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ROTEIRO DE AULA PRATICA CONTROLE E AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS média na disciplina – Controle e Automação de Processos Industriais. 2025 Atividade Prática para o curso de Engenharia Mecânica, apresentado como requisito parcial para a obtenção de Tutor(a) à Distância: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes CATU/BA ADSON DOS SANTOS SOUZA SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 3 2 DESENVOLVIMENTO ......................................................................................... 4 2.1 PROPOSTA DA ATIVIDADE ............................................................................ 4 2.2 ATIVIDADE 1 – FLUXOGRAMAS PARA AUTOMAÇÃO .................................. 5 2.3 ATIVIDADE 2 – CRIANDO UM SOFTWARE ................................................. 13 2.4 ATIVIDADE 3 – ESTRUTURANDO A PROGRAMAÇÃO DE UM CLP ........... 14 2.5 ATIVIDADE 4 – O CLP E A LINGUAGEM LADDER ...................................... 16 3 CONCLUSÃO .................................................................................................... 18 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 19 3 1 INTRODUÇÃO Este trabalho aborda um conjunto de atividades práticas relacionadas a automação de processos industriais. Por meio de ferramentas específicas, como o software DIA para construção de fluxogramas e o ZelioSoft para programação em linguagem LADDER, é possível implementar soluções práticas que simulam o funcionamento de equipamentos e sistemas industriais. Essas ferramentas não apenas facilitam o desenvolvimento, como também permitem a validação de algoritmos e lógicas de controle antes de sua aplicação em ambientes reais. O conjunto de atividades propostas tem como objetivo principal desenvolver competências técnicas em automação, com foco na criação, programação e simulação de sistemas. Desde a automação de uma furadeira de bancada até o controle de um semáforo, cada atividade foi planejada para abordar aspectos fundamentais, como o uso de temporizadores, sensores, contatores e a estruturação de lógicas sequenciais. Além disso, desafios mais avançados, como a partida direta de motor de indução trifásico e a partida estrela-triângulo, exploram a eficiência energética e a proteção dos equipamentos, demonstrando aplicações reais das técnicas aprendidas. Ao longo dessas atividades, o aprendizado se baseia na integração de componentes de hardware e software, abordando desde a concepção de fluxogramas que representam a lógica do sistema até a implementação detalhada em LADDER, com simulações que garantem o funcionamento correto. Dessa forma, o estudo possibilita uma compreensão prática e teórica dos processos de automação industrial, preparando para a resolução de problemas e a criação de sistemas eficientes e seguros em um ambiente industrial. 4 2 DESENVOLVIMENTO 2.1 PROPOSTA DA ATIVIDADE Nas atividades propostas, o objetivo é adquirir experiência prática no controle e automação de processos industriais, utilizando ferramentas modernas de programação e simulação. Inicialmente, é necessário familiarizar-se com os softwares DIA e ZelioSoft, essenciais para a execução das tarefas. O DIA permite a construção de fluxogramas para estruturar a lógica de funcionamento dos sistemas, enquanto o ZelioSoft é utilizado para programar CLPs em linguagem LADDER e realizar simulações dos algoritmos desenvolvidos. Uma das atividades consiste na automação de uma furadeira de bancada. Para isso, é elaborado um algoritmo em linguagem LADDER que controla todas as etapas do processo. O ciclo inicia-se com o acionamento de um botão para ligar a furadeira, seguido por uma contagem de 5 segundos antes de acionar o motor que movimenta a furadeira para baixo, em direção à peça. Após mais 5 segundos para estabilização, o motor de furação é ativado. Ao término da furação, a furadeira retorna automaticamente à posição inicial e o sistema é desligado. Essa atividade demonstra como temporizadores e sensores são utilizados para controlar o funcionamento de máquinas de forma eficiente e segura. Outra tarefa envolve a automação de uma partida direta de motor de indução trifásico. Nesse caso, é necessário elaborar um fluxograma no software DIA e implementar a lógica no ZelioSoft. Com o acionamento do botão de partida, o motor é ligado e continua funcionando até que o botão de parada seja acionado, interrompendo a alimentação. Após a criação do programa, realiza-se a simulação para garantir que a lógica desenvolvida funcione corretamente. Também é desenvolvida a automação de uma partida estrela-triângulo, que visa reduzir a corrente de partida de um motor de indução. Para essa atividade, define-se as entradas e saídas do CLP, programa-se a transição entre as configurações estrela e triângulo no ZelioSoft, e realiza-se a simulação do funcionamento. A transição entre os dois modos ocorre de forma automática, baseada nos tempos programados, garantindo o acionamento do motor de forma segura e eficiente. Além disso, é realizada a programação da automação de um semáforo utilizando o ZelioSoft. O sistema segue uma sequência cíclica: o sinal vermelho permanece ativo por 20 segundos, o verde por 15 segundos e o amarelo por 5 segundos. A lógica do programa 5 é desenvolvida e simulada para validar seu funcionamento, garantindo que o ciclo seja contínuo enquanto o sistema estiver em operação. 2.2 ATIVIDADE 1 – FLUXOGRAMAS PARA AUTOMAÇÃO Um motor de indução trifásico é um tipo de motor elétrico que opera com corrente alternada (AC). Este tipo de motor é amplamente utilizado em aplicações industriais devido à sua robustez, eficiência e custo-eficácia. Ele não possui escovas e é chamado de "motor de indução" porque o campo magnético rotativo criado pelo estator induz corrente no rotor, levando à criação de torque. A operação de um motor de indução trifásico baseia-se no princípio da indução eletromagnética, que é a geração de uma corrente elétrica por meio de um campo magnético variável. Estator: É a parte estacionária do motor e contém enrolamentos de fio de cobre que são alimentados com corrente alternada trifásica. Estes enrolamentos são distribuídos de forma que, quando energizados, criam um campo magnético rotativo. Rotor: É a parte móvel do motor, situada dentro do estator. O rotor pode ser do tipo gaiola de esquilo ou de enrolamento bobinado. Quando o campo magnético do estator corta o rotor, uma corrente é induzida nele devido à lei de Faraday da indução eletromagnética. Criação do Torque: A interação entre o campo magnético rotativo do estator e as correntes induzidas no rotor cria forças sobre o rotor, causando sua rotação. O torque gerado pelo rotor faz com que ele gire, e este movimento pode ser usado para acionar várias máquinas. Velocidade de Operação: A velocidade do rotor é influenciada pela frequência da corrente AC que alimenta o estator e pelo número de polos do motor. No entanto, o rotor sempre gira a uma velocidade ligeiramente inferior à do campo magnético rotativo do estator, fenômeno conhecido como "escorregamento". Esses motores são projetados para operar em diferentes configurações de tensão e podem ser usados em diversas aplicações industriais, desde o acionamento de bombas, ventiladores e compressores até aplicações mais exigentes como máquinas operatrizes e linhas de montagem. Definição de Partida Direta 6 A partida direta é o método mais simples e comum para acionar motores de indução trifásicos. É chamada de "direta" porque aplica a tensão de linha completa diretamente aos terminais do motor, proporcionando uma partida rápida e eficiente. Este método é geralmente utilizadoem motores de menor potência onde a corrente de partida elevada por um curto período de tempo não é um problema significativo para o sistema de alimentação elétrica. Contator: Um contator é usado para conectar o motor à fonte de alimentação. O contator é basicamente um tipo de relé capaz de lidar com a alta corrente requerida pelo motor na partida. Proteção: Um relé de sobrecarga é frequentemente incorporado ao circuito para proteger o motor contra possíveis danos devido a correntes excessivas, que podem ocorrer por sobrecarga ou falha mecânica. Operação: Fechamento do Contator: Quando o operador aciona um botão de partida (ou um sinal de controle automático é dado), o circuito de controle energiza a bobina do contator. Isso fecha os contatos principais do contator, aplicando a tensão total da rede ao motor. Inrush de Corrente: No momento que o motor é conectado à rede, ele absorve uma corrente muito alta, tipicamente 5 a 8 vezes sua corrente nominal. Esta é a corrente de partida ou inrush. Desenvolvimento de Torque: Simultaneamente, o motor desenvolve um torque de partida, que é necessário para iniciar o movimento da carga acoplada ao eixo do motor. Alcance da Velocidade Operacional: O motor rapidamente alcança sua velocidade operacional. O escorregamento do motor diminui à medida que ele atinge a velocidade nominal, reduzindo assim a corrente de operação para o nível nominal. Desligamento: Para desligar o motor, um botão de parada é acionado, que desenergiza a bobina do contator, fazendo com que seus contatos se abram e desconectem o motor da fonte de alimentação. Vantagens: Simplicidade e custo baixo do circuito de controle, Facilidade de manutenção e diagnóstico e Resposta rápida na partida. Desvantagens: 7 A corrente de partida elevada pode causar quedas de tensão na rede elétrica, afetando outros equipamentos. O alto torque de partida pode ser mais do que o necessário para algumas aplicações, causando estresse mecânico em engrenagens, acoplamentos e a própria carga. A partida direta é adequada para pequenos motores ou onde a carga é leve e não há grandes exigências de controle suave de aceleração ou onde a rede elétrica pode suportar a alta corrente de partida sem problemas significativos. O problema proposto envolve a automação de um sistema que utiliza a partida direta de um motor de indução trifásico para acionar um torno. Essencialmente, o desafio é criar um fluxograma que mapeie de forma clara e lógica as etapas envolvidas no processo de acionamento e desligamento do motor. Isso inclui a interação com dispositivos de controle, como botões de início e parada, e elementos de proteção como relés de sobrecarga. Para atender a essas necessidades, o fluxograma deve detalhar: Início do Processo: Acionamento do motor através do fechamento de um contator, que é controlado por um botão de início (S1), um componente normalmente aberto. Manutenção da Operação: Inclusão de um contato auxiliar (K1) no circuito de controle que mantém o circuito fechado e o motor em operação mesmo após a liberação do botão de início. Monitoramento e Proteção: Implementação de relés de sobrecarga que monitoram a corrente do motor e interrompem o circuito em caso de sobrecorrente, protegendo o motor de danos. Parada do Motor: Utilização de um botão de parada (S0), um componente normalmente fechado, para abrir o circuito e desenergizar a bobina do contator, cessando a operação do motor. Feedback e Indicações: Inclusão de sinalizações visuais ou sonoras para indicar o estado operacional do motor (ligado/desligado) e alertar sobre quaisquer condições de falha. O primeiro passo da atividade foi instalar o Software Dia. Imagem 1. Site de Instalação 8 Fonte: elaborado pelo autor (2025) Instalação completa foi realizada a inicialização do Software. Imagem 2. Print do software Fonte: elaborado pelo autor (2025) Realizado o fluxograma da partida direta: 9 Imagem 3. Exemplo genérico refeito Fonte: elaborado pelo autor (2025) 10 Imagem 4. Fluxograma Partida Direta Fonte: elaborado pelo autor (2025) O processo de acionamento direto de um motor elétrico começa com a interação inicial do operador, que deve pressionar o botão de partida. Se o botão não for pressionado, o sistema entra em um loop de espera, verificando continuamente até que o botão seja acionado. Ao pressionar o botão, a bobina do contator é energizada, iniciando o processo de fechamento dos contatos do contator. Este fechamento é essencial para permitir a passagem de corrente elétrica ao motor. Simultaneamente, o contato auxiliar também é ativado. Esse contato mantém 11 a bobina do contator energizada mesmo após o botão de partida ser liberado, assegurando que o motor continue funcionando sem necessidade de pressão contínua no botão. Com o circuito agora completo e a energia fluindo consistentemente, o motor opera até que uma ação de desligamento seja iniciada. Ao pressionar o botão de parada interrompe a alimentação para a bobina do contator, fazendo com que os contatos se abram e cortem a corrente para o motor, efetivamente desligando-o. Se um dispositivo de proteção atua, o resultado é o mesmo, garantindo a segurança do sistema contra eventuais falhas ou perigos. Assim que o motor é desligado, o processo é considerado completo, encerrando a operação do motor e garantindo o funcionamento do sistema. Símbolos utilizados e justificativas: Oval (Início e Fim): Representam o início e o término do processo. Justificativa: Esses símbolos são usados para delimitar onde o processo começa (botão S1 acionado) e onde ele termina (motor trifásico desligado). Eles são padrões em fluxogramas para indicar o ciclo completo da lógica. Retângulos (Ações): São utilizados para representar ações específicas, como “Aciona botão S1”, “Alimenta bobina contator K1” e “Desliga motor trifásico”. Justificativa: O retângulo é usado porque essas etapas representam ações concretas e operacionais dentro do processo de controle. Losango (Decisão): Representa o momento em que há uma tomada de decisão: “Aciona botão S0”. Justificativa: Esse símbolo é usado porque há uma bifurcação no processo, onde uma ação (acionar S0) determina se o processo segue para interromper o motor ou continua no estado atual. Setas (Fluxo de direção): Indicam a direção do fluxo entre os elementos do processo. Justificativa: As setas são essenciais para guiar a sequência lógica, mostrando a relação entre as ações e as decisões. Fluxo apresentado no fluxograma: 12 Passo 1 - Início: Descrição: O processo se inicia com o acionamento do botão S1. Justificativa: Este é o gatilho para iniciar o funcionamento do sistema, energizando a bobina do contator. Passo 2 - Aciona botão S1: Descrição: O operador pressiona o botão S1, que envia um sinal para alimentar a bobina do contator K1. Justificativa: É o comando inicial que permite energizar o sistema, ativando a bobina do contator. Passo 3 - Alimenta bobina do contator K1: Descrição: Com a bobina energizada, o contator fecha seus contatos principais, permitindo o funcionamento do motor trifásico. Além disso, o contato auxiliar K1 é ativado, garantindo a autoalimentação. Justificativa: Este passo é essencial para manter o motor em funcionamento mesmo após o botão S1 ser solto, graças ao circuito de retenção (autoalimentação). Passo 4 - Motor em funcionamento: Descrição: O motor permanece ligado enquanto o contator K1 está energizado. Justificativa: Este é o estado operacional do sistema, representando o funcionamento contínuo do motor trifásico. Passo 5 - Decisão (Aciona botão S0): Descrição: O sistema verifica continuamente se o botão S0 foi acionado. Justificativa: Este ponto de decisão é necessário para determinarse o sistema deve continuar operando ou encerrar o funcionamento do motor. Passo 6 - Interrompe alimentação do contator K1: Descrição: Quando o botão S0 é pressionado, a alimentação da bobina do contator K1 é interrompida. Justificativa: Este passo garante que o contator desative seus contatos principais, desligando o motor de forma segura. Passo 7 - Desliga motor trifásico: Descrição: Com a alimentação da bobina interrompida, o motor trifásico é desligado. Justificativa: Este é o estado final desejado do sistema, onde o motor é desativado. 13 Passo 8 - Fim: Descrição: O processo termina após o desligamento do motor. Justificativa: Este símbolo indica o encerramento do fluxo lógico. 2.3 ATIVIDADE 2 – CRIANDO UM SOFTWARE O funcionamento da automação da furadeira de bancada começa com o acionamento do botão "Liga", identificado no diagrama Ladder como I1. Quando este botão é pressionado, o sistema é ativado e o primeiro temporizador, T1, inicia uma contagem de 5 segundos. Esse período inicial serve como um intervalo para garantir que a ativação do sistema ocorra de maneira controlada, evitando qualquer acionamento imediato e desnecessário dos motores. Após a contagem de 5 segundos pelo temporizador T1, o motor 1 (M1) é acionado no sentido horário. Esse motor é responsável por realizar o movimento de descida da furadeira, levando-a para a posição de trabalho. Durante esse movimento, a furadeira desce até que o sensor de limite inferior, identificado como I2, seja acionado. Esse sensor é posicionado estrategicamente para detectar o momento exato em que a furadeira atinge a altura adequada para realizar a furação. Quando o sensor I2 é ativado, ele desliga o motor 1, parando o movimento de descida e estabilizando a furadeira na posição correta. Com o motor 1 parado, um novo temporizador, T2, é ativado, iniciando uma contagem de mais 5 segundos. Esse período é programado para permitir que a furadeira permaneça na posição adequada antes de iniciar o processo de furação. Após o término da contagem de T2, o motor 2 (M2) é acionado. Este motor é responsável por operar a broca e realizar a perfuração do material. O funcionamento do motor 2 é controlado pelo temporizador T3, que mantém o motor ativo por exatamente 2 segundos. Durante esse tempo, a furadeira realiza a operação de furação com precisão. Após a conclusão dos 2 segundos de funcionamento do motor 2, ele é desligado, e o motor 1 é acionado novamente. No entanto, desta vez, o motor 1 opera no sentido anti-horário, movimentando a furadeira para cima, de volta à sua posição inicial. O movimento de subida é monitorado pelo sensor de limite superior, identificado como I3. Este sensor é ativado quando a furadeira alcança sua posição de repouso no topo. Ao detectar essa posição, o sensor I3 desliga o motor 1, 14 finalizando o movimento de subida. Com a furadeira na posição inicial e o motor 1 desligado, o sistema inteiro é desativado automaticamente. Essa sequência garante que o ciclo de operação seja concluído de forma segura e eficiente, retornando a furadeira à sua posição de repouso, pronta para iniciar um novo ciclo, caso o botão "Liga" seja acionado novamente. Toda a operação é controlada de maneira precisa por uma combinação de temporizadores e sensores, assegurando que cada etapa do processo ocorra de forma ordenada e dentro dos tempos programados. Imagem 5. Ladder Atividade 2 Fonte: elaborado pelo autor (2025) 2.4 ATIVIDADE 3 – ESTRUTURANDO A PROGRAMAÇÃO DE UM CLP Imagem 6. Ladder Atividade 3 15 Fonte: elaborado pelo autor (2025) O programa apresentado no diagrama Ladder descreve o funcionamento automático de um sistema de semáforo, com ciclos contínuos controlados por temporizadores. O ciclo inicia-se automaticamente com o contato, que ativa a bobina SQ1, responsável pelo acionamento do sinal vermelho. Simultaneamente, o temporizador TT1 é ativado e começa a contagem do tempo configurado para manter o sinal vermelho ativo. Após o término do tempo definido por TT1, a bobina SQ1 é desativada, desligando o sinal vermelho. Nesse momento, a bobina SQ2 é ativada, ligando o sinal amarelo, enquanto o temporizador TT2 inicia sua contagem. Durante essa etapa, apenas o sinal amarelo permanece ativo, alertando os motoristas sobre a iminente mudança de estado do semáforo. Quando o tempo configurado no temporizador TT2 expira, o contato associado a ele desativa a bobina SQ2, desligando o sinal amarelo. Nesse ponto, a bobina SQ3 é energizada, ativando o sinal verde. Simultaneamente, o temporizador TT3 começa a contagem do tempo em que o sinal verde permanecerá ativo, permitindo o tráfego. Após a conclusão do tempo de TT3, a bobina SQ3 é desativada, desligando o sinal verde, e o contato T3 é novamente ativado para reiniciar o ciclo no sinal vermelho. O sistema é projetado para garantir que apenas um sinal esteja ativo por vez, de forma ordenada e sincronizada, seguindo o fluxo definido pelos temporizadores TT1, TT2 e TT3. Esses elementos controlam os tempos exatos de cada sinal, proporcionando um funcionamento contínuo e eficiente do semáforo. Essa lógica foi elaborada para ser cíclica e autossustentável, garantindo que o semáforo funcione 16 automaticamente, sem intervenção manual, enquanto o sistema estiver energizado. 2.5 ATIVIDADE 4 – O CLP E A LINGUAGEM LADDER Imagem 7. Ladder – Sistema de Partida Estrela-Triangulo Fonte: elaborado pelo autor (2025) O sistema começa com o acionamento do botão de partida (I1). Esse botão, ao ser pressionado, energiza a linha correspondente, acionando o contator principal (Q1). O contator principal, por sua vez, permite a alimentação do circuito, e o motor entra inicialmente em configuração estrela. Assim que o botão de partida é acionado, o contator estrela (K2) também é energizado. Isso ocorre porque a bobina K2 está em série com o contator principal (Q1) e com a linha lógica de comando. Essa configuração faz com que o motor 17 funcione em configuração estrela, reduzindo a tensão nos enrolamentos do motor durante a partida, o que diminui a corrente inicial. O temporizador T1 é ativado simultaneamente ao contator estrela. Esse temporizador é programado para manter o motor em configuração estrela por um período específico, geralmente suficiente para o motor atingir uma velocidade próxima da nominal. Durante esse tempo, o motor trabalha em configuração estrela, o que reduz as tensões aplicadas aos enrolamentos, diminuindo a corrente de partida. Após o tempo configurado no temporizador T1 expirar, a bobina K2 (estrela) é desativada, e o contator estrela é desligado. Simultaneamente, o contator triângulo (K3) é acionado, colocando o motor na configuração triângulo. Nessa configuração, o motor passa a receber a tensão total em seus enrolamentos, operando com toda a sua capacidade nominal. Essa transição de estrela para triângulo é realizada de forma automática, sem necessidade de intervenção manual. O sistema permanece na configuração triângulo enquanto o motor estiver em funcionamento. Caso seja necessário desligar o motor, o botão de parada (I2) é acionado. Esse botão desliga o contator principal (Q1), interrompendo a alimentação de todo o circuito. Com isso, todos os componentes do sistema, incluindo os contatores estrela (K2) e triângulo (K3), são desativados, desligando o motor de forma segura. 18 3 CONCLUSÃO As atividades realizadas proporcionaram uma compreensão prática e detalhada sobre a aplicação de conceitos de automação industrial, desde a elaboração de fluxogramas até a programação em linguagem LADDER para diferentes sistemas. Cada etapa foi essencial para consolidar habilidades no uso de ferramentas como o DIA e o ZelioSoft, além de integrar teoria e prática no desenvolvimento de soluções automatizadas. No caso da automaçãoda furadeira de bancada, foi possível estruturar um algoritmo eficiente que seguiu todas as etapas necessárias para realizar o processo de furação com precisão e segurança. A utilização de temporizadores e sensores permitiu controlar os movimentos e ações do sistema, garantindo o funcionamento sequencial e correto. Na automação da partida direta de motor de indução trifásico, foi desenvolvida uma lógica simples e funcional para o controle do motor, assegurando a continuidade da operação até a necessidade de desligamento. O uso de contatores e botoeiras simulou a lógica de comando e potência de forma clara e objetiva. A automação da partida estrela-triângulo apresentou um cenário mais avançado, destacando a importância de reduzir a corrente de partida em motores de indução. A transição automática entre as configurações estrela e triângulo, controlada por temporizadores, evidenciou a eficiência desse método e sua relevância na proteção de equipamentos e redes elétricas. Por fim, o projeto do semáforo demonstrou como a lógica LADDER pode ser aplicada para sistemas cíclicos, garantindo que os sinais vermelho, amarelo e verde sejam ativados e desativados de forma ordenada, respeitando os tempos pré- definidos. A simulação validou o funcionamento contínuo e preciso do sistema, reforçando o aprendizado sobre temporização e controle sequencial. 19 REFERÊNCIAS ALEXANDRE, G. Automação industrial: conceitos e aplicações práticas. São Paulo: LTC, 2019. BATALHA, G. F.; CAMPOS, E. L. Programação de CLPs: fundamentos e práticas com linguagem Ladder. Rio de Janeiro: Elsevier, 2021. BORDIN, E. Motores elétricos: princípios, aplicações e manutenção. 6. ed. São Paulo: Erica, 2020. FILHO, J. A. Motores elétricos: funcionamento e manutenção. 8. ed. São Paulo: Pearson, 2018. GONÇALVES, A. C. Automação industrial: fundamentos e técnicas. 4. ed. São Paulo: Blucher, 2019. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 2 DESENVOLVIMENTO 2.1 PROPOSTA DA ATIVIDADE 2.2 ATIVIDADE 1 – FLUXOGRAMAS PARA AUTOMAÇÃO 2.3 ATIVIDADE 2 – CRIANDO UM SOFTWARE 2.4 ATIVIDADE 3 – ESTRUTURANDO A PROGRAMAÇÃO DE UM CLP 2.5 ATIVIDADE 4 – O CLP E A LINGUAGEM LADDER 3 CONCLUSÃO REFERÊNCIAS