim, liga-se a bobina do contator K1, e, em paralelo, a bobina do temporizador T1. Quando a bobina do temporizador recebe alimentação, dá início à contagem de tempo (delay), para que o contato aberto do temporizador, que pode ser visto no comando, acione após a contagem da bobina do contator K2. Para desligar todo o sistema, basta pressionar a botoeira B0. Assim, está pronto para o início (Reset) novamente. FIGURA 45 – ACIONAMENTO DE DOIS MOTORES ELÉTRICOS EM PARTIDA SEQUENCIAL COM CLP Capítulo 3 16/03/2023, 19:17 Livro Digital - Automação
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