Organização física do protótipo

O protótipo está fisicamente organizado em dois conjuntos distintos: o módulo de medição e controle e o módulo de saídas. O módulo de medição e controle é composto pelo arranjo na forma empilhada das placas do medidor de energia e da fonte, do controle lógico microcontrolado e pelo display da interface homem-máquina, formando um arranjo compacto dotado de conectores e bornes para conexão dos diversos sinais externos. Seu aspecto, sem o display da IHM, é mostrado na Figura 82.

Para a utilização do módulo de medição e controle, foi montado um bastidor em acrílico transparente com a instalação dos transformadores de corrente, dos bornes de força e dos conectores das interfaces de comunicação e de acionamento do módulo de saídas. Foram empregados transformadores de corrente toroidais de construção miniaturizada, e capacidade de operação nominal com corrente de primário de 100 Ampéres e corrente de secundário de 0,2 Ampéres, resultando em um conjunto de transdutores de tamanho reduzido e com capacidade adequada à aplicação proposta. Embora os transformadores de corrente empregados operem com uma relação de 100:0,2, o emprego de outros componentes também é possível, sendo necessária apenas a parametrização adequada da relação de transformação utilizada.

No protótipo empregado nos experimentos, cada condutor fase atravessou três vezes o interior do TC, reduzindo a relação de transformação para 33,3:0,2A. Este artifício foi empregado para permitir a ocupação de uma faixa maior da resolução do medidor na leitura dos valores de corrente manipulados no experimento, e ao mesmo tempo reduzir a interferência produzida pelos campos magnéticos originados nos condutores adjacentes. O aspecto do protótipo de módulo de medição e controle utilizado no experimento é mostrado na Figura 83.

O módulo de saídas do protótipo é composto por duas placas de saídas a relés conectadas em cascata, destinadas ao acionamento das cargas controláveis e dos capacitores de correção de fator de potência. Das 16 saídas disponíveis, 8 são empregadas no controle de demanda máxima e 8 são utilizadas na correção do fator de potência.

As placas forma montadas sobre um arranjo de material isolante, contendo os bornes de força, as conexões das cargas controláveis e um invólucro transparente contendo os capacitores utilizados na correção de fator de potência do experimento, além do conector da interface de acionamento proveniente do módulo de medição e controle. A Figura 84 mostra o módulo de saída a relés empregado no experimento.

Figura 84 - Módulo de Saídas a Relés - Conjunto Montado

7.6.1 Placa do Controlador - CDFP V1.00

Esta placa abriga o microcontrolador e seus periféricos diretos: Display e teclado da IHM, Relógio de tempo real e interface de comunicação serial. Na Figura 85 observa-se o aspecto da placa, com a disposição dos componentes locados sob o espaço destinado ao display, reduzindo o tamanho físico da placa.

A placa tem a mesma largura do display empregado para a apresentação dos dados na IHM. O teclado, composto por quatro chaves miniaturizadas de acionamento momentâneo está localizado abaixo da posição ocupada pelo display, possibilitando a composição da IHM com dimensões reduzidas, acessível diretamente pela parte frontal da placa.

Para a função de fonte de reserva para o relógio de tempo real, a placa conta com uma bateria de lítio de 3V, com duração estimada de 3 anos em condição de falta de alimentação da rede. Esta bateria é responsável pela manutenção da operação e armazenamento dos registros internos do relógio de tempo real.

Figura 85 - Placa CDFP V1.00

À direita do microcontrolador é possível notar a presença de espaços para circuitos integrados, que são destinados à colocação de memória de massa do tipo EEPROM, e à esquerda do microcontrolador observa-se outro espaço para a colocação de um circuito integrado, destinado à adequação de níveis para a utilização de interface serial padrão EIA RS485 (acima da bateria do RTC). Quando é empregada a interface RS485, o driver para a interface RS232 é removido do circuito, para evitar conflitos na linha de dados recebidos.

Os conectores para terminais de cabos planos localizados na borda superior da placa são os pontos de conexão da interface RS232 e do primeiro módulo de saída a relés. No canto inferior direito está instalado um conector padrão RJ45, para a conexão do equipamento a redes padrão RS485.

7.6.2 Placa do Medidor de Energia e Fonte - MEEF V1.0

A placa MEEF V1.0 contém o circuito medidor de energia e todos seus periféricos, e a fonte de alimentação chaveada responsável pelo suprimento de energia de todos os componentes do equipamento. As conexões dos terminais de medição são feitas por meio dos bornes localizados na parte inferior direita da placa, e a alimentação da fonte chaveada é realizada nos bornes da parte inferior esquerda.

O circuito medidor, localizado à direita da placa, é composto pelo circuito integrado ADE7758 e por seus componentes acessórios, destinados à adequação do nível e filtragem dos sinais e à geração da base de tempo do medidor. O circuito da fonte de alimentação, localizado à esquerda da placa, é composto por um retificador de onda completa, capacitores de alta tensão, transistor de chaveamento, transformador, circuitos de controle PWM, retificadores, filtros e reguladores de baixa tensão.

A placa do controlador recebe a alimentação e os sinais do circuito medidor através da barra de pinos prolongados situada no topo da placa. A montagem empilhada torna compacto o equipamento, e a redução do comprimento dos condutores de interligação aumenta a imunidade a ruídos do conjunto. A Figura 86 mostra o aspecto físico da placa MEEF V1.0.

Figura 86 - Placa MEEF V1.0

7.6.3 Placa do Módulo de Saídas a Relés - MSR V1.0

A placa de saída a relés traduz as ações de controle do equipamento em manipulação dos contatos dos relés, de forma a permitir a manipulação de elementos externos. Cada placa é composta por 8 relés de 1 contato reversível, com capacidade de

manipulação máxima de 5A a 250Vca, sendo recomendável para uma operação segura limitar essa corrente em 2A a 250Vca, como mostrado na Figura 87.

Figura 87 - Placa MSR V1.0

Possui elementos de isolação óptica entre o circuito lógico de acionamento e o circuito de manipulação das bobinas dos relés, de forma a isolar ruídos originados por chaveamento dos contatos. A supressão de transientes é realizada por varistores de óxido de zinco em paralelo como os contatos dos relés, capazes de limitar sobretensões e centelhamento em níveis aceitáveis à operação dos relés, e reduzir a emissão eletromagnética que poderia afetar a operação dos circuitos eletrônicos presentes..

O acionamento dos módulos de relés é realizado de forma serial unidirecional, por meio de registradores de deslocamento, permitindo a conexão de múltiplas placas em cascata. Para facilitar esta conexão, cada placa MSR V1.0 é dotada de 2 conectores de 10 pinos, um para a conexão da entrada de dados e outro para a conexão de outra placa em seqüência.