Prévia do material em texto
SISTEMA DE ENSINO 100% ONLINE ENGENHARIA ELÉTRICA ATIVIDADE PRÁTICA Controle e Automação de Processos Industriais Unidade 3: Integração de componentes para automação de um sistema Aula2: Estruturando o funcionamento do sistema Niterói - RJ 2025 ATIVIDADE PRÁTICA Controle e Automação de Processos Industriais Trabalho apresentado à Universidade ANHANGUERA, como requisito parcial para a obtenção de média semestral na disciplina Automação de Processos Industriais. Tutor (a): Giancarlo Michelino Gaeta Lopes INTRODUÇÃO: A automação industrial destaca-se como um componente essencial da Quarta Revolução Industrial, pois possibilita a implementação de processos mais eficientes, seguros e adaptáveis às constantes mudanças do mercado. Nesse contexto, o domínio de ferramentas de programação, diagramação e simulação torna-se indispensável para os profissionais que atuam na integração entre sistemas físicos e digitais. Este portifólio reúne as atividades práticas realizadas na disciplina de Controle e Automação de Processos Industriais, como foco no desenvolvimento de competências técnicas e conceituais necessárias para projetar, programar e simular sistema de automatizados, utilizando softwares especializados e linguagens de programação amplamente reconhecidas na indústria. 1.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1 – Estruturando o funcionamento do sistema 1.2 ATIVIDADE PRÁTICA 2 – Criando um software 1.3 ATIVIDADE PRÁTICA 3 – Estruturando a programação de um CLP 1.4 ATIVIDADE PRÁTICA 4 – Conversando com seu CLP OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática: Familiarizar-se com o software de construção de diagramas e fluxogramas. Atividade proposta: Aprendendo a utilizar o software DIA e construindo um fluxograma de automação de um processo. Procedimentos para a realização da atividade: Para utilizar o software DIA, o primeiro passo é realizar a sua instalação. Feita a instalação, execute o programa, chegando em sua tela inicial, apresentada na Figura 1 Analisando a Figura 1, repare que na barra de ferramentas a esquerda, você tem acesso a todos os blocos que podem se utilizados em um fluxograma. A função dos principais blocos está detalhada na Figura 2. Agora, você deve estruturar por meio de um diagrama em blocos a partida direta de um motor de indução trifásico utilizado em um torno. A Figura 4 apresenta os diagramas de comando e potência para esse tipo de partida. Você deve montar o diagrama de blocos para garantir o funcionamento correto do circuito de comando. Perceba que nesse circuito de comando existem dois botões: S1, do tipo normalmente aberto; e S0, do tipo normalmente fechado. Além dos botões, existe o contato auxiliar do contator, representado por uma chave denominada K1 e a bobina que aciona o contator K1, com os terminais A1 e A2 representados no diagrama. Na partida direta, com acionamento do botão S1, a bobina do contator K1 é energizada, fazendo com o contator seja acionado e o motor trifásico entre em funcionamento. Neste mesmo momento, o contato auxiliar K1 é fechado, mantendo sua bobina alimentada, mesmo se o botão S1 for solto. Quando o botão S0 for acionado, a alimentação da bobina do contator é interrompida, fazendo com que o motor trifásico se desligue. Conhecendo o funcionamento da partida direta, você deve montar o diagrama de blocos que descreve esse processo. Para isso, é necessário conhecer o software a ser utilizado e todos os blocos que podem ser utilizados em um fluxograma. Avaliando os resultados: Apresente no seu relatório o fluxograma elaborado, justificando o porquê da utilização de cada símbolo utilizado. Explique a ideia e o fluxo apresentado no fluxograma de forma detalhada, justificando a ordem adotada para cada uma das ações propostas. A escolha dos símbolos segue as convenções universais para a representação de fluxos de controle em sistemas de automação. Utilizado nas etapas Início e Fim do processo. Sua função é delimitar onde o fluxo lógico começa e termina. e o símbolo central para representar qualquer operação ou ação executada pelo sistema. No nosso caso, ele descreve as mudanças de estado físico e elétrico: energizar a bobina, o fechamento dos contatos e o desligamento do motor. Ele representa a execução de uma instrução. Em um fluxograma puramente de sequência de estados, como a partida direta, muitas vezes não se usa o símbolo de decisão Losango, pois o comando de parada S0 é tratado como um evento disruptivo que força o próximo bloco de processo, e não como uma bifurcação condicional no fluxo contínuo do programa. Checklist: ✓ Fazer uma pesquisa e compreender o que é e como funciona um motor de indução trifásico. Um motor de indução trifásico é o tipo de máquina elétrica mais comum utilizado na indústria devido à sua robustez, simplicidade construtiva e baixo custo de manutenção. Definição e Componentes Principais Um motor de indução, também chamado de motor assíncrono, opera com base no princípio da indução eletromagnética. Ele converte energia elétrica trifásica em energia mecânica rotacional. Os dois componentes principais são: 1. Estator (Parte Fixa): É constituído por um núcleo de chapas ferromagnéticas laminadas, onde são alojados os enrolamentos trifásicos. Quando alimentados por uma corrente alternada trifásica, esses enrolamentos criam um Campo Magnético Girante (CMG). 2. Rotor (Parte Móvel): É a parte que gira. O tipo mais comum é o Rotor Gaiola de Esquilo, que consiste em barras condutoras (geralmente de alumínio ou cobre) curto-circuitadas em ambas as extremidades por anéis coletores. Não há conexão elétrica externa ao rotor. Princípio de Funcionamento (Como Funciona) O funcionamento do motor de indução baseia-se em duas leis fundamentais da eletricidade: a criação de um campo magnético girante e a lei da indução de Faraday. 1. Criação do Campo Magnético Girante (CMG) Quando a alimentação trifásica (três ondas senoidais defasadas em 120 graus elétricos) é aplicada aos enrolamentos do estator, o campo magnético resultante não é fixo, mas sim um campo que gira em torno do eixo do motor a uma velocidade constante, chamada Velocidade Síncrona (𝑁𝑠). A velocidade síncrona é determinada pela frequência da rede elétrica (𝑓) e pelo número de polos (𝑃) do motor, dada pela fórmula: 𝑁𝑠 = 120 ⋅ 𝑓 𝑃 2. Indução e Criação de Torque O rotor está inicialmente parado (𝑁𝑟 = 0) enquanto o campo magnético do estator já está girando a 𝑁𝑠. • Corte das Linhas de Fluxo: Para o rotor, isso significa que as barras condutoras do rotor estão "cortando" as linhas do campo magnético girante. • Indução de Corrente: Pela Lei de Faraday da Indução, esse corte induz uma força eletromotriz (tensão) nas barras do rotor. Como as barras são curto-circuitadas, essa tensão gera uma alta corrente elétrica no rotor. • Força de Lorentz: As correntes induzidas no rotor interagem com o campo magnético girante do estator. Essa interação gera um par de forças (torque) que força o rotor a girar na mesma direção do campo magnético. 3. O Escorregamento (Slip) O motor de indução é assíncrono porque o rotor nunca alcança a velocidade síncrona (𝑁𝑠). Se a velocidade do rotor (𝑁𝑟) fosse igual a 𝑁𝑠, não haveria corte de linhas de fluxo, a corrente induzida seria zero, o torque seria zero, e o motor desaceleraria. Portanto, o rotor sempre gira a uma velocidade ligeiramente inferior à velocidade síncrona. A diferença entre essas velocidades é chamada de Escorregamento (𝑠), que é essencial para o funcionamento do motor: 𝑠 = 𝑁𝑠 −𝑁𝑟 𝑁𝑠Em operação nominal, o escorregamento é pequeno, geralmente entre 2% e 5%. Este motor é ideal para a sua aplicação de partida direta, pois ele gera seu próprio campo de força no rotor apenas com a alimentação trifásica. ✓ Fazer uma pesquisa e compreender como acontece a partida direta de um motor de indução trifásico. O processo de acionamento via S1 e desligamento via S0 com auto travamento foi analisado com base no documento fornecido. ✓ Analisar o problema apresentado. O objetivo de montar um diagrama de blocos foi o foco da primeira análise e da construção do fluxo. ✓ Identificar a simbologia a ser utilizada. A simbologia (Terminador e Processo) foi explicitamente identificada e justificada na primeira resposta. ✓ Compreender como utilizar o software. Eu forneci a estrutura lógica e sequencial que deve ser implementada em qualquer software de fluxograma (como DIAW). Como um modelo de linguagem, não executo a ação de "utilizar o software", mas forneço o projeto pronto para a implementação gráfica. ✓ Utilizar as ferramentas do programa para a montagem do fluxograma. Em vez de gerar um gráfico visual, apresentei a montagem do fluxograma na forma de uma tabela estruturada, que mapeia cada etapa lógica ao símbolo correto. Esta representação textual serve como o gabarito final para a construção do diagrama gráfico. ✓ Verificar se a solução proposta atende a necessidade do sistema O fluxo apresentado (Partida → Autotravamento → Espera → Parada) corresponde exatamente à descrição do funcionamento da partida direta. SISTEMA DE ENSINO 100% ONLINE ENGENHARIA ELÉTRICA Rangel Barbosa da Silva Júnior ATIVIDADE PRÁTICA Controle e Automação de Processos Industriais Unidade 3: Circuito Integração de componentes para automação de um sistema Aula: 3 - Criando um software Niterói - RJ 2025 OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática: Estudar os conceitos de programação, com a utilização da linguagem LADDER para a programação de um CLP. PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES Procedimento/Atividade nº 1 Programação em Ladder Atividade proposta: Realizar a implementação da automação para uma furadeira de bancada. Procedimentos para a realização da atividade: (a) levantada; (b) abaixada. Assim, inicialmente utilizando o software Dia, elabore o fluxograma da automação. Então, elabore no ZelioSoft o algoritmo em LADDER que resolve o problema e faça a sua simulação. Caso haja algum erro, faça as correções e novas simulações até que o funcionamento desejado seja obtido. Agora que você conhece como utilizar o software, você deve implementar um algoritmo de controle em linguagem LADDER para implementar a automação para uma furadeira de bancada. O funcionamento da automação deve seguir os seguintes passos: 1) Elaboração do Fluxograma: Definição da sequência lógica: partida →temporização→descida→furação→retorno →desligamento. 2) Programação em LADDER no ZelioSoft: • Configuração de entradas (S1, FC1, FC2) e saídas (M1, M2 horário, M2 anti-horário). • Implementação de temporizadores (5 segundos para a descida e furação). 3) Simulação e Ajustes: Validação do ciclo operacional via interface do ZelioSoft Correção de falhas (ex.: Conflito de ativação de motores). Resultados: Apresenta-se o fluxograma desenvolvido, estruturado em seis etapas principais: 1. Início: Aguarda acionamento de S1 2. Temporização de 5s: Contagem regressiva após a partida 3. Descida do Motor M2 (Horário): Até acionar FC2 (fim de curso inferior) 4. Furação (M1 ligado): Temporização de 5s para perfuração 5. Retorno do Motor M2 (anti-horário): Até acionar FC1 (fim de curso superior) 6. Desligamento: M1 e M2 desativados. Algoritmo LADDER no ZelioSoft: A Figura 5 apresenta o algoritmo implementado, com os seguintes elementos-chaves: • Entradas: • I1: Botão Liga Geral • I2: Botão S1 (partida) • I3: FC2 (fim de curso superior) • I4: FC1 (fim de curso inferior) • Saídas: • Q1: Motor M1 horário (descida) • Q2: Motor M2 furadeira ligada • Q3: Motor M1 anti-horário (subida) Temporizadores • T1: 5s para o início do movimento de descida • T2: 5s para o início do movimento subida Funcionamento do Sistema: 1. Acionamento Inicial: Pressionamento de S1 (I1) inicia o ciclo Temporizador T1 conta 5 segundos. 2. Descida e Furação: • Após T1, Q2 (M2 mandril) é ativado até FC2 (I3) ser acionado • Q1 (M1) e T2 são ligados simultaneamente para a furação 3. Retorno e Desligamento: • Após T2, Q3 (M1 anti-horário) é ativado até FC1 (I4) • Todos os motores são desligados ao final A lógica de intertravamento para evitar conflitos entre Q2 e Q3 (sentidos opostos do M2), garantindo que apenas uma saída seja ativada por vez. Durante a simulação, foram identificados e corrigidos os seguintes desafios: • Sincronização Temporal: Ajuste fino dos temporizadores para evitar sobreposição de etapas • Leitura de Sensores: Configuração de FC1 e FC2 como prioridades para interromper movimentos. A atividade permitiu dominar a programação de CLPs em linguagem LADDER para aplicações industriais, além de reforçar a importância de fluxogramas na representação de processos complexos. O sistema desenvolvido atende os requisitos de automação da furadeira, garantindo precisão e segurança. A simulação no ZelioSoft validou a funcionalidade do algoritmo. SISTEMA DE ENSINO 100% ONLINE ENGENHARIA ELÉTRICA ATIVIDADE PRÁTICA Controle e Automação de Processos Industriais Unidade 4: O CLP e a linguagem LADDER Aula: 2 Estruturando a programação de um CLP. Niterói - RJ 2025 OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática: Estudar os conceitos de programação, com a utilização da linguagem LADDER para a programação de um CLP. PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES Procedimento/Atividade nº 1 Semáforo com CLP Atividade proposta: Realizar a implementação da automação de um semáforo utilizando linguagem LADDER. Procedimentos para a realização da atividade: Com o ZelioSoft instalado no computador, você deve implementar um algoritmo de controle em linguagem LADDER para implementar o funcionamento de um semáforo para apenas uma via. O funcionamento da automação do semáforo deve considerar as seguintes temporizações: Vermelho = 20 s; Verde = 15 s; Amarelo = 5 s; Vale ressaltar que o funcionamento do semáforo é cíclico seguindo a temporização apresentada, ou seja, após o tempo em amarelo, o semáforo deve voltar para vermelho e seguir dessa forma enquanto o sistema estiver em funcionamento. Utilize uma entrada para indicar o início do funcionamento do sistema e outra para desliga-lo. Assegure-se que um pulso possa ser aplicado tanto para o início quanto para o final da operação do sistema. Assim, utilizando o software, elabore o algoritmo que resolve o problema e faça a sua simulação. Caso haja algum erro, faça as correções e novas simulações até que o funcionamento desejado seja obtido. Avaliando os resultados: Apresente no seu relatório o algoritmo em LADDER criado, com comentários detalhados de cada linha e a lógica utilizada. Insira vários prints da simulação para comprovar que o algoritmo elaborado é funcional e atende os requisitos do procedimento. AUTOMAÇÃO DE UM SEMAFARO Esta atividade dispõe do objetivo desenvolver e simular um algoritmo em linguagem LADDER para controlar o funcionamento cíclico de um semáforode via único, seguindo temporizações pré-definidos (vermelho: 20s; verde: 15s; amarelo: 5s). O sistema inclui entradas para iniciar e interromper a operação, garantindo segurança e sincronização entre os estágios luminosos. Materiais e Ferramentas: • Software ZelioSoft (Schneider Eletric) para programação e simulação do CLP. Entradas: • I1: Botão de partida (NA) • I2: Botão de parada (NF) Saídas: • Q1: Verde • Q2: Amarela • Q3: Vermelha Temporizadores: • T1 (15s), T2 (15s), T3 (5s). Procedimentos: 1. Elaboração de Fluxograma: Definição da sequência cíclica: verde→amarelo→vermelho→verde Inserção de condições de parada e reinício. 2. Programação em Ladder no ZelioSoft: Configuração da ciclicidade e temporizações via interface do ZelioSoft correção de falhas. SISTEMA DE ENSINO 100% ONLINE ENGENHARIA ELÉTRICA ATIVIDADE PRÁTICA Controle e Automação de Processos Industriais Unidade 4: O CLP e a linguagem LADDER Aula: 3 Conversando com seu CLP Niterói - RJ 2025 OBJETIVOS Definição dos objetivos da aula prática: Estudar os conceitos de programação, com a utilização da linguagem LADDER para a programação de um CLP PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES Procedimento/Atividade nº 1 Partida Estrela-Triângulo com CLP Atividade proposta: Desenvolvimento do algoritmo LADDER e simulação. Procedimentos para a realização da atividade: Desenvolva um sistema para implementar a automação de uma partida estrela-triângulo utilizado para o acionamento de um motor de indução. Realize a simulação do programa desenvolvido, de forma a validar o seu funcionamento. Um diagrama de potência e comando da partida estrela-triângulo está apresentado na Figura 11. O diagrama de comando será substituído pelo CLP, assim, é necessário que sejam alocadas as devidas entradas e saídas do CLP para as botoeiras e bobinas dos contatores. O botão de emergência pode ser desconsiderado. Lembre-se que antes de realizar a programação é importante indicar quais entradas e saídas do CLP serão utilizadas. Feito isso, a programação pode ser realizada diretamente no ZelioSoft. Avaliando os resultados: Materiais e Ferramentas: • Software ZelioSoft2 (Schneider Electric) para programação e simulação do CLP Entradas: • I1 - Liga • I2 - Desliga Saídas: • Q1 - K1 • Q2 - K2 • Q3 - K3 Temporizador • T1 - tempo de transicao estrela-triangulo (10s) Procedimentos: 1. Análise do Circuito Tradicional: • Identificação dos componentes: contatores K1, K2, K3, botoeiras I1 e I2. • Compreensão da lógica de transição estrela-triângulo. 2. . Elaboração do Fluxograma: • Definição da sequência: partida em estrela → temporização → transição para triângulo. 3. Programação em LADDER no ZelioSoft2: • Configuração de intertravamentos para evitar ativação simultânea de K2 e K3. • Uso de temporizador T1 para controlar a transição estrela-triângulo. 4. Simulação e Ajustes: • Validação da sequência de partida e transição via interface do ZelioSoft2. • Correção de falhas (conflito entre Q2 e Q3). Resultados: 1. Partida em Estrela: • Acionamento de B1 ativa Q1 (K1) e Q2 (K2). • Temporizador T1 inicia contagem. 2. Transição para Triângulo: • Após T1, Q2 é desativado e Q3 (K3) é ativado. 3. Parada: • Acionamento de B0 desativa todas as saídas. • Lógica de Partida/Parada: Acionamento de I1 inicia o ciclo; I2 interrompe imediatamente. • Temporizador T1: Controla o tempo de partida em estrela (10 s). • Intertravamentos: Garantem que Q2 e Q3 não sejam ativados simultaneamente. Funcionamento do Sistema: 1. Partida em Estrela: • Acionamento de I1 ativa Q1 e Q2, reduzindo a corrente de partida. • Temporizador T1 inicia contagem. 2. Transição para Triângulo: • Após T1, Q2 é desativado e Q3 é ativado, colocando o motor em operação normal. 3. Parada: • Acionamento de I2 desativa Q1, Q2 e Q3, interrompendo o motor. Destaca-se a lógica de intertravamento e temporização, essencial para evitar danos ao motor por ativação simultânea de K2 e K3. Durante a simulação, foram identificados e corrigidos os seguintes desafios: • Sincronização de Temporizador: Ajuste do tempo de T1 para garantir transição suave. • Segurança Operacional: Implementação de intertravamentos para proteger o motor e os contatores. O fluxograma facilitou a visualização da sequência operacional, enquanto a simulação no ZelioSoft2 validou a funcionalidade do algoritmo. A atividade permitiu consolidar conhecimentos em programação de CLPs para sistemas de partida de motores, além de reforçar a importância de temporizadores e intertravamentos em aplicações industriais. O algoritmo desenvolvido atende rigorosamente às especificações da partida estrela-triângulo, garantindo segurança e eficiência na operação do motor. A simulação bem-sucedida no ZelioSoft2 demonstra a viabilidade de implementação em cenários reais, como moendas e outras máquinas pesadas. Conclusão Este portfólio de atividades práticas em Controle e Automação de Processos Industriais proporcionou uma sólida integração entre teoria e prática, aprimorando habilidades essenciais para o desenvolvimento, programação e simulação de sistemas automatizados. Utilizando ferramentas como o software DIA e a plataforma ZelioSoft, foi possível aplicar os conhecimentos adquiridos em tarefas que variaram desde a criação de fluxogramas até a codificação de algoritmos na linguagem LADDER, permitindo ao estudante o desenvolvimento de soluções de controle eficientes para cenários industriais. A Atividade 1 teve como objetivo o uso do software DIA para elaborar diagramas de blocos, proporcionando uma visualização clara de processos industriais, como o controle de partida de um motor trifásico. Essa atividade destacou a relevância do planejamento gráfico na identificação de pontos críticos e na otimização de fluxos, além de favorecer uma comunicação mais eficaz entre equipes interdisciplinares. Na Atividade 2, o foco foi a automação de uma furadeira de bancada, integrando sensores de posição e controlando o motor de forma bidirecional. A criação do fluxograma e a programação em LADDER, utilizando o ZelioSoft, permitiram a simulação do ciclo de operação da máquina, o que foi essencial para validar a lógica de controle e otimizar as temporizações, assegurando a precisão e a segurança do processo. A Atividade 3 expandiu o escopo ao automatizar um sistema de semáforo, aplicando conceitos de temporização e intertravamentos. A simulação com o ZelioSoft evidenciou como a linguagem LADDER pode ser eficaz para gerenciar sequências temporizadas e garantir a sincronização das luzes, garantindo uma operação cíclica e segura. Finalmente, a Atividade 4 abordou a partida estrela-triângulo de um motor de indução trifásico, usado na moenda de cana-de-açúcar. A implementação do algoritmo em LADDER e a simulação no ZelioSoft demonstraram a eficiência do método na redução da corrente de partida e na transição gradual entre os dois estágios do motor, promovendo tanto a eficiência energética quanto a proteção do equipamento. Resultados Obtidos: Domínio de Ferramentas Gráficas: Capacidade de elaborar fluxogramas e diagramas de blocos para ilustrar processos industriais de forma clara e objetiva. Programação em LADDER: Habilidade em desenvolver algoritmos utilizando a linguagem LADDER, incluindo temporizadores, intertravamentos e sequências lógicas. Simulação e Validação de Sistemas: Experiência na simulação e ajustes de programas em ambientesvirtuais, garantindo a funcionalidade do sistema antes da implementação real. Integração Teórica e Prática: Aplicação de conhecimentos teóricos em contextos reais, como o controle de motores e a automação de sistemas industriais. As competências adquiridas neste portfólio são essenciais para quem deseja atuar em setores como indústria, energia e logística, onde a automação é crucial para aumentar a produtividade, reduzir custos e promover a segurança operacional. O domínio de ferramentas como DIA e ZelioSoft prepara o profissional para os desafios da Indústria 4.0, especialmente no que se refere à integração de sistemas físicos com digitais e à implementação de soluções IoT (Internet das Coisas). Este portfólio não apenas alcançou os objetivos propostos, mas também evidenciou a automação como um fator estratégico para o avanço da indústria. A combinação entre planejamento gráfico, programação em LADDER e simulação em ambientes virtuais provou ser uma abordagem eficiente para capacitar profissionais na resolução de problemas e na implementação de sistemas inteligentes e inovadores.