Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
GERADOR CONTROLADO POR CLP 1 CENTRO UNIVERSITARIO DAS FACULDADES METROPOLITANAS UNIDAS ENGENHARIA ELÈTRICA ANTÔNIO MARQUES GUIMÃRES DANIEL PIMENTEL SOUZA FELIPE DE BRITO LIMA LEONARDO A.R FAVERO MONITORACÃO REMOTO GERADOR SÃO PAULO - SP 2020 GERADOR CONTROLADO POR CLP 2 ANTÔNIO MARQUES GUIMÃRES DANIEL PIMENTEL SOUZA FELIPE DE BRITO LIMA LEONARDO A.R FAVERO MONITORACAO REMOTO GERADOR GERADOR CONTROLADO POR CLP 3 GERADOR CONTROLADO POR CLP VIA SMS CONTROLADOR GERADOR REMOTAMENTE RESUMO O monitoramento remoto permite acompanhar o processo de funcionamento de seus grupos geradores via Internet GPRS (Rede Celular /Chip de dados). O Sistema está disponível pa- ra equi- pamentos de pequeno, médio e grande porte. O Sis- tema que esta em desenvolvimento pelo nosso grupo, pode haver a interação entre homem e maquina através do modulo SMS acoplado no CLP Unitronics com comunicação a IHM presente no Gerador, modelo DSE4520,e de acordo com o es- tado atual do Gerador, e de como foi programado a interação SMS o CLP enviara mensagens para o numero de celular es- colhido de acordo com cada situação. Através dessa leitura, podemos fornecer aos nossos clientes à opção de controle a distância do equipamento gerando confiança, segurança eco- nomia e sustentabilidade evitando a geração de CO2 com a queima de combustível em horários desnecessários. Palavras-chave: CLP, Monitoramento remoto de Geradores, Geradores. GERADOR CONTROLADO POR CLP 4 ABSTRACT Remote monitoring allows you to monitor the functioning process of your generating groups via Internet GPRS (Cellular Network / Data Chip). The System is available for small, medium and large equipment. The System that is being developed by our group, there can be an interaction between man and machine through the SMS module activated in the PLC Unitronics with communi- cation to the HMI present in the Generator, model DSE4520, and according to the current state of the generator, and how it was programmed for interaction by SMS or CLP sends messag- es to the chosen cell number according to each situation. Through this reading, we can provide our customers with an op- tion of remote control of the equipment, generating confidence, safety and savings, avoiding the generation of CO2 by burning fuel at unnecessary times. Keyword: PLC, Remote monitoring of generators, Generators. GERADOR CONTROLADO POR CLP 5 INTRODUÇÃO Eletricidade A eletricidade é uma das maiores forças da natureza. E em meados do século XX, nós a dominamos para iluminar e abastecer o nosso mundo moderno. Há pouco mais de 200 anos, os primeiros cientistas descobriram que a eletricidade podia ser muito mais do que uma carga estática. Ela podia correr em corrente contínua. Mas eles estavam prestes a descobrir algo profundo. Que a eletricidade está ligada ao magnetismo. Dominar o elo entre o magnetismo e a eletricidade transformaria completamente o mundo e nos permitiria gerar uma quantidade aparentemente ilimitada de energia elétrica. Nossa história começa em Londres, no início do século XIX, com um jovem que iria aprofundar nosso conhecimento da eletricidade tanto quanto qualquer outro. Em 29 fevereiro de 1812, um encadernador autodidata de 20 anos, chamado Michael Faraday, veio aqui, à Royal Institution da Grã-Bretanha. Ele acabou tendo a chance quando recebeu um ingresso para uma das últimas palestras do maior químico inglês da época, Sir Humphry Davy. Isso mudaria para sempre a vida do jovem Faraday. Faraday criou um circuito usando uma bateria, dois fios e um banho de mercúrio. O circuito segue por estas hastes de cobre e este fio pendurado mergulha no mercúrio. Devido ao mercúrio ser um bom condutor, ele completa o circuito. Quando a corrente passa pelo circuito... gera um campo de força magnético circular ao redor do fio. Isso interage com o magnetismo de um ímã permanente que Faraday havia colocado no meio do mercúrio. Juntos, eles forçam o fio a se mover. Faraday provara que essa força invisível realmente existia e que ele podia ver seu efeito, o movimento circular. Este belo aparelho foi o primeiro a converter GERADOR CONTROLADO POR CLP 6 a corrente elétrica em movimento contínuo. Basicamente, é o primeiro motor elétrico. Faraday explorou detalhadamente essa relação e submeteu-se a um desafio ainda mais difícil. Usar o magnetismo e o movimento para produzir eletricidade. Faraday, vivendo em um mundo de energia a vapor, estava informando à comunidade científica da natureza da eletricidade, mas, ao mesmo tempo, outra descoberta sobre como poderíamos usá-la foi feita. Este seria o primeiro aparelho a retirar a eletricidade do laboratório e pôr nas mãos das pessoas comuns. Até o século XIX, só conhecíamos um meio de criar a nossa própria luz.Os primeiros arcos de luz foram demonstrados pelo mentor de Michael Faraday, Sir Humphry Davy, na Royal Institution em 1808. No início da década de 1880, o mais famoso, mais prodigioso, e mais competitivo inventor do mundo assumiu o desafio: o norte-americano Thomas Alva Edison, utilizar energia elétrica para iluminar casas e ruas. Se tivéssemos aderido à forma de Edison de gerar e distribuir eletricidade, o mundo seria um lugar muito diferente. Teríamos usinas elétricas espalhadas a não mais que 1,5 km distância, mesmo nos centros de nossas vilas e cidades. Mas alguém que tinha as respostas para tais problemas estava prestes a entrar na história. Alguém que ajudaria a criar o mundo moderno e que teria papel crucial em uma das maiores disputas da história científica. Seu nome era Nikola Tesla e ele estava bem debaixo do nariz de Edison. Nikola Tesla foi um inventor sérvio, nascido na Croácia, e trabalhou por pouco tempo para Edison após chegar a Nova York, aos 28 anos. Tesla propôs utilizar um método de transmissão de eletricidade em que as correntes pudessem ser reduzidas sem queda na quantidade de energia elétrica na outra extremidade, chamada de corrente alternada. GERADOR CONTROLADO POR CLP 7 Aperfeiçoar a tecnologia para transmitir a eletricidade a centenas de quilômetros de onde ela era gerada representaria um grande passo rumo ao mundo moderno. Embora ela fosse boa para a luz elétrica, ao contrário da corrente contínua, não havia nenhum motor prático que operasse com ela. E ninguém acreditava que viesse a existir. Além de Nikola Tesla. Ele mostrou como o movimento giratório pode ser produzido diretamente a partir de uma corrente alternada. Tesla introduziu mais de uma corrente alternada no seu motor e as temporizou para que seguissem uma a outra. A primeira corrente alternada energizou uma bobina de fio no interior do motor, criando um campo eletromagnético que atraía a peça central móvel do motor para ele e depois desaparecia, criando assim o motor de corrente alternada. Em 1896, a nova usina elétrica foi concluída nas Cataratas do Niágara, usando geradores de CA Westinghouse para produzir a corrente polifásica de Tesla. E hoje, quase toda eletricidade gerada no mundo é feita através do sistema de Tesla. Hoje, podemos gerar bilhões de watts de eletricidade a cada segundo, a cada hora, todos os dias. E quer façamos isso utilizando carvão, gás, ou fissão nuclear, todas as usinas elétricasse baseiam nos princípios descobertos e desenvolvidos por Michael Faraday, Nikola Tesla, e todos os demais engenheiros eletricistas pioneiros de uma maravilhosa era da invenção. Hoje, temos a eletricidade como trivial, e esquecemos o quanto ela foi uma força mágica e misteriosa. Mas há algo que nunca devemos esquecer. Hoje, sem ela, o mundo moderno entraria em colapso e nossa vida seria muito diferente. GERADOR CONTROLADO POR CLP 8 Gerador Elétrico Em 1831, tanto Michael Faraday, no Reino Unido, como Joseph Henry, nos Esta- dos Unidos, demonstraram cada um a seu modo, mas ao mesmo tempo, a possi- bilidade de transformar energia mecânica em energia elétrica. Fonte: (Copel) Figura - Gerador de Corrente Alternada 1. As duas extremidades da armadura de um gerador de corrente alternada ligam- se a anéis condutores, a que se apoiam escovas de carbono. 2. A armadura gira e a corrente flui no sentido anti-horário. A escova do anel A conduz a corrente para fora da armadura, permitindo que uma lâmpada se acen- da; o anel B devolve a corrente à armadura. 3. Quando a armadura gira paralelamente ao campo magnético, não há geração de corrente. 4. Uma fração de segundos depois, a armadura volta a girar paralelamente ao campo magnético, e a corrente inverte seu sentido: a escova do anel coletor B a conduz para fora da armadura e a do anel A devolve à armadura. GERADOR CONTROLADO POR CLP 9 Princípio de funcionamento O gerador elétrico mais simples é formado por uma espira plana com liberdade suficiente para se mover sob a ação de um campo magnético uniforme. Essa es- pira gira em torno de um eixo perpendicular à direção das linhas de força do cam- po magnético aplicado. A variação do valor do fluxo que atravessa a espira móvel induz nela uma força eletromotriz. Assim, a força eletromotriz resulta do movimento relativo que há entre a espira e o campo magnético. A corrente produzida desse modo é alternada. Para se obter corrente contínua, é preciso dotar o gerador de um dispositivo que faça a retifica- ção da corrente, denominado coletor dos dínamos. Pela descrição do princípio de funcionamento dos geradores, vê-se que possuem dois circuitos distintos: o do induzido e o do indutor. No caso do gerador elementar descrito, o induzido seria a bobina móvel e o indutor o campo magnético. Tipos de geradores Os geradores podem ser divididos numa enorme quantidade de tipos, de acordo com o aspecto que se leve em conta. Além dos dois grupos mais gerais - gerado- res de corrente contínua e de corrente alternada -, os dínamos podem ser, quanto ao número de polos, dipolares e multipolares; quanto ao enrolamento do induzido, podem ser em anel e em tambor; quanto ao tipo de excitação, auto excitados e de excitação independente. GERADOR CONTROLADO POR CLP 10 Regime de trabalho/serviço Standby ou Emergência Utiliza-se o regime de trabalho/serviço Standby ou Emergência quando o forneci- mento de energia elétrica substitui o fornecimento de energia da concessionária, ou quando a energia provém de uma rede não confiável. Este regime é utilizado somente para aplicações de emergência, onde o grupo gerador funciona como reserva da fonte atual de energia. Prime O regime de trabalho/serviço prime é utilizado em instalações servidas por uma fonte normal e confiável de energia, onde os equipamentos serão dimensionados para alimentar cargas variáveis em serviços programados, como horários de pon- ta ou horo-sazonal. A utilização do gerador neste regime proporciona a segurança necessária para eventos e/ou empresas que optam pela utilização do gerador para serviços pro- gramados. Recomenda-se a utilização deste regime para operações com número de horas ilimitadas, restringindo-se às aplicações de carga constante. GERADOR CONTROLADO POR CLP 11 Contínuo ou carga básica Tratando-se de locais remotos ou eventos que utilizam como única fonte de ener- gia o gerador, o regime de trabalho/serviço mais indicado é o contínuo. Neste regime espera-se que o gerador produza a saída nominal durante um nú- mero ilimitado de horas sob carga constante, alimentando as cargas variáveis du- rante todo tempo necessário de operação. Para o regime contínuo, é importante respeitar sempre os intervalos de manutenção determinados pelo fabricante. O Controlador Lógico Programável ( CLP ) A Revolução Industrial iniciou em meados do século XVIII e foi marcado pela tran- sição de uma sociedade predominantemente agrícola e de produção de bens de consumo de forma artesanal, para uma sociedade predominantemente urbana e de produção de bens de consumo de forma mecanizada. Estes novos métodos de produção mecanizados são caracterizados pela introdução de máquinas que substituem a força humana pela mecânica. Desta forma, esta nova sociedade se tornou comprometida com os avanços tecnológicos e pautada pelo aumento da qualidade de vida e pelo surgimento de novas frentes de trabalho. Os setores de atividades podem ser classificados em três grandes categorias: Primaria: atividades agrícolas Secundária: atividades industriais Terciária: prestação de serviços. GERADOR CONTROLADO POR CLP 12 Antes da revolução industrial, a atividade produtiva era mais lenta e sem muita técnica e centrada nas atividades agrícolas. Não havia preocupação com a produ- tividade. Neste período as pessoas ligadas aos setores secundário e terciário e- ram poucas. Estima-se que cerca de 80% da população economicamente ativa estava ligada ao setor primário antes da revolução industrial. A partir de 1800, houve um constante crescimento do setor terciário, que, contra- riando o nome da revolução, foi o setor mais influenciado pela revolução industri- al. Contudo, este crescimento só foi possível pelo novo modelo econômico, que separou os fatores de produção em “capital” e “trabalho”, e pela industrialização que permitiu a produção mais eficiente dos bens de consumo. Neste momento que foi cunhado o termo produtividade e começou-se a preocupação pelo seu aumento. Controle Industrial A preocupação pelo aumento da produtividade iniciado pela Revolução Industrial exigia que as atividades produtivas melhorassem seus métodos de produção. En- tão surgiu a necessidade de padronização e mecanização das atividades fabris, incluindo a substituição de atividades repetitivas, antes executadas pelo homem, por máquinas. Logo, estas máquinas precisariam de uma tecnologia para contro- lar a execução destas atividades. Como consequência, surgiram as máquinas- ferramentas com controles automático simples que permitiam a execução de uma sequência simples de operação. Os primeiros controles foram os reguladores mecânicos do tipo desenvolvido por James Watt em 1788. Mas logo seguiram a instrumentação e reguladores do tipo pneumático e hidráulico. Após a Segunda Guerra Mundial, surgiram os primeiros reguladores eletrônicos utilizando tecnologia analógica. Na década de 1920, os reguladores mecânicos foram substituídos pelos relés e contatores. Além de ter um custo atraente em comparação aos reguladores me- cânicos, esta substituição também permitiu o desenvolvimento de lógicas de con- GERADOR CONTROLADO POR CLP 13 trole mais complexas e sofisticadas. Desta forma, os relés foram cada vez mais empregados em sistema de controle em todo o mundo. No início da década de 50 surgiu o Controle Numérico – CN, como consequência da evolução das máquinas-ferramentas e utilização de circuitos transistoriza- dos. O CN permitia ações controladas a partir da leitura de dados numéricos. Com advento dos microprocessadores, a indústria ganhou uma expansão que iria revolucionar a forma de desenvolver controles automáticos. Destaforma, as má- quinas-ferramentas automáticas puderam utilizar Controles Numéricos Computa- dorizados – CNC, que aplica um controlador microprocessado. Já na indústria automobilística norte-americana, mais especificamente na General Motors – GM, neste mesmo período, havia uma forte demanda na flexibilização da lógica de relés. Pois o custo de modificação da lógica era alto em tempo e dinhei- ro. Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi elaborada uma especifica- ção para a solução deste problema. Porém esta especificação não só refletiu a necessidade da industria automobilística, ela refletiu as necessidades de todas as industrias manufatureiras. A característica desta especificação era: Facilidade de programação e reprogramação, preferivelmente na planta, para ser possível alterar a seqüência de operações na linha de montagem; Possibilidade de manutenção e reparo, com blocos de entrada e saída mo- dulares; Confiabilidade, para que possa ser utilizado em um ambiente industrial; Redução de tamanho em comparação ao sistema tradicional que utilizava relés; Ser competitivo em custo com relação a painéis de relés e eletrônicos e- quivalentes; Possibilitar entradas em 115V e saídas em 115V e com capacidade mínima de 2A para operar válvulas solenóides e contatores; GERADOR CONTROLADO POR CLP 14 Possibilitar expansões sem grandes alterações no sistema; Memória programável com no mínimo 4 KBytes e possibilidade de expan- são. Estações de operação com interface mais amigável; Possibilidade de integração dos dados de processo do CLP em bancos de dados gerenciais, para tornar disponíveis informações sobre o chão de fá- brica para os departamentos envolvidos com o planejamento da produ- ção.No final da década de 60, a empresa norte-americana Bedford Associ- ate lançou o MODICON 084 (Modular Digital Controller), um dispositivo de computação capaz de atender as especificações da GM, ou seja, o primei- ro CLP (Controlador Lógico Programável). MATERIAIS E MÉTODOS Descrição Quantidade (un.) CLP Unitronics jazz 1 Cabo de progra- mação 1 Fonte 24VDC 1 Rele de interface 6 Modem GPRS 1 Software U90 1 Fonte: (autoria do grupo) GERADOR CONTROLADO POR CLP 15 Fabri- cante Modelo Motor Cilin- dros Gera- dor Tensão Imax Stemac 220KV A NEF67- TM6 6 1800rp m 220/127 v 578A Fonte: (Stemac) Funcionamento e Montagem Do Sistema Para efetuar a Montagem do sistema, foi utilizado um CLP da Unitronics da linha JAZZ, por ele possuir IHM integrada ao CLP e sua programação tanto da lógica e da IHM são feitas em um único software U90 Ladder com facilidade. Sua comunicação é feita através do cabo com protocolo RS232, fornecido apenas pelo representante do clp, que no caso é a empresa DAKOL, este cabo possui um lado com o conector compatível exclusivamente com o CLP e na sua outra extre- midade um conector DB9 Macho, sendo necessária a compra de um conversor Serial para USB, sabendo se que não existe este cabo com saída USB, foi neces- sário também a utilização de um modem GPRS vendido separadamente do CLP, para poder dar prosseguimento ao projeto, de controle remoto de um gerador. O funcionamento do Projeto será de acordo com as informações coletadas do CLP presente no Gerador, para o nosso CLP, o clp do projeto ele ira habilitar os comandos de partida, parada e modo Manutenção, no caso esse modo manuten- ção, será disponibilizado um display em nossa programação que caso o operador insira a senha correta, ira habilitar o modo manutenção e o gerador ficara inibido, bloqueado para qualquer tipo de partida, ou manobra, e sendo assim efetuar a devida manutenção. Quando a senha correta for inserida, automaticamente o Clp encaminhara através do modulo GPRS um SMS para o responsável avisando que o gerador esta no modo manutenção. No caso, nós vamos manter todas as funções de proteções no próprio clp do ge- rador, e em caso de falha na rede, ou falta de fase, o clp do gerador enviara um GERADOR CONTROLADO POR CLP 16 sinal para o nosso CLP que irá partir o gerador, e novamente através do modulo GPRS encaminhara uma mensagem para o celular do responsável com o numero da instalação e o telefone da concessionária de energia, e também haverá a op- ção de quando o gerador partir, o responsável desligar o gerador via SMS, então neste caso o nosso CLP executara somente as funções básicas de partida, para- da, e modo manutenção, e a parte de proteções, nível de combustível, temperatu- ra da água, tensão de rede, fator de potencia, e corrente ficara no próprio CLP do gerador, que já é especifico para estas medições. Nosso CLP possui entradas digitais, e saídas a rele, então neste caso para fazer a comunicação entre o CLP do gerador e o CLP do nosso projeto, será necessário o uso de reles de interface, devido a tensão de trabalho serem diferentes, que no CLP do gerador ele faz leitura das tensões direta, ou seja, recebe na suas entra- das, 220VAC direto, e a leitura de corrente é feita apenas em uma fase na fase R, através de um tc de 800/5A e as correntes das outras fases são dedutíveis partin- do do plano que o sistema esta em equilíbrio, para as tensões de fase, não é ne- cessário o neutro no clp do gerador, ele faz a dedução da tensão de linha através de seu algoritmo interno. A temperatura da água é medida através de um termopar e vai direto para as en- tradas do CLP do gerador, o combustível é medido com um sensor que envia si- nal analógico para o CLP também. Neste caso como as saídas do CLP do gera- dor também trabalha com tensões diferentes do CLP do projeto, e neste caso u- samos o rele de interface a saída do clp do gerador, aciona o rele de interface e fechando um contato seco, normalmente aberto, acionara o 24vdc para a entrada do clp, sendo assim partindo, ou parando o Gerador e caso a senha for inserida ele entrada em modo de bloqueio, e sinalizara modo manutenção. No caso do nosso projeto vamos fazer a programação em ladder, e a utilização da função de criação displays, que suporta no Maximo até 60 programações de displays, forne- cida pelo próprio software do clp, e sobre a interação de mensagens entre o usuá- rio e o clp, vou criar variáveis para cada tipo de mensagem pré-definida via soft- GERADOR CONTROLADO POR CLP 17 ware, que a cada interação haverá uma variável e a partir desta variável, vou defi- nir o tipo, da variável, que será do tipo bit(on/off) e juntar cada variável com o seu respectivo memory bit, e display programado. CLP GERADOR – DEEP SEA 4520 Fonte: (Ecco Engenharia) GERADOR CONTROLADO POR CLP 18 IMAGEM REAL E DESCRICAO DAS FUNCOES Fonte: (Ecco Engenharia) IMAGEM REAL GERADOR Fonte: (Stemac) GERADOR CONTROLADO POR CLP 19 CLP DO PROJETO – UNITRONICS JAZZ JZ20-R10 Fonte: (Dakol) CABO PROGRAMACAO Fonte: (Dakol) GERADOR CONTROLADO POR CLP 20 MODEM GPRS Fonte:(Dakol) GERADOR CONTROLADO POR CLP 21 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Copel, Geradores Eletricos Disponivel em : https://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagc opel2.nsf%2Fdocs%2F40A0E2ABD99123CF0325740C00496689 Acessado:12/06/2020 FRANCHI, C.M., Controladores Lógicos Programáveis – Sistemas Discretos. 1. ed. São Paulo: Érica, 2008.SILVEIRA, P.R., SANTOS, W.E. Automação e controle discreto. São Paulo: Érica, 2008. BBC - A História da Eletricidade – A Era da Invenção - Episódio 02 disponivel em: http://www.oficinadapesquisa.com.br/APOSTILAS/IENG/HISTORIA.ELETRICIDADE.2.pdf Acessado:12/06/2020 Manual Gerador Disponivelem: http://www.stemac.com.br/uploads/20190711151803_carenagem-fechada.pdf Acessado:13/06/2020 Manual e instrucoes CLP GERADOR DSE4520 Disponivel em: https://eccoengenharia.com.br/files/057-171-4510-4520-ops-portuguese.pdf Acessado:14/06/2020 Catalogo Gerador Disponivel em: http://www.stemac.com.br/solucoes-em-geradores.aspx Acessado:14/06/2020 Especificacao CLP Disponivel em: https://www.dakol.com.br/produtos/clp-com-ihm-incorporada/jazz-e-m90-m91/jazz/ Acessado:14/06/2020 https://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2Fdocs%2F40A0E2ABD99123CF0325740C00496689 https://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2Fdocs%2F40A0E2ABD99123CF0325740C00496689 http://www.oficinadapesquisa.com.br/APOSTILAS/IENG/HISTORIA.ELETRICIDADE.2.pdf http://www.stemac.com.br/uploads/20190711151803_carenagem-fechada.pdf https://eccoengenharia.com.br/files/057-171-4510-4520-ops-portuguese.pdf http://www.stemac.com.br/solucoes-em-geradores.aspx https://www.dakol.com.br/produtos/clp-com-ihm-incorporada/jazz-e-m90-m91/jazz/
Compartilhar