Aula 12-03-19

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AUTOMATIZAÇÃO DE SISTEMAS 
MECÂNICOS - CCE0697
Prof. Dr. Cochiran Pereira dos Santos
Aracaju, 12 de Fevereiro de 2019
Contextualização
O plano de disciplina para Automação de Sistemas foi
desenvolvido visando dar ao aluno os conhecimentos
necessários para uma futura aplicação real de automatização de
sistemas mecânicos na indústria.
Ementa
Introdução aos Comandos Elétricos
Dispositivos de Comando
Relés de Comando e Proteção
Relés de Comando
Dispositivos Elétricos de Acionamento
Automatização com comandos eletromêcanicos
Automatização com comandos eletrônicos
Normas IEC61131-3
Ementa
Arquitetura do CLP
Ambientes de programação
Linguagem Ladder
Circuitos de Auto-retenção
Circuitos de Prioridade
Conversões entre diagramas
Lógica Booleana em Ladder
Objetivos Gerais
Capacitar o aluno para conhecer e utilizar os dispositivos de
comando, relés de comando e proteção, os dispositivos elétricos
de acionamento de comando e controle, automatização com
comandos eletromecânicos, automatização com comandos
eletrônicos e as Normas IEC 61131-3.
Objetivos Específicos
· Conhecer e aplicar as técnicas empregadas na automatização
de sistemas;
· Conhecer e identificar os dispositivos utilizados em
automatização de sistemas;
· Conhecer os principais conceitos relacionados a automatização
de sistemas;
· Conhecer os requisitos da Norma IEC61131-3;
Objetivos Específicos
. Saber utilizar a linguagem Ladder;
. Conhecer os circuitos de autocorreção e os de prioridade;
. Conhecer as conversões entre diagramas.
Conteúdos
Unidade 1: Introdução aos comandos elétricos
1.1. Introdução
1.2. Simbologia
Unidade 2: Dispositivos de Comandos
2.1. Contatores
2.2. Aplicação dos Contatores
2.3. Bobinas dos Contatores
2.4. Tensão e Regulação
2.5. Contatos Auxiliares
2.6. Dimensionamento dos Contatores
2.7. Classificação dos Contatores
Unidade 3: Relés de Comando e Proteção
3.1. Relé Térmico
3.2. Relé de Falta de Fase
3.3. Relé de Sequência de Fase
3.4. Relés de Máxima e Mínima Tensão
3.5. Relé de Proteção PTC
3.6. Bloco Anti-Parasita
Unidade 4: Relés auxiliares de Comando
4.1. Relé Temporizado
4.1.1 Retardo a energização (On-delay)
4.1.2 Retardo a desenergização (Off-delay)
4.2. Relés Auxiliares
Unidade 5: Dispositivos elétricos de acionamento,
comando, controle e proteção
5.1. Classificação dos Dispositivos Elétricos utilizados em Baixa
Tensão
5.2. Fusíveis
5.2.1. Aspectos Construtivos dos Fusíveis
5.2.2. Tipos Normal, Rápidos e Retardados
5.2.3. Dimensionamento dos fusíveis
5.3 Disjuntor Motor
Unidade 6: Automatização com comandos eletromecânicos
6.1 Diagramas de comando, força, unifiliar e multifilar
6.2 Comando em Partida Direta
6.2.1. Esquema de Ligação
6.2.2. Exemplo de Dimensionamento e aplicação
6.3. Comando Manual e com Chave Seletora
6.3.1. Esquema de Ligação
6.3.2. Exemplo de Dimensionamento e aplicação
6.4. Comando com Reversão e Intertravamento de Contatos
6.4.1. Esquema de Ligação
6.4.2. Exemplo de Dimensionamento e aplicação
6.5. Comando com temporizadores
6.5.1. Esquema de Ligação
6.5.2. Exemplo de Dimensionamento e aplicação
6.6. Comando com freio eletromagnético
6.6.1. Esquema de Ligação
6.6.2. Exemplo de Dimensionamento e aplicação
6.7. Fechamento de Motores
6.7.1 Motores trifásico com 6 terminais, 9 e 12 terminais
6.8 Comando com partida estrela triangulo
6.8.1. Esquema de Ligação
6.8.2. Exemplo de Dimensionamento e aplicação
6.9. Teste de Isolamento em Motores
Unidade 7: Prática de Testes de Comandos
7.1. Quadro de Simulação de Defeitos: Modo de Operação
7.2. Simulação de Defeitos: Comando Elétrico de Partida Direta
7.3. Simulação de Defeitos: Comando Elétrico de Partida Direta
com Reversão de Rotação
7.4. Simulação de Defeitos: Comando Elétrico de Partida
Indireta utilizando Chave Estrela Triângulo
Unidade 8: Automatização com comandos eletrônicos
8.1 Introdução a eletrônica de potência
8.1.1 Diodos, Transitores, Tiristores, SCR e IGBT
8.2. Soft-Starter
8.2.1. Principais Funções da Soft-Starter
8.2.2. Proteções
8.2.3. Descrição dos parâmetros
8.2.4. Formas de ligação
Unidade 8: Automatização com comandos eletrônicos
8.3. Princípios básicos de conversores de frequência
8.3.1 Funcionamento (PWM)
8.4. Classificação dos Conversores de freqüência
8.5. Blocos Componentes do Inversor de freqüência
8.6. Dimensionamento do Inversor
8.7. Conexões de Entrada e Saída do Inversor de freqüência
8.8. Aplicação dos Inversores de freqüência em Controle
Unidade 9: Introdução ao CLP
9.1. Perspectiva Histórica e comparação com outros sistemas
de controle
9.2. Confiabilidade e Segurança no Sistema CLP
Unidade 10: Norma IEC 61131-3
10.1 Requisitos de Hardware
10.2 Linguagens de Programação
Unidade 11: Arquitetura Básica do CLP
11.1. Diagrama em blocos genérico
11.2. Sistema de Memória
11.3. Unidade de I/O Digital
11.4. Unidade de I/O Analógica
11.5. Sinais Analógicos Padronizados
11.6. Comunicação: Interfaces utilizadas
Unidade 12: Ambiente de Programação
12.1. Fases principais da Programação
12.2. Unidades Organizacionais de Programa
12.3. Configuração de Sistema
12.4. Declaração de Variáveis
12.5. Tipos de Dados
12.6. Mapa de Memória
12.7. Conexão ao PLC e Transferência do Programa
12.8. Supervisão e Controle do Estado do Programa
12.9. Sistema Operacional: Ciclo de SCAN
Unidade 13: Linguagem LADDER Fundamentos de
Programação
13.1. Lógica de Contatos
13.2. Corrente Lógica Fictícia
13.3. Instruções Ladder
13.4. Leitura de entradas
13.5. Montagens não permitidas
Unidade 14: LADDER: Circuitos de Auto-Retenção e
Prioridade
14.1. Contato de Selo
14.2. Instrução Set e Reset
14.3. Detecção de eventos
14.4. Sistemas de intertravamento
Unidade 15: LADDER: Diagrama de Contatos em LADDER
15.1. Fluxo reverso
15.2. Repetição de contatos e bobinas
15.3. Transformação de Esquema Funcional em Diagrama
Ladder
Unidade 16: LADDER: Lógica Booleana
16.1. NOT
16.2. AND e NAND
16.3. OR e NOR
16.4. Transformação de circuitos combinacionais em Ladder
16.5. Leitura de um Diagrama de Causa e Efeito
16.6. Transformação de Diagramas de Causa e Efeito em
Ladder
16.7. Leitura e desenvolvimento de um Diagrama Lógico
Aulas teóricas:
Aulas expositivas sobre os conteúdos apresentados.
Leituras complementares de textos atuais sobre os temas
abordados e debates posteriores.
Aulas práticas:
Desenvolvimento e supervisão de trabalhos práticos para
discussões interativas e aplicabilidade dos conceitos em
laboratórios.
Recursos
Quadro magnético e equipamento multimídia
Kit didáticos de acionamentos eletromecânicos e eletrônicos
Kit didático de CLP
Ferramentas eletromecânicas
Instrumentos de medidas eletromecânicas
Procedimentos de Avaliação
A AV1 contemplará o conteúdo da disciplina até a sua
realização, incluindo o das atividades estruturadas.
As AV2 e AV3 abrangerão todo o conteúdo da disciplina,
incluindo o das atividades estruturadas.
Para aprovação na disciplina o aluno deverá:
1. Atingir resultado igual ou superior a 6,0, calculado a partir da
média aritmética entre os graus das avaliações, sendo
consideradas apenas as duas maiores notas obtida dentre as três
etapas de avaliação (AV1, AV2 e AV3). A média aritmética obtida
será o grau final do aluno na disciplina.
2. Obter grau igual ou superior a 4,0 em, pelo menos, duas das
três avaliações.
3. Freqüentar, no mínimo, 75% das aulas ministradas.
Bibliografia Básica
CREDER, Helio. Instalações elétricas. 15. ed. Riode Janeiro: LTC,
2007.
EDMINISTER, Joséph A. Circuitos elétricos. 2. ed. São Paulo: McGraw-
Hill, 1985.
FRANCHI, Claiton Moro. Acionamentos elétricos. São Paulo: Érica,
2007.
Bibliografia Complementar
AHMED, Ashfaq. Eletrônica de potência. São Paulo: Prentice-Hall,
2000.
COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações elétricas. 3. ed. São Paulo:
Makron, 1993
NISKIER, Julio; MACINTYRE, Archibald Joséph. Instalações elétricas.
5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
SANCHES, Durval. Eletrônica industrial: montagem. Rio de Janeiro:
Interciência, 2000.
CAVALCANTI, Paulo João Mendes. Fundamentos de eletrotécnica:
para técnicos em eletrônica. 21. ed. rev. e melh. Rio de Janeiro: Freitas
Bastos, 2001.
KERNIGHAN, Brian W. Prática da programação. Rio de Janeiro:
Campus, 2000.
PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: programação em C. São
Paulo: Érica, 2003.
SILVEIRA, Paulo Rogério da; SANTOS, Winderson E. Automação e
controle discreto. 5. ed. São Paulo: Érica, 2003.
AUTOMATIZAÇÃO DE SISTEMAS MECÂNICOS
Automatização x Automação
Automatização
1. substantivo feminino
ato ou efeito de automatizar.
2. m.q. AUTOMAÇÃO.
Automação
Sistema que emprega processos automáticos que comandam e
controlam os mecanismos para seu próprio funcionamento.
Introdução aos comandos elétricos
A importância dos comandos elétricos para controle dos
dispositivos mecânicos.
Objetivos
- Debater sobre a importância dos comandos elétricos para
controle dos dispositivos mecânicos.
- Reconhecer as simbologias adotadas em comandos elétricos.
O que são comandos elétricos?
Atualmente tudo que nos cerca envolve eletricidade*, e a
automação faz parte de nosso cotidiano, mesmo que nas coisas
mais simples possíveis.
*Seu estudo é dividido em 4 grandes áreas que são a geração,
transmissão, distribuição e consumo.
Os comandos elétricos são o princípio da automação, através
de suas lógicas de comandos e acionamentos, sua principal
função é realizar o acionamento de máquinas elétricas e
equipamentos elétricos, dos mais variados tipos.
São utilizados para diversas finalidades, como por exemplo em
elevadores, tornos, fresas, esteiras rolantes e infinitos processos
de produção dentro das indústrias.
Os comandos elétricos dividem-se basicamente em circuito de
força ou de cargas, em que são ligados os motores e
equipamentos.
- Circuito de cargas: o circuito de cargas pode ser monofásico
(uma fase), bifásico (duas fases) ou trifásico (três fases), em que
as quantidades de cargas elétricas utilizadas representam sua
potência total.
- Circuito de comandos: o circuito de comandos ou de controle
é onde os dispositivos de acionamento e sinalização são
encontrados, este local possui uma combinação de elementos
que executam o acionamento das cargas e sinaleiros através de
uma combinação lógica de elementos deste circuito.
Acionamento convencional: utilizam partidas convencionais de
motores, e para isso utilizam dispositivos eletromecânicos para o
acionamento de um motor. Ex.: contatores eletromecânicos,
interruptores mecânicos.
Acionamento eletrônico: utilizam a partida eletrônica de
motores, através de dispositivos eletrônicos para acioná-los. Ex.:
Soft-starters, inversores de frequência.
Em comandos elétricos são utilizados dispositivos de proteção:
• Fusíveis
• Relés Térmicos
• Disjuntores e Disjuntores Motores
• Dispositivos de comando, sinalização e auxiliares
• Botoeiras e Chaves Manuais
• Contatores
• Relés Temporizadores
• Sinalizadores Visuais e Sonoros
Componentes usados em comandos elétricos
Botoeiras
As botoeiras são conhecidas de forma genérica como botão de
comando, é um elemento responsável por ligar e desligar os
circuitos.
As botoeiras mais comuns possuem contatos do tipo
normalmente aberto (NA) e normalmente fechado (NF) permitindo
diversas configurações.
Algumas botoeiras possuem um dispositivo de retorno por mola,
que após ser acionado retorna para a posição inicial, neste caso
são denominados botões pulsadores.
Existem outros atuadores, que são as chaves rotativas, pedais,
fins de curso, etc.
Para facilitar o entendimento, essas botoeiras ou acionadores
possuem cores definidas de acordo com a sua função.
Estas cores são definidas de acordo com as normas e a sua
função, conforme vemos abaixo:
Simbologia das botoeiras:
Fusíveis
Os fusíveis são dispositivos conhecidos por muitos, justamente
por estarem presentes em estabelecimentos e carros, por
exemplo, sendo que a sua função é proteger o circuito que está
instalado contra curto-circuito e queima.
Classificação de fusíveis quanto à velocidade de atuação:
- Ultra-rápidos (Ultra-Fast acting)
Utilizados para a proteção de circuitos eletroeletrônicos,
principalmente para a proteção de componentes semicondutores,
em que pequenas variações de corrente em curtíssimo espaço de
tempo fazem o fusível atuar.
- Rápidos (fast acting)
Também utilizados para a proteção de circuitos com
semicondutores e sua atuação é rápida o suficiente para limitar o
aumento da corrente num curto intervalo de tempo.
- Normal (normal acting)
A atuação do fusível é mediana, tem como objetivo de proteção
circuitos eletroeletrônicos e elétricos, utilizado de forma mais geral
onde a proteção do circuito não necessite um tempo muito curto de
atuação.
- Retardo (time-delay acting)
São fusíveis de atuação lenta.
Utilizados para a proteção de circuitos elétricos, e tem como
principal objetivo a proteção de circuitos com cargas indutivas (ex.:
motor).
Esta característica permite que o fusível não atue no pico de
corrente provocado pela partida do motor.
Simbologia
Relé
O relé é um interruptor eletromecânico, cujo funcionamento é
bem simples, quando uma corrente circula pela bobina, esta gera
um campo eletromagnético que acaba atraindo uma série de
contatos, estes contatos fecham ou abrem os circuitos.
Quando a corrente elétrica que passa pelas bobinas é
interrompida, o campo eletromagnético também é interrompido, ou
seja, os contatos voltam para suas posições originais.
Simbologia
Relés temporizadores
Sinalizadores
Como o próprio nome já diz, os sinalizadores servem para
sinalizar o operador de uma situação que requer sua atenção.
Podem ser do tipo luminosos ou sonoros, sendo que o
luminoso é o mais utilizado.
Assim como as botoeiras, os sinalizadores são identificados
por cores.
Sinalizadores
Contator
É um dispositivo eletromecânico e o principal elemento em
comandos elétricos, cuja principal função é controlar a passagem
de altas correntes.
Ele também possui as configurações NA e NF, e é composto por
uma bobina que produz um campo eletromagnético que
proporciona o movimento e a mudança de posição dos seus
contatos.
Os contatores possuem dois tipos de contato, um é o de
potência ou principal, que lidam com alta corrente, geralmente em
blocos de três contatos, para cargas trifásicas, sendo todos NA.
Os outros são contatos auxiliares ou de comando, que lidam com
baixa corrente, utilizados para os comandos elétricos propriamente
ditos.
Os contatos são mesclados entre NA e NF que variam de acordo
com o fabricante e a necessidade.
Simbologia
Disjuntores
Os disjuntores são dispositivos de proteção e, assim como os
fusíveis, atuam protegendo o circuito contra um possível curto-
circuito ou sobrecarga.
A principal diferença é que o disjuntor não é descartável como o
fusível e os disjuntores possuem curvas características distintas.
Possuem em seu corpo a capacidade de corrente (ou a corrente
máxima) de trabalho. Ex.: 16 A, 25 A, 32 A, 100 A.
SimbologiaConsiderações finais
Atualmente é quase impossível encontrar nas indústrias alguma
máquina ou processo de produção que não possua comandos
elétricos em sua composição.
Os comandos elétricos, além de tornar possível o controle de
múltiplas máquinas e suas atividades, otimizam a produção,
reduzem preços e evitam desgaste de equipamentos, além de
favorecem o aumento da segurança dos operadores durante todo
o processo.
NORMAS REGULAMENTADORAS (NR)
São duas normas que devem ser observadas ao se lidar com
comandos elétricos, a NR 10 (segurança em instalações e serviços
em eletricidade) e a NR 12 (segurança no trabalho em máquinas e
equipamentos).
A NR 10 em sua definição estabelece os requisitos e condições
mínimas que objetivam a implementação de medidas de controle e
sistemas preventivos, de forma a garantir a segurança e saúde dos
trabalhadores que, direta ou indiretamente, interajam em
instalações elétricas e serviços com eletricidade.
A NR 12 e seus anexos definem referências técnicas, princípios
fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a
integridade física dos trabalhadores, e estabelece requisitos
mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas
fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de
todos os tipos.
Circuitos
Circuitos