Automação industrial com PLCs e sensores

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO
TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS

CURSO TÉCNICO EM
MECATRÔNICA E
INFORMÁTICA INDUSTRIAL

AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Prof. Paulo Henrique Cruz Pereira

Varginha – Minas Gerais – 2009


SUMÁRIO

AUTOMAÇÃO ..................................................................................................................... 8
TECNOLOGIA ................................................................................................................. 8
DEFINIÇÃO ..................................................................................................................... 8
SENSOREAMENTO............................................................................................................ 9
TIPOS DE SENSORES UTILIZADOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL.......................... 10
1) SENSOR INDUTIVO.................................................................................................. 10
2) SENSOR CAPACITIVO............................................................................................. 13
3) SENSOR ÓPTICO..................................................................................................... 15
3.a) Difuso ................................................................................................................. 15
3.b) Reflexivo ............................................................................................................ 15
3.c) Barreira de Luz .................................................................................................. 16
4) SENSOR ULTRA-SÔNICO ....................................................................................... 16
5) SENSOR POSICIONAMENTO.................................................................................. 18
5.a) Chaves Fim-de-Curso ....................................................................................... 18
5.b) Chaves Fim-de-Curso Maganética .................................................................. 18
RELÉS .............................................................................................................................. 18
1) RELÉ FALTA DE FASE ............................................................................................ 19
2) RELÉ SEQÜÊNCIA DE FASE................................................................................... 19
TEMPORIZADORES......................................................................................................... 20
AUTOMAÇÃO DE CIRCUITOS......................................................................................... 21
1) AUTOMAÇÃO PESADA............................................................................................ 21
2) AUTOMAÇÃO FLEXÍVEL ......................................................................................... 22
3) PRINCÍPIOS DE CONTROLE E CIRCUITOS BÁSICOS.......................................... 22
4) DIAGRAMA DE COMANDOS ................................................................................... 28
SISTEMAS DE PARTIDA EM MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS (MIT)................. 32
1) PARTIDA DIRETA DO MOTOR ................................................................................ 32
2) REVERSÃO DE ROTAÇÃO DO MIT ........................................................................ 33
3) PARTIDA AUTOMÁTICA ESTRELA-TRIÂNGULO DE UM MOTOR........................ 35
4) PARTIDA AUTOMÁTICA DO MIT COM AUTOTRANSFORMADOR........................ 36
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CLP ou PLC) .................................. 37
1) INTRODUÇÃO........................................................................................................... 37


2) CONSTITUIÇÃO DOS CLP’s.................................................................................... 41
3) CLASSIFICAÇÃO DOS PLCs................................................................................... 43
4) LÓGICA E LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO ....................................................... 44
4) FUNÇÕES LÓGICAS BÁSICAS ............................................................................... 46
5) INSTRUÇÕES BÁSICAS .......................................................................................... 49
5.a) Instrução Temporizador ................................................................................... 49
5.b) Instrução Contador ........................................................................................... 50
SISTEMA DE CONTROLE E AQUISIÇÃO DE DADOS (SCADA).................................... 51
1) CONTROLES LOCAIS .............................................................................................. 51
2) CONTROLES CENTRALIZADOS ............................................................................. 52
3) SISTEMAS DIGITAIS DE CONTROLES DISTRIBUIDOS (SDCD)........................... 53
BIBLIOGRAFIA................................................................................................................. 56


Ementa – Automação Industrial I:
Sensores digitais, dispositivos de proteção e temporização. Sistemas de reversão do
sentido de rotação de um motor de indução trifásico (MIT) semi-automática. Sistemas de
acionamento automático de MIT. Controlador lógico programável (PLC) na automação de
máquinas e processos. Ligação elétrica no PLC. Tipos de operandos digitais. Tipos de
instruções básicas. Instruções de contagem e temporização.

Objetivos (Competências, habilidades e atitudes):
Ao final da série, o aluno deverá:
• Identificar os dispositivos de proteção utilizados em sistemas elétricos;
• Identificar equipamentos usados em comandos elétricos;
• Interpretar diagramas elétricos: de comando e de carga;
• Executar as montagens de comandos de bancadas;
• Relacionar sistemas de automação industrial com o uso de controladores lógicos
programáveis (PLCs);
• Identificar componentes físicos dos PLCs;
• Analisar e desenvolver programas relativos a PLCs;
• Reconhecer e aplicar métodos de programação de PLCs;
• Construir e realizar manutenção em programas simples utilizando auxiliares,
temporizadores e contadores em PLCs.

Processo de Avaliação:

1º Bimestre: 25 pontos (Fev/Mar)
Avaliações: 10 pontos (trabalhos – AF)
13 pontos (sem consulta – AF)
02 pontos (participação em sala – AF)

2º Bimestre: 25 pontos (Mar/Abr)

3º Bimestre: 25 pontos (Abr/Mai)

4º Bimestre: 25 pontos (Mai/Jun)

Calendário de avaliação sujeito a alteração, conforme necessidade do calendário letivo
anual e/ou alteração de horário de aulas.


Ementa – Automação Industrial II:
PLC: instruções avançadas e sinais analógicos. Instrumentação industrial. Software
supervisório.

• Relacionar sistemas de automação industrial com o uso de PLCs;

• Reconhecer e aplicar métodos avançados de programação de PLCs;

• Elaborar diagramas Ladder em função dos componentes de campo;

• Interligar sensores e atuadores lógicos no PLC;

• Programar software supervisório;
• Usar o PLC para supervisionar um processo industrial.


1º Bimestre: 25 pontos (Ago/Set)

2º Bimestre: 25 pontos (Set/Out)

3º Bimestre: 25 pontos (Out/Nov)

4º Bimestre: 25 pontos (Nov/Dez)



Ementa – Automação Industrial – Informática:
Automação, Controladores Lógicos Programáveis, Robótica e Sistemas
Supervisórios.

• Elaborar projetos de sistemas automatizados simples baseados em controladores
lógicos programáveis (CLPs) e sensores digitais elementares.
• Reconhecer os principais componentes de um processo industrial automatizado.

• Interligar e monitorar elementos de uma planta industrial utilizando sistemas
supervisórios.

• Compreender os elementos básicos da robótica.

• Realizar manutenções em sistemas industriais automatizados.


1º Bimestre: 20 pontos (Fer/Mar/Abr)

2º Bimestre: 20 pontos (Mai/Jun/Jul)
12 pontos (sem consulta – “AS”)

3º Bimestre: 30 pontos (Ago/Set/Out)

4º Bimestre: 30 pontos (Out/Nov/Dez)
15 pontos (sem consulta – “AS”)



Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais. Varginha – MG – Cursos Mecatrônica / Informática Industrial

AUTOMAÇÃO
TECNOLOGIA
Para muitas pessoas a tecnologia está relacionada somente as invenções que
surgiram principalmente no século passado com especial destaque para a televisão, o
telefone, o computador, a internet, etc.

Vamos fazer uma reflexão para perceber que a tecnologia sempre existiu desde o
momento em que o homem descobriu que podia usar elementos da natureza para facilitar
a sua vida.

A partir de uma situação
problema, o homem
descobriu que podia usar
elementos da natureza
para atender as suas
necessidades.

A tecnologia é o saber
fazer, é o processo
criativo usado para
resolver problemas, com
o objetivo de melhorar a
condição humana e
satisfazer suas
necessidades.

A tecnologia sempre
evoluiu à medida que o
conhecimento científico
evoluía.

As invenções feitas no
passado marcam o
nosso futuro.
DEFINIÇÃO

Prof.: Paulo Henrique C. Pereira 8/56


Automação é a substituição do trabalho humano ou animal por máquina.
Automação é a operação de máquina ou de sistema automaticamente ou por controle
remoto, com a mínima interferência do operador humano. Automação é o controle de
processos automáticos. Automático significa ter um mecanismo de atuação própria, que
faça uma ação requerida em tempo determinado ou em resposta a certas condições.
O conceito de automação varia com o ambiente e experiência da pessoa
envolvida. São exemplos de automação:
1. Para uma dona de casa, a máquina de lavar roupa ou lavar louça.
2. Para um empregado da indústria automobilística, pode ser um robô.
3. Para uma pessoa comum, pode ser a capacidade de tirar dinheiro do caixa
eletrônico.
O conceito de automação inclui a idéia de usar a potência elétrica ou mecânica
para acionar algum tipo de máquina. Deve acrescentar à máquina algum tipo de
inteligência para que ela execute sua tarefa de modo mais eficiente e com vantagens
econômicas e de segurança.

SENSOREAMENTO

Para realizar certas tarefas os robôs precisam de habilidades sensoriais similares
às do homem. Os modelos avançados de robôs estão equipados com sensores mas sua
capacidade ainda é limitada, assim como sua capacidade de movimentação, já que os
robôs ficam fixos em um local, ou tem um espaço restrito para se mover.
O sensor, com certeza, é o elemento mais básico e comum em qualquer processo
de automação, principalmente industrial. É através desse dispositivo que todo o sistema é
capaz de coletar informações da planta fabril e, com base nsso, executar determinada
tarefa.
Veremos alguns conceitos importantes sobre sensores, e, através de cada respec-
tivo princípio de funcionamento, ajudar o integrador de tecnologia a escolher e
dimensionar o melhor tipo segundo sua necessidade.
Sensores são dispositivos capazes de detectar a presença ou passagem de
materiais, sejam eles metálicos ou não; por proximidade ou aproximação, sem haver,
necessariamente, contato físico.
Devemos nos atentar para as diferenças entre sensor e transdutor. Embora, em
alguns casos, um possa fazer o papel do outro, não podemos classificá-los como sendo
componentes da mesma família.
Como já foi citado, o sensor é um dispositivo capaz de detectar a presença ou
passagem de um material. Por outro lado, o transdutor é um dispositivo que converte
determinada grandeza física em um sinal elétrico, e vice-versa. Muitas vezes, um
transdutor executa a função de um sensor. Por exemplo, um transdutor piezoelétrico (que
converte pressão mecânica em tensão elétrica) operando como "sensor" de deformação
geométrica.
Há, porém, vários transdutores que não executam a função de um sensor (alto-
falantes, microfones, solenóides, ete.).
Resumindo: os transdutores são diferentes dos sensores, embora, em aplicações
específicas eles possam funcionar como tais.


A dúvida inicial para se determinar um sensor, geralmente, é: “Quais são os
parâmetros a serem observados na escolha ou dimensionamento de um sensor?”. A
resposta a esta dúvida depende do sensor, porém genericamente, temos:

a) Linearidade
É o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza física. Quanto
maior, mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo. Conseqüentemente, podemos
conferir uma maior precisão ao sistema. Por exemplo: linear, logaritmo, exponencial, etc.

b) Faixa de atuação
É o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado o sensor, sem
0 0
destruição ou imprecisão. Por exemplo: de -20 C a 250 C, 0 a 5mm, etc.

c) Histerese
É a distância entre os pontos de comutação do sensor, quando um atuador dele se
aproxima ou se afasta.

d) Sensibilidade
É a distância entre a face do sensor e o atuador no instante em que ocorre a
comutação.

e) Sinal de Entrada
É o tipo específico de grandeza física que será medido. Por exemplo: temperatura,
pressão, vazão, tensão, corrente, etc.

f) Sinal de Saída
É a grandeza física necessária para se alimentar os controladores ou indicadores
de processos. Pro exemplo: 4 a 20mA, 0 a 10V, etc.

TIPOS DE SENSORES UTILIZADOS NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

1) SENSOR INDUTIVO

O sensor indutivo, também conhecido como sensor de proximidade, é capaz de
detectar a presença (ou não) de um objeto metálico quando este estiver a determinada
distância da sua face (distância sensora). Seu princípio de funcionamento é baseado na
geração de um campo eletromagnético de alta frequência, que é desenvolvido por uma
bobina ressonante instalada na face sensora (figura 1).




A bobina faz parte de um circuito oscilador, que em condição normal (não
acionada), gera um sinal senoidal. Quando um metal se aproxima do campo, este através
da corrente de superfície absorve energia, reduzindo a amplitude do sinal gerado no
oscilador. Esta variação do valor original é, então, detectada e aciona o estágio de saída.
Na figura 2 podemos observar o diagrama eletrônico simplificado de um sensor
indutivo.
Aqui podemos nos perguntar: “Oua/ a razão de utilizar sensores indutivos no lugar
de chaves fim-de-curso convencionais?”
Várias, mas três são as principais:
- Número de manobras: por não ter partes móveis (acionamento estático), a
capacidade de operação de um sensor indutivo é muito maior que uma chave
convencional;
- Ausência de contato físico: como se trata de um sensor de proximidade, não há
necessidade de contato físico com a parte em movimento. Novamente, isso contribui para
o aumento significativo da vida útil do sistema; e
- Velocidade de atuação: ela é maior que a de uma chave mecânica, uma vez que
não há inércia na sua operação.

A figura 3 ilustra um exemplo do campo de atuação, tendo como referência sua
superfície ativa. Já a figura 4 nos traz alguns exemplos de aplicação.
Outro "nome" atribuído ao sensor indutivo é sensor "não faceado". Essa
denominação origina-se do aspecto de instalação do componente, que por razões óbvias
deve ter uma "zona livre" de metal ao seu redor. Através da figura 5, podemos estimar as
distâncias mínimas que um sensor deste tipo deve respeitar, caso seu alojamento seja
metálico, a fim de que não ocorram comutações erróneas.




Como veremos a seguir, sensores para materiais isolantes (não metálicos) são,
também, classificados como faceados, uma vez que "faceiam" seu alojamento sem correr
riscos de acionamento indevido.
Os sensores industriais, sejam eles indutivos ou não, podem ter suas saídas nas
configurações pnp ou npn. A figura 6 mostra como, no primeiro, caso (pnp) a comutação
da carga é feita através do pólo positivo da fonte. Tomando um CLP como exemplo, a
carga seria acionada com + 24 Vcc no seu terminal livre. Já a configuração npn conecta a
carga ao zero volt, uma vez que essa já está com o pólo positivo ligado.
As saídas, normalmente, podem ser de 2, 3, ou 4 condutores, sendo esse último
com (no mínimo) um contato tipo NA e um NF (figura 7).




2) SENSOR CAPACITIVO

Ao contrário do sensor indutivo, que funciona atráves da formação de um campo
eletromagnético e é indicado para detecção de partes metálicas, o capacitivo funciona
segundo um campo elétrico e é ideal para sensoriar materiais isolantes (líquidos,
plásticos, vidros, entre outros).
Para entendermos melhor como ele faz isso, vamos relembrar alguns conceitos
básicos dos capacitores. A capacidade de armazenar cargas de um capacitar, pode ser
expressa pela fórmula:
S
C = ε.
d
Onde;



ε = constante dielétrica ou permissividade.
S = área entre placas
d = distância entre placas.
Concluímos, então, que a capacidade do componente é diretamente proporcional a
área formada entre as placas e a constante dielétrica, e inversamente à distância entre
elas.
Como referência temos o ar como constante dielétrica, sendo ε0 = 1. É bom
10-12
lembrar que este valor é uma referência, e que dizer que "1" é igual a 8,9 x F/m
(Faraday/metro).
A seguir, temos uma tabela (2) para ε dos materiais mais comuns. Quando atribui-
10-12
se 2 à madeira, por exemplo, significa que, fisicamente, ela apresenta 17,8 x F/m (2 x
εo).
Constantes Dielétricas Típicas
Material εr Material εr Material εr Material εr
25,
Álcool Vácuo, ar 1 PVC 2,9 Madeira 2
8
Cristal
Ar 1 Papel 2,3 3,7 Vidro 5
Quartzo
Areia de Óleo de
Araldite 3,6 Petróleo 2,2 4,5 2,2
Silício Trafo
Baquelite 3,6 Plexiglás 3,2 Polietileno 2,3 Porcelana 4,4
Cabos Papel
2,5 Poliamida 5 Teflon 2 4
Isolantes Parafinado
Polipropilen
Celulóide 3 2,3 Aguarrás 2,2 Mica 6
o
Vidro 5 Polistirol 3 Água 80 Mármore 8
Tabela 2

A detecção do objeto neste tipo de sensor ocorre segundo uma variação da
capacitância. Ora, conforme acabamos de ver, esta depende de três variáveis em um
capacitor. No sensor capacitivo, entretanto, duas delas já são fixadas e determinadas na
concepção do dispositivo (S e d).
A figura 8 mostra que a diferença fundamental entre o sensor capacitivo e o
capacitor convencional é que as placas não estão uma de frente para a outra, mas sim
uma ao lado da outra. A área e a distância entre elas é fixa, e como as placas estão
dispostas segundo esta geometria, a capacitância do elemento na ausência de um
material dielétrico pode ser considerada desprezível.
Uma vez que um objeto dielétrico aproxima-se, porém, ao adentrar no campo
elétrico sob a superfície do eletrodo, causa uma mudança na capacitância do conjunto.
Este fenômeno produz uma oscilação com uma amplitude tal que seja detectada por um
circuito e convertida em um comando para a comutação do estado da saída (figura 9).



Resumindo, o sensor capacitivo funciona de acordo com a variação da constante
dielétrica do material a ser detectado, através de um campo elétrico, e cuja alteração da
sua capacitância aciona um comando de chaveamento na saída.

3) SENSOR ÓPTICO

3.a) Difuso

Nesta configuração, o transimissor e o receptor são montados na mesma unidade,
sendo que o acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra na
região de sensibilidade e reflete para o recpetor a feixe de luz emitido pelo transmissor
(figura 10).

Figura 10

3.b) Reflexivo

O sensor optico reflexivo, também conhecido como retro-reflexivo, assim como o
difuso, tem o transmissor e o receptor montados em uma única unidade. O feixe de luz
chega ao receptor após a incidência em um espelho e o acionamento da saída ocorre
quando o objeo interrompe o feixe (figura 11).

Figura 11




Este tipo de sensor é muito utilizado em segurança de áreas, conforme podemos
ver na figura 12. Um robô é cercado por um feixe infravermelho que, após reflexôes
sucessivas, atinge o receptor. Caso um objeto interrompa esse feixe, o sensor será
atuado, paralizando o trabalho.

Figura 12

Um cuidado a ser tomado quando o integrador decidir utilizar um sistema como
este, é orientar o usuário quanto a limpeza dos sensores e espelhos. A sujeira pode gerar
acionamentos indevidos. Caso o ambiente seja muito rico em poeira ou qualquer outra
partícula em suspensão (névoa de óleo, por exemplo), talvez seja mais indicado utilizar
outro tipo de sensor.

3.c) Barreira de Luz

Este sensor, ao contrário dos dois anteriores, é montado em duas unidades
distintas: uma transmissora e outra receptora. Cada unidade fica de um lado da trajetória
do objeto-alvo, uma vez que este interrompe o feixe, e o sensor é ativado.
Atualmente este é o tipo de sensor mais utilizado para realizar proteção de
máquinas industriais onde o operador manipula objetos com a mão.

Obs.: Todos os sensore opticos visto por nós podems ser ajustados quanto a incidência
de luz:
Light on a saída é chaveada quando a presença de luz é detectada; e
Dark on a saída é chaveada quando a ausência de luz é detectada.

4) SENSOR ULTRA-SÔNICO

O sensor ultra-sônico emite pulsos cíclicos ultra-sônicos que, quando refletidos por
um objeto, incidem no receptor, acionando a saída do sensor.


Tanto o emissor como o receptor estão montados na mesma unidade, portanto, é
necessário que haja uma reflexâo (eco) do ultra-som de modo que este ative o receptor.

Figura 13

Neste caso também devemos ser cuidadosos quando decidimos utilizar um sensor
deste tipo, devido ao alinhamento angular. Dependendo da inclinação do alvo o eco pode
desviar-se para uma direção diferente do sensor, não chegando ao receptor (localizado
no mesmo componente). Geralmente este tio de sensor permite uma inclinação máxima
de mais ou menos 3º (figura 13).
Assim como o óptico, o sensor ultra-sônico pode suprimir o fundo (desprezar o eco
do que não é objeto alvo de detecção). Neste caso, temos o tipo de barreira de reflexo.
Vale reparar que o sensor ultra-sônico pode operar tal qual um óptico, no que se refere a
capacidade de detecção (figura 14).

Figura 14




5) SENSOR POSICIONAMENTO

Em aplicações em que se necessita monitorar a posição de uma peça, como
tornos automáticos industriais, ou contagem de produtos, ou verificar a posição de um
braço de um robô ou o alinhamento de uma antena parabólica com outra ou um satélite,
usam-se sensores de posição.
Os sensores se dividem em posição linear ou angular. Também se dividem entre
sensores de passagem, que indicam que foi atingida uma posição no movimento, os
detectores de fim-de-curso e contadores, e sensores de posição que indicam a posição
atual de uma peça, usados em medição e posicionamento.

5.a) Chaves Fim-de-Curso

São interruptores que são acionados pela própria peça monitorada (Figura 15). Há
diversos tipos e tamanhos, conforme a aplicação. Ela deve ter uma resposta instantânea
e ser confiável.
Em geral, a operação de uma chave limite começa quando uma peça em
movimento bate em uma alavanca que atua a chave. Quando acionada, a chave muda os
seus contatos.
O tamanho, força de operação, percurso e modo de montagem são os parâmetros
críticos na instalação da chave fim de curso.
As chaves limites (chaves fim-de-curso) podem ter contatos momentâneos ou
retentivos.

Figura 15

5.b) Chaves Fim-de-Curso Maganética

Quando se aplica um campo magnético num condutor, as cargas elétricas se
distribuem de modo que as positivas ficam de um lado e as negativas do lado oposto da
borda do condutor. No caso de um semicondutor o efeito é mais pronunciado. Surge
então uma pequena tensão nas bordas do material. É o Efeito Hall.
Este tipo de chave é muito utilizado em cilindros pneumáticos.

RELÉS

O relé é uma chave comandada por uma bobina. Ele é uma chave porque ele liga-
desliga um circuito elétrico, permitindo a passagem da corrente elétrica como o resultado
do fechamento de contato ou impedindo a passagem da corrente durante o estado de
contato aberto.



Diferentemente da chave convencional que é acionada manualmente, o relé não
necessita da intervenção humana direta para ser operado. O relé eletromecânico é um
dispositivo que inicia a ação num circuito, em resposta a alguma mudança nas condições
deste circuito ou de algum outro circuito.
O relé é geralmente usado para aumentar a capacidade dos contatos ou multiplicar
as funções de chaveamento de um dispositivo piloto adicionando mais contatos ao
circuito. Sob o ponto de vista de entrada-saída, o relé pode também ser considerado
como amplificador e controlador. Ele tem um ganho de potência, que é a relação da
potência manipulada na saída sobre a potência de entrada. Assim um relé pode requerer
uma corrente da bobina de 5mA em 24 V mas pode controlar 2500 W de potência, com
ganho de 20.000.

Figura 16

1) RELÉ FALTA DE FASE

Os Relés de Falta de Fase destinam-se à proteção de sistemas trifásicos contra
queda de fase (ou neutro). Neste aparelho, se ocorrer sub-tensão ou sobre-tensão
simétricas, as mesmas não serão detectadas. Protege instalações contra falta de fase
e/ou neutro e assimetria modular que compromete o funcionamento de motores,
equipamentos ou processos. O relé interno comutará, desligando o sistema sob proteção
sempre que houver uma anomalia na rede.

Figura 17

2) RELÉ SEQÜÊNCIA DE FASE

O Relé de Seqüência de Fase destina-se à proteção de sistemas trifásicos contra
inversão da seqüência direta das fases (L1-L2-L3).



Protege instalações contra inversão de fase, que compromete o funcionamento de
motores, equipamentos ou processos. Seu relé interno comutará, desligando o sistema
sob proteção sempre que a rede monitorada estiver com a fase invertida.

Figura 18

TEMPORIZADORES
O temporizador, como o contador, é um dispositivo lógico que permite o sistema
automático ativar equipamentos de saída, durante um estágio específico na operação do
processo. Ele é usado para atrasar ciclos de partida e parada, intervalos de controle,
ciclos operacionais repetitivos e tem a capacidade de rearmar o sistema ao fim destes
ciclos.
O temporizador pode ser disponível em lógica de relé (eletrônico ou
eletromecânico) ou como função lógica do Controlador Lógico Programável.
Os temporizadores pneumáticos e mecânicos possuem a mesma aparência, com
um dial para ajustar o tempo de atraso desejado. O símbolo de um temporizador é o
mesmo para os vários tipos diferentes. Um círculo simboliza a bobina ou motor
temporizado. Este elemento do temporizador é usado para rodar o intervalo de tempo
ajustado. No fim do intervalo predeterminado, os contatos elétricos mudam de estado, de
aberto para fechado ou de fechado para aberto.
É possível fazer quatro combinações de temporizadores, considerando a lógica de
atraso para ligar (TON) ou atraso para desligar (TOFF) e os contatos normalmente
abertos (NA) ou normalmente fechados (NF). Assim, tem-se:
1. NO/ON/TC (normally open, timed-closing - normalmente aberto, temporizado para
fechar, ligando);
2. NC/ON/TO (normally close, timed-opening - normalmente fechado, temporizado
para abrir, ligando);
3. NO/OFF/TC, (normally open, OFF timed closing - normalmente aberto, desligam
fechando com o tempo); e
4. NC/OFF/TO (normally close timed opening (NC/OFF/TO, normalmente fechado,
desliga abrindo com o tempo.
O tipo de temporizador mais comum é time-delay TON: depois do intervalo de
tempo predeterminado ser completado, depois da bobina ser energizada, os contatos
mudam de estado, de aberto para fechado ou de fechado para aberto. Quando a bobina
é desenergizada, os contatos voltam ao seu estado original, instantaneamente. Alguns



temporizadores podem ser resetados por um circuito separado e não resetados
automaticamente quando a bobina for desenergizada.

Figura 19

Figura 20

AUTOMAÇÃO DE CIRCUITOS

1) AUTOMAÇÃO PESADA

Máquinas que são projetadas para executar uma função específica. Nestes
sistemas, qualquer mudança na operação padrão demanda uma mudança no
hardware da máquina e em sua configuração. Geralmente utilizados para um produto
particular e de difícil adaptação a outro produto.



2) AUTOMAÇÃO FLEXÍVEL

Máquinas de fácil programação onde pode ser mudada facilmente e rapidamente
uma configuração de manufatura para outra.

3) PRINCÍPIOS DE CONTROLE E CIRCUITOS BÁSICOS

O Princípio de Controle nada mais é do que o comando passo a passo de uma
série de eventos no tempo e numa ordem pré-determinada.
Seja a figura abaixo:

Figura 21

Que deverá operar da seguinte forma:
a) Encher o tanque com matéria-prima até certo nível;
b) Aquecer o conteúdo do tanque, com uso de vapor, agitando o conteúdo até certa
temperatura; e
c) Dar vazão à matéria aquecida.

A operação descrita acima é executada manualmente nesta sequência :
a) Abrir a válvula manual “V1” para que a matéria prima chegue ao tanque;
b) Fechar “V1” quando a matéria prima atingir certo nível marcado pelo indicador “L”;
c) Abrir a válvula manual “V2” para aquecimento com passagem de vapor pelo tubo e
ligar o motor “M” fazendo girar o homogenizador, para agitar a matéria;
d) Quando a indicação do termômetro “TH” atingir certo valor, interromper a
passagem de vapor fechando “V2” e parar a agitação desligando o motor “M”;
e) Abrir a vávula manual “V3” e dar vazão à matéria aquecida; e
f) Quando o tanque esvaziar, fechar “V3”.
Os passos de 1 a 6 são repetidos quantas vezes forem necessárias.
Este processo pode ser realizado automaticamente, figura 22, nesta sequência :
1) Apertando-se a botoeira de partida, o processo irá iniciar com a abertura da
válvula solenóide “VS1”, e a matéria prima chegará ao tanque;
2) Quando for atingido certo nível de matéria, a válvula solenóide “VS1” irá fechar
devido à atuação do sensor de nível “SN”;



3) Fechando-se a válvula solenóide “VS1”, a chave de fluxo “CFC1” irá abrir a
válvula solenóide “VS2” para aquecimento com passagem de vapor e também
ligar o motor “M” do homogenizador para agitar a matéria;
4) Quando a matéria atingir certa temperatura, a válvula solenóide “VS2” irá
fechar, e o motor “M” irá parar devido à atuação do sensor de temperatura “ST”;
5) Fechando-se a válvula solenóide “VS2”, a chave de fluxo “CFC2” irá abrir a
válvula solenóide “VS3”, dando vazão à matéria e acionando um temporizador;
e
6) Após certo tempo, a válvula solenóide “VS3”, irá fechar e acionará a chave
fluxo “CFC3”, que fará abrir a válvula solenóide “VS1”, recomeçando o
processo. Este processo será interrompido apertando-se a botoeira de parada
quando a válvula solenóide “VS3” estiver terminando de fechar.

Um número predeterminado de execuções do processo pode ser conseguido
usando-se um contador.

Figura 22

Declaração de variáveis:

VS1 = Válvula solenóide 1 – Matéria Prima
VS2 = Válvula solenóide 2 – Vapor
VS3 = Válvula solenóide 3 = Matéria Prima
CFC1 = Chave de Fluxo de 2 vias – Matéria Prima
CFC2 = Chave de Fluxo de 2 vias – Vapor
CFC3 = Chave de Fluxo de 2 Vias – Matéria Prima
SN = Sensor de Nível – Matéria Prima
ST = Sensor de Temperatura – Matéria Prima
M = Motor do Agitador de Matéria Prima – Homogenizador
BT0 = Botão de Início – Verde
BT1 = Botão de Parada – Vermelho
RT = Relé de Temporização para VS3



O circuito de comando será da seguinte forma (sem o contador):

24Vcc

SN VS2 ST VS3
BT0 VS1 RT
VS3 RT

VS1 VS2

BT1 RT
ST VS1
SN VS1

VS1 VS2 M VS3 RT

Neutro
Figura 23

CIRCUITOS BÁSICOS

1) Circuito de Retenção

Nos circuitos da figura 24, apertando-se a botoeira “b1”, a bobina do contator “d” é
energizada, fazendo fechar os contatos de retenção “d” como também o contato “d” para
a lâmpada e esta se acende. Liberando-se a botoeira “b1“, a bobina mantém-se
energizada, e a lâmpada “h” permanece acesa. Quando se apertar a botoeira “b0”, a
bobina será desenergizada, fazendo abrir os contatos de retenção para a lâmpada “h”, e
esta se apaga. Libera-se “b0”, a lâmpada permanece apagada e o circuito volta à
condição inicial.
Quando apertar as duas botoeiras “b0” e “b1” ao mesmo tempo, no circuito
da figura 24(a) a lâmpada “h” não se acende, porque a botoeira “b0” tem preferência na
desenergização, e no circuito da figura 24(b) a lâmpada “h” se acende, porque a botoeira
“b1” tem preferência na energização.




Figura 24

2) Circuito de Intertravamento

Nos circuitos da figura 25, apertando-se a botoeira “b12” (ou ‘b13”), a bobina do
contator “d1” (ou “d2”) é energizada, impossibilitando a energização da outra, e não
deixando energizar as duas ao mesmo tempo, porque estão intertravadas.

Figura 25

Quando se apertar as duas botoeiras “b12” e depois “b13”, no circuito da figura
26(a), que tem intertravamento mecânico, com os contatos normalmente fechados das
botoeiras conjugadas, as lâmpadas não se acendem, e, no circuito da figura 26(b), o
intertravamento é elétrico com os contatos normalmente fechados dos contatores. Neste
caso, a lâmpada “h12” se acende e “h13” não se acende.
Na figura 26 é mostrado um circuito com retenção (selo) e intertravamento elétrico.




Figura 26

Apertando-se a botoeira “b12” (ou “b13”) a bobina do contator “d1” (ou “d2”) é
energizada, o contato de selo “d1” (ou “d2”) fecha-se mantendo a energização, o contato
de intertravamento de “d1” (ou “d2”) ligado em série com “d2” (ou “d1”) impossibilita a
energização das duas bobinas ao mesmo tempo. Para se energizar a bobina “d2” (ou
“d1”) é necessário apertar a botoeira “b0”, desenergizando a bobina “d1” (ou “d2”) antes
de apertar “b13” (ou “b12”). Neste circuito, quando se apertar “b12” e “b13” ao mesmo
tempo, os dois contatores serão energizados instantaneamente até que um dos contatos
de intertravamento abra.

3) Circuito Temporizado

3.a) Liga Retardado

No circuito da figura 27(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h”
se acende depois de um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d”. Liberando-se a
chave “a”, a lâmpada “h” se apaga no mesmo instante. O circuito da figura 27(b) tem a
mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de
tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.




Figura 27
3.b) Desliga Retardado

No circuito da figura 28(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a
lâmpada “h” acende-se no mesmo instante. Liberando-se a chave “a”, após um certo
tempo “t”, ajustado no temporizador “d2”, a lâmpada “h” se apaga. O circuito da figura
28(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os
diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.

Figura 28

3.c) Ação Temporizada

No circuito da figura 29(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a
lâmpada “h” se acende no mesmo instante e se mantém acesa durante um certo tempo
“t”, ajustado no temporizador “d”. O circuito figura 29(b) tem a mesma função do anterior,
sendo que o acionamento é por botoeiras.
Os dia gramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.




Figura 29

Existem diversos outros circuitos de comandos, porém eles serão pontos de
estudos em outras disciplinas de nosso curso.

4) DIAGRAMA DE COMANDOS

Os diagramas elétricos têm por finalidade representar claramente os circuitos
elétricos sob vários aspectos, de acordo com os objetivos :

- funcionamento seqüencial dos circuitos;
- representação dos elementos, suas funções e as interligações conforme as normas
estabelecidas;
- permitir uma visão analítica das partes do conjunto;
- permitir a rápida localização física dos elementos.

Um diagrama tradicional ou multifilar completo é o que representa o circuito elétrico
da forma como é realizado. É de difícil interpretação e elaboração, quando se trata de
circuitos mais complexos ( figura 30).




Figura 30

Para a interpretação dos circuitos elétricos , três aspectos básicos são importantes,
ou seja:
- os caminhos da corrente, ou os circuitos que se estabelecem desde o início até o fim
do processo de funcionamento;
- a função de cada elemento no conjunto, sua dependência e interdependência em
relação a outros elementos;
- a localização física dos elementos.

Em razão das dificuldades apresentadas pelo diagrama tradicional, esses três
aspectos importantes foram separados em duas partes, representadas pelo diagrama
funcional e pelo diagrama de execução ou de disposição.
Na primeira parte, os caminhos da corrente, os elementos, suas funções,
interdependência e seqüência funcional são representados de forma bastante prática e
de fácil compreensão (diagrama funcional) figuras 31 e 32.




e22 4 7
Figura 31 Figura 32

Na Segunda parte temos a representação, a identificação e a localização física dos
elementos (diagrama de execução ou de disposição) figura 33. Assim, o funcional se
preocupa com os circuitos, elementos e funções; o de disposição, com a disposição física
desses elementos. Combinando-se esses dois tipos, os objetivos propostos são
alcançados de maneira prática e racional. O diagrama de execução pode apresentar
também o circuito de força.

Figura 33




Figura 34




SISTEMAS DE PARTIDA EM MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS (MIT)

As partidas de motores trifásicos podem ser diretas, estrela-triângulo, com
compensadores ou ainda por resistências rotóricas (Motor Rotor Bobinado).
A instalação desses sistemas obedece critérios técnicos e legais, de acordo com
as normas da ABNT para instalações de baixa tensão.

Potência do motor

Conforme a região do país, cada fornecedor de energia elétrica permitirá a partida direta
de motores de determinada potência. Quando for necessário um dispositivo de partida
com tensão reduzida ou corrente reduzida, o sistema será determinado pela carga,
conforme as possibilidades ou características. Considerando-se as possibilidades, o
motor pode partir a vazio até a plena rotação, e sua carga deve ser incrementada
paulatinamente, até o limite nominal.

Tipo de carga

Quando as condições da rede exigirem partida com tensão ou corrente reduzida, o
sistema será determinado pela carga, conforme as possibilidades ou tipo de carga.

a) Considerando-se as possibilidades, o motor pode partir a vazio até a plena rotação, e
sua carga incrementa até o limite nominal.
Exemplos:
Serra circular, torno ou compressor que deve partir com as válvulas abertas.
Neste caso, a partida pode ser em estrela-triângulo.

b) O motor deve partir com carga ou com um conjugado de resistente em torno de 50%.
Exemplos:
Calandras, bombas, britadores.
Neste caso, emprega-se a chave compressora, utilizando-se os “taps” de 65% ou de 80%
de transformador.

c) O motor deve partir com rotação controlada, porém com torque bastante elevado.
Exemplos:
Pontes rolantes, betoneiras, máquinas de “off-set”.
Neste caso, utiliza-se o motor rotor bobinado.

1) PARTIDA DIRETA DO MOTOR

Por questões de segurança e aplicabilidade, para se partir (acionar ou energizar)
um motor utiliza-se contatores eletromecânicos (similares aos relés, porém com
capacidade de corrente muito maiores).
Comandar um contator é a ação que se executa ao acionar um botão abridor,
botão fechador ou chave de pólo. Isto é feito para que a bobina do eletroimã seja
alimentada e feche os contatos principais, ou perca a alimentação, abrindo-os.

Seqüência operacional



Start:
Estando sob tensão os bornes R, S e T ( figura 35 e 36), e apertando-se o botão b1 , a
bobina do contator C1 será energizada. Esta ação faz fechar o contato de retenção C1,
que manterá a bobina energizada; O s contatos principais de fecharão, e o motor
funcionará.

Stop:
Para interromper o funcionamento do contator, pulsamos o botão b0; este abrirá,
eliminando a alimentação da bobina, o que provocará a abertura de contato de retenção
C1 e, conseqüentemente, dos contatos principais, e a partida do motor.

Figura 35

Figura 36

2) REVERSÃO DE ROTAÇÃO DO MIT

A reversão do sentido de rotação de um motor trifásico é feita pela inversão de
duas de suas fases de alimentação. Esse trabalho é realizado por dois contatores,
comandados por 2 botões conjugados, cujo acionamento permite obter-se rotações no
sentidos horário e anti-horário.




a) Ligação do motor em um sentido (figuras 37 e 38): Estando sob tensão os bornes R, S
e T e pulsando-se o botão conjugado b1, a bobina do contator C1 será alimentada,
fechando o contato de retenção C1, o qual a mantém energizada. Permanecendo
energizada a bobina do contator C1, haverá o fechamento dos contatos principais e o
acionamento do motor num sentido;

b) Inversão do sentido de rotação de motor: Pulsando-se o botão conjugado b2, a bobina
do contator C2 será alimentada, provocando o fechamento do contato de retenção C2, o
qual mantém energizada. Permanecendo energizada a bobina do contator C2, haverá o
fechamento dos contatos. Permanecendo energizada a bobina do contator C2, haverá o
fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor no sentido inverso.

Figura 37 Figura 38



Observação: A fim de se evitarem elevados valores de correntes de pico, sempre que
possível, deve-se esperar a parada do motor, para se processar a reversão da rotação.
Em tornos mecânicos em geral, assim como em outros tipos de máquinas, às vezes se
faz necessário aplicar a frenagem por contracorrente, para se conseguir inverter
rapidamente a rotação.

Segurança do sistema

a) Por meio dos botões conjugados: Pulsando-se o botão conjugado b1 ou b2, são
simultaneamente acionados os seus contatos abridor e fechador, de modo que o contato
abridor atue antes do fechador (intertravamento mecânico);

b) Por meio de contatos auxiliares: Os contatos abridores C1 e C2 impossibilitam a
energização de uma bobina, quando a outra será energizada, (intertravamento
magnético).

3) PARTIDA AUTOMÁTICA ESTRELA-TRIÂNGULO DE UM MOTOR

É a partida executada automaticamente de um motor trifásico em Y, com
comutação para ∆ ; feita por meio de 3 contatores comandados por botões. Este sistema
de ligação é utilizado para reduzir a tensão de fase do motor durante a partida.

Partida do motor em estrela, estando C1, C2 e C3 desligados (figuras 39 e 40).
Estando sob tensão os bornes R, S e T, e pulsando-se o botão b1, a bobina do contator
C2 e o relé temporizador d1 serão alimentados, fechando o contato de retenção de C2
que mantêm energizadas as bobinas dos contatores C1 e C2, respectivamente, e o relé
temporizador d1.
Permanecendo energizadas as bobinas dos contatores C2 e C1, haverá o
fechamento dos contatos principais e, conseqüentemente, o acionamento do motor em
estrela.
Decorrido o tempo para o qual foi ajustado o relé temporizador d1, este opera,
desligando o contato abridor d1, que desenergizará a bobina do contator C2, acarretando
a abertura de seus contatos principais. Estando desenergizada a bobina C2, o contato
abridor C2 (31 - 32) retorna, energizando a bobina C3, que acionará o motor em triângulo.

Parada do motor
Estando o motor funcionando em triângulo e pulsando-se o botão b0, interrompe-
se a energização da bobina C1, que abrirá os contatos C1 (13-14) e C1 (23 –24),
interrompendo a corrente da bobina C3. Conseqüentemente, o motor ficará energizado.

Segurança do sistema
Estando o motor em marcha na ligação triângulo, o contato C3 (31-32) fica aberto,
impedindo a energização acidental da bobina C2.




Figura 39

Figura 40

4) PARTIDA AUTOMÁTICA DO MIT COM AUTOTRANSFORMADOR

A partida automática com autotransformador permite que o motor inicie seu
funcionamento com tensão reduzida e, após um tempo determinado, passe
automaticamente à plena tensão. Tem sobre a partida manual estas vantagens :
- Não exige esforço físico do operador;
- Permite comando à distância;
- A comutação da tensão reduzida para tensão realiza-se no tempo previsto e ajustado,
independente da ação do operador.

Partida de motor com tensão reduzida: contatores C1, C2, C3 e relé de tempo
desligados (figuras 41 e 42). Estando sob tensão os bornes R, S, T e pulsando-se o botão
b1, a bobina do contator C1 fica energizada, assim como o relé temporizador d1. Os
contatos C1 (13 - 14) e C1 (23 - 24) se fecham, conservando energizada a bobina de C3,
colocando o motor em funcionamento. Com a alimentação da bobina C3, os contatos C3
(13 - 14) e C3 (23 - 24) se fecham, tornando a bobina de C3 independente do contato C1
(13 - 14). Como as bobinas de C1 e de C3 estão energizadas, os contatos principais de
C1 e C3 estão fechados, e o motor está alimentado com a tensão reduzida, iniciando a
partida.



Comutação
Decorrido o tempo preestabelecido, o relé temporizador d1 comuta,
desenergizando a bobina de C1 e energizando a bobina de C2. Permanecendo
energizada a bobina de C2, os contatos de C2(13-14) se fecham e os C2(41-42) se
abrem, provocando a desenergização da bobina de C3.Os contatos principais de C3 se
abrem e os de C2 se fecham; e o motor é alimentado com tensão plena ( tensão
nominal).

Figura 41 Figura 42

CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CLP ou PLC)

1) INTRODUÇÃO

A cada dia que passa, os equipamentos elétricos e mecânicos vão dando lugar aos
microprocessadores. Tanto na vida profissional como na cotidiana, estamos sendo
envolvidos por microprocessadores e computadores. Na indústria, estas máquinas estão



sendo empregadas para facilitar e melhorar o serviço. Estamos vivendo na “era da
automação”.
Na indústria, o computador chegou para aumentar a produção, reduzir gastos e
principalmente para automatizar as máquinas. Um microprocessador, por exemplo, pode
tomar decisões no controle de uma máquina, pode ligá-la, desligá-la, movimentá-la,
sinalizar defeitos e até gerar relatórios operacionais. Mas, por trás dessas decisões, está
a orientação do microprocessador, pois elas estão baseadas em linhas de programação
(código de máquina). Vamos pensar somente na linguagem de programação de
contatos que é usada nos Controladores Programáveis instalados nas indústrias.
O progressivo desenvolvimento tecnológico, sem a interferência do homem, exige
equipamentos que supram o controle humano.
A automatização é o conjunto de fenômenos destinados a substituir o esforço dos
homens. O número de componentes automáticos aumentou muito e, assim chegam a
eliminar a intervenção do ser humano. O progresso da tecnologia eletrônica e da
informática, associado ao plano industrial, é uma evolução paralela da robótica.
A indústria automobilística, por exemplo, introduziu em suas linhas de montagem,
dispositivos controlados por computador, semelhantes às articulações dos braços e mãos
humanas. Os primeiros foram chamados "robôs de primeira geração".
Os movimentos desses pseudobraços são gravados na memória do computador
que depois guiará sua repetição, por quantas vezes for necessário. As indústrias
começaram a exigir mais precisão e isso foi chamado de "segunda geração".
Os robôs de "terceira geração", que estão em fase experimental, usam métodos
conhecidos como "sistema de inteligência artificial". A união das tecnologias informáticas
e automáticas se materializam na robótica. Esses princípios da eletrônica e da mecânica
buscam no cérebro e no corpo humano, fundamentos para o projeto de andróides, com
enormes possibilidades.
A magia do movimento aparentemente espontâneo do autômato, é o que exerce a
fascinação desse tipo de mecanismo. A maioria dos autômatos é representações diretas
de criaturas, plantas ou fenômenos naturais. Os autômatos são divididos em dois grupos:
os que ajudam um objeto funcional e os que servem de decoração e prazer.
Os mais complicados são os andróides, autômatos com figura de homem, capazes
de andar, tocar um instrumento musical, escrever ou desenhar. O fato de a robotização
causar ou não desemprego é, realmente, um fato muito discutido hoje em dia.
Nem sempre a robotização causa perda de trabalho. No Japão, por exemplo, onde
a quantidade de robôs é mais elevada,principalmente no setor automobilístico, não houve
desemprego. Em outros países como Estados Unidos, França e Itália, foi enorme o
número de trabalhadores substituídos por robôs.
Embora as novas tecnologias coloquem novas exigências no trabalho, nem sempre
causam muito prejuízo. Tudo depende do tipo de trabalho. Os estudos do assunto,
realizados até agora, não nos permitem concluir e nem fazer previsões exatas.
São várias as opiniões e teorias dos estudiosos e especialistas que desenvolvem
projetos de automação industrial. O professor Alexandre Bracarense do "Departamento
de Engenharia Mecânica" que pesquisou e executou projetos de robotização em
indústrias mineiras e paulistas afirma: "Com a automatização, a produção aumentará
tanto que as empresas precisarão contratar mais funcionários".

Por outro lado não podemos deixar de analisar os impactos negativos da
automação. Dietmar Edler e Tatiana Ribakova realizaram uma pesquisa para medir o
impacto de onze robôs industriais sobre o emprego na Alemanha de 1980 a 2000. O



número desses robôs era de 1.250 no ano de 1980; saltou para 28.240 em 1990; atingiu
34.140 no ano 2000.
As conclusões desse estudo são as seguintes: de um modo geral, a introdução de
robôs ao longo do tempo, causa uma modesta redução de emprego no início; a redução
que no começo é modesta se acelera rapidamente; os robôs reduzirão 180 mil empregos
no ano 2000. O maior número de desemprego ocorrerá no setor automobilístico,
mecânico e elétrico.
Os soldadores, por exemplo, perderão sessenta mil empregos até o ano 2000.
Apesar dos efeitos compensadores a robotização destrói mais do que cria empregos. Os
empregados qualificados têm uma chance de usar a nova tecnologia. Os sem
qualificação não têm oportunidades. No Brasil, os números de mercado de robôs e
sistemas de mecanização de produção, devem crescer este ano num ritmo dez vezes
maior do que o do resto da economia brasileira.
Pequenas e médias indústrias começaram a investir na automação e robotização.
No Brasil deverá ter uma revolução no mundo do emprego, por causa da modernização
das multinacionais. Segundo a "Sociedade Brasileira de Automação Industrial e
Computação Gráfica", o número de robôs no Brasil em 1989 era cinqüenta. Em 1991 já
havia sessenta e três robôs; a partir daí o crescimento foi fantástico: em 1995 tinha 500 e
no ano passado já existiam 960 robôs. Hoje devem existir mais de mil robôs, afirma o
presidente da sociedade, o senhor Roberto Camanho.
A "Asea Brown Boveri", a ABB, é a empresa que atende 60% do mercado de robôs
brasileiros. Estes são produzidos na Suécia e na Noruega. Segundo a ABB, há procura
também de sistemas mecanizados de produção, em linhas de montagem. O impacto que
isso pode causar é imprevisível. Há setores, como os projetos da aeronáutica, nos quais
o uso de robôs pode aumentar até nove vezes a produtividade. Os sistemas de
computadores, hoje, estão ao alcance do mais modesto empresário. Pequenas e médias
indústrias, segundo Roberto Camanho, quando partem para a automação, algumas vezes
até aumentam o nível de emprego, por que aceleram demais uma etapa da produção.
Acabam precisando de mais pessoas para ajudar no processo.
Quando a automação começa a atingir todas as etapas da produção o emprego
cai. O Brasil, afirma Camanho, têm alguns anos para pensar como proteger o trabalhador
da automação. Isso acontece por que são as pequenas e médias empresas que têm
capacidade de empregar atualmente. Este é um desafio para o mundo todo. O Brasil não
pode ficar para trás, sob o risco de ter o que chamamos de "Evolução destrutiva", diz o
presidente da “Sociedade Brasileira de Automação Industrial e Computação Gráfica”.
Automação Industrial é um conjunto de técnicas destinadas a tornar automáticos
vários processos numa indústria: o Comando Numérico, os Controladores Programáveis,
o Controle de Processo e os Sistemas CAD/CAM (Computer Aided Design e Computer
Aided Manufacturing – projetos e manufaturas apoiados em computador).
O Comando Numérico controla automaticamente máquinas operatrizes (tornos,
frezas, furadeiras, etc); os Controladores Programáveis são equipamentos eletrônicos
programáveis destinados a substituir sistemas controlados por dispositivos
eletromecânicos e interfacear Comandos Numéricos, os relés e suas interligações por
programas que simulam estes componentes; o Controle de Processo visa o controle
global de um processo, em vez de parcial, como o Controlador Programável e o Comando
Numérico (também conhecido como Sistemas Supervisórios).
A microeletrônica invade os setores produtivos das indústrias, propiciando a
automação. O processo de automação não atinge apenas a produção em si, substituindo
o trabalho braçal por robôs e máquinas com Comando Numérico computadorizado:



permite enormes ganhos de produtividade ao interagir tarefas distintas como a
elaboração de projetos, o gerenciamento administrativo e a manufatura.
Na automação industrial alguns itens devem ser avaliados:
Instalação elétrica compatível com os pontos de Entrada e Saída;
Chaves de proteção do hardware
Tipo e forma de endereçamento;
Estrutura da palavra;
Tipo e forma de sinais aceitáveis; e
Compatibilidade dos equipamentos eletromecânicos.

Passos para automação de um equipamento:

INÍCIO

DEFINIÇÃO:
- PONTOS E/S
- OPERANDOS

ELABORAÇÃO
DO PROGRAMA
DO USUÁRIO

TESTE DO
PROGRAMA
DO USUÁRIO

ANALISAR E
FUNCIONA MODIFICAR
? NÃO PROGRAMA

SIM

INSTALAÇÃO
DO EQUIPAM.
E LIBERAÇÃO FIM
P/PRODUÇÃO
Figura 43



Definir Pontos de Entrada/Saída e Operandos: projetar a instalação do
equipamento no CLP, verificando quantas saídas e quantas entradas deverá ter o
CLP para a automação do equipamento. Verificar os operandos, relés de interfaces
entre CLP e equipamento.
Elaboração do Programa do Usuário: projetar o programa que controlará o
equipamento, a lógica de diagrama de contatos. Supor os movimentos imprevistos da
máquina, todas as condições de funcionamento, intertravamentos emergências.
Teste do Programa do Usuário: submeter o programa elaborado, já com os
operandos e a interface entre CLP e equipamento instalados, a um teste elétrico (sem
operação do equipamento). Simular todas as condições como se o equipamento
estivesse operando.
O Programa Funciona Perfeitamente?: caso não esteja funcionando conforme o
esperado, realize alterações no programa ou projete um outro programa mais
eficiente, levando em conta o controle que o programa anterior não realizou. É bom
lembrar que o programa não está dando bons resultados devido ao fato de a lógica de
diagrama de contatos não estar de acordo com a lógica de funcionamento do
equipamento.
Instalação e Liberação para a Produção: fazer a listagem do programa,
descrevendo linha a linha as instruções e operações das condicionantes e das saídas.
Deixar a listagem próxima ao CLP para manutenção ou alterações futuras.

Na automação industrial, os CLP’s dominam os dispositivos pneumáticos, hidráulicos,
mecânicos e eletromecânicos. Também são utilizados para controlarem grandezas tais
como vazão, temperatura, pressão, nível, velocidade, torque, densidade, rotação,
voltagem e corrente elétrica (variável de controle).

2) CONSTITUIÇÃO DOS CLP’s

O Controlador Lógico Programável é um sistema de controle de estado sólido, com
memória programável para armazenamento de instruções para controle lógico, pode
executar funções equivalentes às de um painel de relés ou de um sistema de controle
lógico. É ideal para aplicações em sistemas de controle de relés e contatores, os quais se
utilizam principalmente de fiação, dificultando, desta forma, o acesso, possíveis
modificações e ampliações do circuito de controle existente.

O CLP monitora o estado das entradas e saídas, em resposta às instruções
programadas na memória do usuário, e energiza ou desenergiza as saídas, dependendo
do resultado lógico conseguido através das instruções de programa.




Figura 44

Sistema de Redes na Automação Industrial:

Figura 45

O programa é uma seqüência de instruções a serem executadas pelo CLP para executar
em processo. A tarefa do CLP é ler, de forma cíclica, as instruções contidas neste
programa, interpretá-las e processar as operações correspondentes.



Um CLP realiza as seguintes funções básicas:
Processamento do Programa; e
Varredura das Entradas e Saídas.

O CLP consiste basicamente em:
Fonte de Alimentação;
Unidade Central de Processamento – CPU;
Memórias;
Dispositivos de Entradas e Saídas; e
Terminal de Programação.

ALIMENTAÇÃO MEMÓRIA TERMINAL
BATERIA USUÁRIO PROGRAMAÇÃO

MEMÓRIA MÓDULO
C.P.U DADOS SAÍDAS

MEMÓRIA MEMÓRIA MÓDULO
PROGRAMA IMAGEM ENTRADAS
MONITOR DAS E/S

ALIMENTAÇÃO REDE ELÉTRICA LOCAL

Figura 46

3) CLASSIFICAÇÃO DOS PLCs

Como resumo, podemos classificar historicamente o PLC como segue :

1ª Geração: Os PLCs de primeira geração se caracterizam pela programação
intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly
que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do PLC, ou seja , para
poder programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do PLC. Assim a tarefa
de programação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada,



gravando-se o programa em memória EPROM , sendo realizada normalmente no
laboratório junto com a construção do PLC.

2ª. Geração: Aparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão
dependentes do hardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um “Programa
Monitor “ no PLC , o qual converte ( no jargão técnico ,Compila), as instruções do
programa , verifica o estado das entradas, compara com as instruções do programa do
usuário e altera o estados das saídas. Os Terminais de Programação (ou Maletas, como
eram conhecidas) eram na verdade Programadores de Memória EPROM . As memórias
depois de programadas eram colocadas no PLC para que o programa do usuário fosse
executado.

3ª. Geração: Os PLC’s passam a ter uma Entrada de Programação, onde um Teclado ou
Programador Portátil é conectado, podendo alterar, apagar , gravar o programa do
usuário, além de realizar testes ( Debug ) no equipamento e no programa. A estrutura
física também sofre alterações sendo a tendência para os Sistemas Modulares com
Bastidores ou Racks.

4ª. Geração: Com a popularização e a diminuição dos preços dos micro – computadores
(normalmente clones do IBM PC ), os PLCs passaram a incluir uma entrada para a
comunicação serial. Com o auxílio do microcomputadores a tarefa de programação
passou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilização de várias representações
das linguagens, possibilidade de simulações e testes , treinamento e ajuda por parte do
software de programação, possibilidade de armazenamento de vários programas no
micro, etc.

5ª. Geração: Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de
comunicação para os PLCs, de modo a proporcionar que o equipamento de um
fabricante “converse” com o equipamento outro fabricante, não só PLCs , como
Controladores de Processos, Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação e
etc., proporcionando uma integração afim de facilitar a automação, gerenciamento e
desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada
Globalização. Existe uma Fundação Mundial para o estabelecimento de normas e
protocolos de comunicação.

4) LÓGICA E LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO

A linguagem de programação, segundo IEC 1131-3, tem se mostrado bastante
eficiente, principalmente porque permite ao usuário representar um programa de
automação de um processo ou manufatura, tanto em diagrama lógico, como em lista de
instruções e principalmente por ser hoje um padrão entre diversos fabricantes de CLP.
A linguagem IEC 1131-3 é uma entre as muitas de alto nível existentes,
entendendo-se por alto nível aquela que se aproxima muito da humana. Ela foi
desenvolvida levando-se em conta os conhecimentos da área de automação, tendo, a
partir daí, surgido representações para a mesma linguagem: Diagrama de Contatos (do
inglês Ladder Diagram – LAD), Lista de Diagrama em Bloco de Funções (FDB) e outras.
Automatizar um sistema significa fazer uso de funções lógicas, representadas, por
sua vez, por portas lógicas que podem ser implementadas, fazendo uso de componentes



independente do nível de sua tecnologia, ou seja, relé, diodo, transistor, circuito
integrado, etc.
A programação em diagrama de contatos permite programar desde funções
binárias até funções digitais complexas. Através desta programação, damos as decisões
a serem tomadas pelo CLP em relação ao equipamento em automação. Esta
programação é um grupo de instruções utilizado para controlar um equipamento.
Instrução é um comando que permite ao CLP realizar determinada operação prescrita.
A lógica de diagrama de contatos assemelha-se à lógica das portas lógicas ou
circuito TTL (AND, OR, INVERSOR, etc).

A C S

B

D E

F

Figura 47

Diagrama de Contato

A
B
C
S Figura 48
D
E
F
Circuito TTL
Na programação em diagrama de contatos as instruções se referem:

NA -| |- contato normalmente aberto, referente a um bit

NF -|/|- contato normalmente fechado, referente a um bit

Saída -( )- energiza ou desenergiza um bit, (no caso Bobina).



Estes bits podem ser da memória de dados ou da memória das E/S. No módulo
das entradas, os bits de entradas somente poderão informar ao programa de aplicação o
que está ocorrendo com o circuito elétrico que envolve o equipamento de controle, ou
seja, informa ao CLP o estado do equipamento em controle. Estes bits aparecem no
programa de aplicação sempre na forma de NA e NF. Isso se deve ao fato de que no
CLP está sempre “lendo” os módulos de entradas e atualizando sua memória referente a
estes dados.
No módulo de saída, os bits de saída poderão, também, informar ao programa de
aplicação o que está ocorrendo com o equipamento e também comandar a realização de
tarefas. Isso acontece porque o CLP está sempre “escrevendo” nos módulos de saída ou
atualizando as saídas conforme o programa de aplicação.

E1 S1 E1

SITUAÇÃO 1
S1

Figura 49

E2 S2 E2

SITUAÇÃO 2

S2

Figura 50

Na situação 1, somente quando E1 estiver com nível lógico 0 e que teremos a
saída S1 energizada, ou seja, lógica invertida. Já para a situação 2 teremos a saída S1
em nível lógico 1, quando a entrada E1 estiver energizada.
No programa de aplicação da automação, usamos a ramificação para a
combinação de condições dadas. A ramificação permite ao CLP analisar condições para
fechar o circuito na saída da linha.

4) FUNÇÕES LÓGICAS BÁSICAS

São Três funções básicas, a partir das quais as demais surgem.

1) Função E (AND): uma função lógica E terá, nível lógico 1 na saída, se e somente
se todas as entradas estiverem no nível 1 simultaneamente.




E1 E2 E3 S1

Figura 51

No exemplo acima só teremos nível lógico 1 em S1, somente quando todas as
entradas E1, E2 e E3 também estiverem em nível lógico 1 simultaneamente.

2) Função OU (OR): um outro tipo de função é a OU, neste caso o nível lógico 1 na
saída será obtido quando umas das entradas estiver no nível 1.

E1 S2

E2

Figura 52

Neste caso, teremos nível lógico 1 em S2, quando a entrada E1 tiver nível 1 ou
enquanto a entrada E2 permanecer em nível lógico 0.

3) Função NÃO (NOT): uma outra função lógica básica é a de inversão ou negação,
ou ainda função NÃO ou NOT, a qual estabelece que se NÃO A é 0 e A é 1. Não
podemos escrever NÃO A como, descrito como complemento de A. Dizer NÃO a uma
dada proposição implica, portanto, o oposto ou inverso da condição estabelecida.

E1 S3

Figura 53

No exemplo acima só obteremos nível lógico 1 em S1 enquanto a entrada E1
estiver em nível 0.



Exercício 1: Com base no diagrama abaixo, faça a análise de quando teremos a saída
liberada (energizada) pelo CLP.

E1 E2 E3 S1

E4

E5 E6

Figura 54

Exercício 2: Em uma industria existe um painel elétrico de comando de um motor de
exaustão, o qual se necessita de automatizar em conjunto com uma série de
equipamento. Com base no esquema elétrico deste painel como ficaria a lógica de
contatos em um PLC para este acionamento?

FASE I

CH1 A (R1)
(ON)

Figura 55
CH2
(OFF)

R1 (Bobina contator do motor)

Exercício 3: Faça uma lógica de contatos para seguinte tabela abaixo

E1 E2 S1
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 0



5) INSTRUÇÕES BÁSICAS

As instruções básicas são representadas por blocos funcionais a introduzir na linha
de programação em lógica de contatos. Estes blocos funcionais podem ser diferentes de
um Controlador para outro.

BLOCO
FUNCIONAL

Figura 56

5.a) Instrução Temporizador
O temporizador conta intervalos de tempo transcorridos em relação ao tempo
prefixado. Quando a temporização estiver completa esta instrução energiza um bit de
tempo transcorrido. A instrução TEMPORIZADOR pode ser utilizada para energizar ou
desenergizar um dispositivo quando tiver transcorrido um intervalo de tempo prefixado na
instrução. Quando o valor temporizado se iguala ao valor prefixado, o temporizador
energiza o bit de tempo transcorrido, o qual pode ser utilizado para energizar ou
desenergizar uma instrução de saída.
Em geral, a função temporizador, trabalha com 02 bits de controle auxiliar que
indicam Temporizador energizado (TE) e Tempo igualado ao valor prefixado (TD).

E1 E2 TEMPORIZADOR

T1 30seg
T1E

T1D S1

Figura 57

No exemplo anterior, quando acionamos a entrada E1, estamos energizando o
temporizador (T1), que por sua vez habilita o bit T1E, selando a entrada E1. Neste
momento T1 inicia a contagem de tempo e ao se passar 30 segundos, o bit T1D é
energizado, habilitando a saída S1. Esta situação permanece inalterada enquanto T1
estiver energizado.


Para voltarmos a esta anterior basta acionar a entrada E2, o qual irá desenergizar
T1 e consequentemente T1E e T1D.

5.b) Instrução Contador
O contador conta o número de eventos que ocorre e deposita essa contagem em
um byte reservado. Quando a contagem estiver completa, ou seja, igual ao valor
prefixado, esta instrução energiza um bit de contagem completa. A instrução Contador
pode ser utilizada para energizar ou desenergizar um dispositivo quando tiver completa a
contagem. Funciona de maneira similar ao Temporizador porém há somente um bit de
controle e há necessidade de estarmos realizando o reset do mesmo.

E1
CONTADOR

C1 50 pulsos

C1D S1

E2 CONTADOR
(reset)

C1 50 pulsos

Figura 58

Na situação acima, a cada mudança de estado da entrada E1 (de “0” para “1” e
vice-versa) o contador C1 contará um pulso. Quando a contagem atingir ao valor
prefixado, C1 energizará C1D. esta situação permanecerá inalterada até que a entrada
E2 seja energizada, resetando C1 (ou seja zerando sua contagem).

Exercício 1: Em uma indústria se deseja controlar uma estufa por aquecimento a gás (ar
aquecido atrás de chama) de maneira que o gás só seja liberado ao ignitor após 30
segundos a entrada de funcionamento do motor da exaustão. Para o desligamento,
deverá haver uma chave única que primeiro irá cortar o gás e a exaustão só poderá ser
desligada após 30 minutos. Faça um programa de diagrama de contatos que administre
esta situação.

Exercício 2: Em uma loja de parafusos se deseja montar um contador automático de
parafusos, separando-os em centenas. O sistema é composto por um reservatório tipo
funil, que contém os parafusos, e em sua extremidade mais fina há uma válvula tipo
borboleta que quando é energizada se abre permitindo a queda de parafusos um a um e
também um sensor de pulsos que gera um sinal todas as vezes que um parafuso passe
em sua frente. Elabore um programa em diagrama de contatos para atender esta
necessidade.

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