Instrumentação
Automação Básica e Circuitos de Intertravamento e Alarmes
SENAI – ES, 1999
Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão) Coordenação Geral Evandro de Figueiredo Neto (CST)
Robson Santos Cardoso (SENAI) Supervisão Rosalvo Marcos Trazzi (CST)
Fernando Tadeu Rios Dias (SENAI) Elaboração Flavio Morais de Souza (SENAI) Aprovação Marcos Antônio R. Nogueira (CST)
Wenceslau de Oliveira (CST)
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
Departamento Regional do Espírito Santo
CTIIAF – Centro Técnico de Instrumentação Industrial Arivaldo Fontes Av. Marechal Mascarenhas de Moraes, 2235 Bento Ferreira – Vitória – ES CEP 29052-121
Telefone: (27) 3334-5200 Telefax: (27) 3334-5211
CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão Departamento de Recursos Humanos
Av. Brigadeiro Eduardo Gomes, n° 930, Jardim Limoeiro – Serra – ES CEP 29163-970
1.1 – Tópicos da álgebra de Boole 4 1.2 – Simplificação de circuitos lógicos 9 1.3 – Montagem de circuitos com condições estabelecidas 14
2 – PRÍNCIPIO DE CONTROLE SEQUENCIAL E CIRCUITOS BÁSICOS
2.1 – Controle sequêncial 16 2.2 – Circuito sequêncial 19 2.3 – Circuitos básicos 24 3 – DIAGRAMAS DE COMANDO 3.1 – Introdução 34 3.2 – Intertravamento de contatores 41 3.3 – Sistemas de partida de motores 43 3.4 – Comando de um contator por botões ou chaves 50 3.5 – Reversão de rotação de motor trifásico com contator 52 3.6 – Reversão de rotação de motor trifásico com contator e chaves fim de curso 54 3.7 – Partida com comutação automática estrela-triângulo de um motor 55 3.8 – Partida automática de motor trifásico com autotransformador 57 3.9 – Partida com motor de rotor bobinado com comutação de resistores 58 3.10 – Partida consecutiva de motores com relés temporizados 60 3.11 – Partida automática e frenagem eletromagnética de motor trifásico 62
4 – O CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
4.1 – Surgimento do controlador programável 63 4.2 – Introdução da tecnologia de controladores lógico programáveis – PLC’s 65 4.3 – Arquitetura do controlador programável 70 4.4 – Programação do controlador programável 82
5 – ARQUITETURA DIGITAIS E INTERFACE HOMEM-MÁQUINA
5.1 – Introdução 93
5.2 – Sistema de aquisição de dados “DAS” 93 5.3 – Sistema supervisório de controle “SPC” 99 5.4 – Sistema de controle digital direto “DDC” 100 5.5 – Sistema de controle com controladores programáveis 102 5.6 – Sistema de controle digital distribuído – “SDCD” 105
1 - NOÇÕES DE CIRCUITOS LÓGICOS
1.1 - TÓPICOS DA ALGEBRA DE BOOLEÉ uma técnica matemática que é usada quando consideramos problemas de natureza lógica. Em 1847, o matemático inglês George Boole desenvolveu leis básicas aplicadas em problemas de lógica dedutiva. Até 1938, isto se restringia ao estudo de matemática, quando então um cientista do Bell Laboratories, Claude Shammon, começou a utilizar tais leis no equacionamento e análise de redes com multicontatos. Paralelamente ao desenvolvimento dos computadores, a álgebra de Boole foi ampliada, sendo hoje ferramenta fundamental no estudo de automação.
A álgebra de Boole utiliza-se de dois estados lógicos, que são 0 (zero) e 1(um), os quais, como se vê, mantém relação íntima com o sistema binário de numeração. As variáveis booleanas, representadas por letras, só poderão assumir estes dois estados: 0 ou 1 , que aqui não significam quantidades.
O estado lógico “0” representa um contato aberto, uma bobina desenergizada, uma transistor que não está em condução, etc.; ao passo que o estado lógico 1 representa um contato fechado, uma bobina energizada, um transistor em condução, etc.
1.1.1 – Postulados e Teoremas
Toda a teoria de Boole está fundamentada nos postulados e teoremas representados a seguir: a) 0; A , 1 A se 1; A , 0 A se = = = = b) 0 0 . 0 1 1 1 = = + c) 1 1 . 1 0 0 0 = = + d) 0 0 . 1 1 . 0 1 1 0 0 1 = = = + = + e) A 1 . A A 0 A = = + f) 0 0 . A 1 1 A = = + g) A A . A A A A = = + h) 0 A . A 1 A A = = + _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ CST 4
i) A=A j) A . B B . A = k) C ). B . A ( ) C . B .( A C ) B A ( ) C B ( A = + + = + + l) A ) B A .( A A B . A A = + = + m) C . A AB ) C B .( A ) C A ).( B A ( C . B A + = + + + = + n) B . A ) B A .( A B A B . A A = + + = + o) B A B . A B . A B A + = = + 1.1.2 - Circuitos Sequenciais a) Circuito Liga
Na figura 1.1, temos a chave A e a lâmpada X. Quando a chave A está aberta ( estado “0” ), a lâmpada X está apagada ( estado “0”). Quando a chave A está fechada ( estado “1” ), a lâmpada X está acesa ( estado “1”).
A equação deste circuito é A=X. Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela verdade 1.1.
Figura 1.1 Tabela 1.1
b) Circuito Desliga ( NOT)
Na figura 1.2a, temos a chave A e a lâmpada X. Quando a chave A está aberta ( estado “0”), a lâmpada X está acesa ( estado “1”). Quando a chave A está fechada ( estado “1”), a lâmpada X está apagada ( estado “0”).
A equação deste circuito é A=X. Os possíveis estados de A e X são mostrados na tabela 1.2. Esta lógica é, geralmente, realizada com contato normalmente fechado, como mostrado na figura 1.2b.
Figura 1.2a
Figura 1.2b Tabela 1.2
c) Circuito E (AND)
Na figura 1.3 temos as chaves A e B em série e a lâmpada X. Somente quando ambas as chaves, A e B, estão ligadas ( estado “1”) , a lâmpada X está acesa ( estado “1”).
A equação deste circuito é A.B=X. Os possíveis estados de A, B e X são mostrados na tabela 1.3.
Figura 1.3 Tabela 1.3
d) Circuito ou (OR)
Na figura 1.4 temos as chaves A e B em paralelo e a lâmpada X. Quando uma das chaves, A ou B, ou ambas, estão fechadas ( estado “1”), a lâmpada X está acesa (estado ”1”).
A equação deste circuito é A+B=X. Os possíveis estados de A, B e X são mostrados na tabela 1.4.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Figura 1.4 Tabela 1.4
Apresenta-se no quadro abaixo um resumo de bloco lógicos básicos e algumas combinações comuns:
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
1.2 - SIMPLIFICAÇÃO DE CIRCUITO LÓGICOS
1.2.1 – Simplificação Utilizando a Álgebra de Boole
Aplicando os postulados e teoremas da álgebra de Boole, podemos simplificar expressões, o que implica em simplificação de circuitos.
Exemplo 01 :
Simplificar o circuito da figura 1.5.
Figura 1.5
Solução :
A equação deste circuito é : L=A+(A+B).(A+B)
B A A . B A A . B B . A A B . B A . B B . A A . A A ) B A ).( B A ( A L + = + = + + = + + + + = + + + =
A figura 06 representa o circuito simplificado.
Figura 1.6
Exemplo 02:
Simplificar o circuito da figura 7.
Figura 1.7 Solução :
A equação deste circuito é : L=C.X+Y Onde : B . A Y e B A X= + = _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ CST
C B A B B.C A B A C . B . A + + = + + = + + =
A figura 08 representa o circuito simplificado.
Figura 1.8
1.2.2 – Simplificação com Mapa de KARNAUGH
Quando utilizamos os teoremas e postulados Booleanos para simplificação de uma circuito lógico qualquer não podemos afirmar, que a equação resultante está na sua forma minimizada. Existem métodos de mapeamento de circuitos lógicos, que possibilitam a minimização de expressões com N variáveis. Um desse métodos é a utilização do mapa de KARNAUGH e é indicado para minimização de até 4 variáveis.
Exemplo 1 :
Simplificar o circuito da figura 1.9.
Figura 1.9 Figura 1.10
Solução:
A equação deste circuito é : L=A.B+A.B+A.B
Marcamos no mapa de Karnaugh, figura 1.11, as regiões correspondentes a cada parcela da equação do circuito.
Figura 1.11
Tomamos o menor número de pares de parcelas vizinhas. A mesma região pode pertencer a pares diferentes. As regiões 1 ( parcela A ) e 2 ( parcela B) correspondem à simplificação do circuito que é :
B A L= + A figura 1.10 representa o circuito simplificado.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Exemplo 2:
Simplificar o circuito da figura 1.12
Figura 1.12
Figura 1.13
Solução :
A equação deste circuito é :
C . B . A A . C C . B B . A ) B . A A .( C C . B B . A L= + + + = + + +
No mapa de KARNAUGH, figura 1.14, marcamos :
Figura 1.14
Tomamos o menor número de quadras vizinhas. As regiões 1 (parcela A), 2 (parcela B) e 3(parcela C) correspondem à simplificação do circuito que é:
C B A L= + +
A figura 1.13 representa o circuito simplificado.
1.3 – MONTAGEM DE CIRCUITOS COM CONDIÇÕES ESTABELECIDAS
1.3.1 – Método da Soma de Produtos
Devemos inicialmente preencher a tabela verdade nas condições do problema. Somam-se os produtos das entradas onde se tem a saída no estado “1”, sendo que as variáveis de entrada no estado “0” são barradas. A equação assim obtida é a solução do circuito.
Exemplo :
Montar o circuito que contém 3 chaves A,B e C e uma lâmpada na seguinte condição: quando pelo menos duas chaves estiverem ligadas, a lâmpada estará acesa.
Figura 1.15 Figura 1.16
Solução:
As saídas ①,②,③ e ④ da tabela verdade, figura 1.15, atendem às condições do problema. Então : C . B . A C . B . A C . B . A C . B . A L= + + +
No mapa de KARNAUGH, figura 16, marcamos :
Região V①, parcela A.B.C Região V②, parcela A.B.C Região V③, parcela A.B.C Região V④, parcela A.B.C _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ CST
As regiões 1 ( parcela A.B), 2 (parcela B.C) e 3 ( parcela C.A), correspondem à simplificação do circuito que é : A . C C . B B . A L= + +
A figura 1.17 representa o circuito simplificado.
2–PRINCÍPIO DE CONTROLE SEQUENCIAL E CIRCUITOS BÁSICOS
2.1 – CONTROLE SEQUENCIALO controle sequencial é o comando passo a passo de uma série de eventos no tempo e numa ordem predeterminada.
2.1.1 - Exemplo
Como exemplo de controle sequencial, um processo industrial de aquecimento é mostrado na figura 2.1.
Temos que :
a) encher o tanque com matéria-prima até certo nível;
b) aquecer o conteúdo do tanque, com uso de vapor, agitando o conteúdo atá certa temperatura;
c) dar vazão à matéria aquecida.
A operação descrita acima é executada manualmente nesta sequência : 1- abrir a válvula manual “V1” para que a matéria prima chegue ao tanque;
2- fechar “V1” quando a matéria prima atingir certo nível marcado pelo indicador “L”;
3- 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;
4- quando a indicação do termômetro “TH” atingir certo valor, interromper a passagem de vapor fechando “V2” e parar a agitação desligando o motor “M”;
5- dar vazão à matéria aquecida.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Os passos de 1 a 6 são repetidos quantas vezes forem necessárias.
Este processo pode ser realizado automaticamente, figura 2.2, 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.
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.
2.1.2 – Características do controle sequencial
O controle sequencial tem as seguintes características :
a) do sinal de entrada até o de saída a sequência de operações obedece uma ordem predeterminada;
b) durante a execução da sequência, o sinal de controle é transmitido obedecendo certas condições;
c) o passo seguinte é executado dependendo do resultado anterior;
Geralmente, o controle sequencial é o mais conveniente, indicado e utilizado em operações de atuação passo a passo, como, por exemplo, partida-parada, modificar condição de execução de manual para automático, etc.
2.1.3 – Diagrama de Blocos
Na figura 2.3 é mostrado o diagrama de blocos do comando sequencial. 1) Um dispositivo de comando é acionado por um operador;
2) Um sinal é transmitido para o dispositivo de processo que irá atuar de maneira predeterminada.
3) O sinal de detecção, que significa a condição de processo, é enviado aos dispositivos de sinalização;
4) Um sinal de controle, resultante de um sinal de processo e/ou detecção, é transmitido ao dispositivo de final de controle;
5) O sinal transmitido do dispositivo de final de controle atua sobre o dispositivo controlado; 6) Com a atuação dos dispositivos controlados, a variável controlada atinge uma condição
predeterminada, e os dispositivos sensores e de proteção atuam.
7) Um sinal de detecção, que significa condição da variável controlada, é enviado aos dispositivos de sinalização e/ou aos de processo, para a próxima sequência de operações. 8) Os dispositivos de sinalização indicam as condições de processo e da variável controlada
ao operador. Dependendo do resultado dessa sinalização, o operador poderá acionar o dispositivo de comando quando necessário.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Figura 2.3 2.2 – CIRCUITO SEQUENCIAL
2.2.1 – Conceito
É um circuito lógico cujos valores de saída, num determinado instante, dependem tanto dos valores de entrada quanto do estado interno do dispositivo nesse instante, e cujo estado interno depende do valores de entrada imediatamente precedente. A denominação se deve ao fato de a sequência das mudanças das entradas influir no comportamento do circuito.
2.2.2 – Análise de circuito
O funcionamento de um circuito sequencial pode ser analisado através do diagrama de tempo ou do diagrama de transição.
Exemplo : Equações : 3 2 1 2 3 1 3 1 2 0 1 d . d . d h d ). d d ( d b d b d = + = = =
O funcionamento do circuito da figura 2.4 é mostrado nos diagramas de tempo (figura 2.5a e 2.6a) e de transição (figura .2.5b e 2.6b).
a) Com acionamento de “b0” em primeiro lugar:
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
OBSERVAÇÃO:
No diagrama de transição, a indicação de um passo sem círculo representa um estado transitório. Por exemplo, na figura 2.5b, na posição 4, o relé “d3” está na energização e em 1
está na desenergização. Na mesma figura as indicações “1” e “0” significam lâmpada “h” acesa e apagada, respectivamente.
b) Com acionamento de “b1” em primeiro lugar:
Comparando os procedimento descritos anteriormente, verifica-se que a lâmpada “h” acende-se somente quando “b0” é acionado em primeiro lugar.
2.2.3 – Montagem de circuito com condições estabelecidas
O circuito é montado a partir da equação que pode ser obtida do diagrama de tempo ou do diagrama de transição, com condições estabelecidas.
Exemplo :
Montar um circuito que contém duas botoeiras “b0” e “b1”, um contador auxiliar “d” e uma
lâmpada “h”, de modo que :
① quando se apertar a botoeira “b1”, a lâmpada “h” se acenda e permaneça acesa;
② quando se apertar a botoeira “b0”, a lâmpada “h” se apague e permaneça apagada;
③ quando se apertar as duas botoeiras “b0” e “b1” juntas , a lâmpada “h” permaneça acesa.
Usando-se o diagrama de tempo da figura2.7.
No diagrama de tempo temos : Passo ① - o circuito não se altera;
Passo ② - aciona-se “b1”, energizando “d”, e a lâmpada “h” se acende;
Passo ③ - libera-se “b1”, e a lâmpada “h” permanece acesa;
Passo ④ - aciona-se “b0”, desenergizando “d”, a lâmpada “h” se apaga e permanece apagada.
Quando “b0” é liberado, o circuito volta à condição inicial.
ou
Passo ① - o circuito não se altera;
Passo ② - aciona-se “b1”, energizando “d”, e a lâmpada “h” se acende;
Passo ③’ - com “b1” acionado, aciona-se “b0” e a lâmpada “h” permanece acesa;
Passo ④ - libera-se “b1” com “b0” ACIONADO, e a lâmpada “h” se apaga e permanece
apagada. Quando “b0” é liberado, o circuito volta à condição inicial.
Para se obter a equação do circuito, procede-se da seguinte maneira : 1 – Na sequência ①①①①→→→→②②②②→→→→③③③③→→→→④④④④
Nesta sequência, o sinal que atua o relé “d” ( passo ② ) é retirado, enquanto este está atuando (passo ③), sendo necessário neste caso a retenção. A equação de “d” é :
d . d" " relé do retenção de condição d" " relé do atuação de inicial condição d + =
Considera-se a condição inicial de atuação do relé ( no passo ②) , que é
1 0.b
b ,
e a seguir considera-se a condição de retenção do relé “d”(no passo ③), que é
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Assim, a equação do relé “d” ( nos passos ② e ③) é d . b . b b . b d= 0 1+ 0 1 Observação :
Todas as condições existentes para o relé, tanto inicial como todos os passos de retenção, devem ser consideradas.
2 – Na sequência ①①①①→→→→②②②②→→→→③③③③’→→→→④④④④
Nesta sequência, o sinal que atua o relé “d” se mantém enquanto este está atuando e, neste caso, a equação de “d” é : relé) do atuação de condições as (todas d=
conforme se tem acima ( nos passos ② e ③)
1 0 0 1 1 0 1 0.b b .b b (b b ) b b d= + = + =
Considerando todas as condições, tem-se:
d . b b d d . b . b b d d . b . b ) b 1 ( b d b d . b . b b . b d 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 + = + = + + = + + =
A configuração do circuito é mostrada na figura 2.8
2.3 – CIRCUITOS BÁSICOS
A seguir são mostrados alguns circuitos básicos de comando e acionamento elétrico.
2.3.1 – Circuito de Retenção
Nos circuitos da figura 2.9, 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.
Figura 2.9
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
lâmpada “h” não se acende, porque a botoeira “b0” tem preferência na desenergização, e no
circuito da figura 2.9b a lâmpada “h” se acende, porque a botoeira “b1” tem preferência na
energização.
2.3.2 – Circuito de Intertravamento
Nos circuitos da figura 2.10, 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 2.10
Quando se apertar as duas botoeiras “b12” e depois “b13”, no circuito da figura 2.10(a), que
tem intertravamento mecânico, com os contatos normalmente fechados das botoeiras conjugadas, as lâmpadas não se acendem, e, no circuito da figura 2.10(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 2.11 é mostrado um circuito com retenção (selo) e intertravamento elétrico.
Figura 2.11
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.
Na figura 2.12 são mostrados os circuitos de intertravamento mecânico e elétrico que oferecem maior segurança pela sua constituição.
Figura 2.12
Quando a bobina do contator “d1” (ou “d2”) estiver energizada, para se energizar a bobina do
contator “d2” (ou “d1”) no circuito da figura 2.12(a), é necessário primeiro apertar a botoeira
“b0” e depois ‘b13” (ou “b12”), ao passo que, no circuito da figura 2.12(b), não há necessidade
de tal procedimento, porque, apertando-se “b13” (ou “b12”), a bobina do contator “d1” (ou
“d2”) é desenergizada pelo contato de intertravamento da respectiva botoeira.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
2.3.3 – Circuito de Prioridade
a) Primeira ação
Este circuito, figura 2.13, permite energizar somente o contator atuado em primeiro lugar.
Figura 2.13
b) Última ação
Este circuito, figura 2.14, permite a energização do contator acionado em último lugar.
Figura 2.14
c) Primeiro lugar
Este circuito, figura 2.15, permite a energização de qualquer contator em primeiro lugar. A seguir, só é possível a energização de um contator anterior, na sequência.
Figura 2.15
d) Sequência
Este circuito, figura 2.16, só permite a energização dos contatores em sequência, a partir do primeiro. Figura 2.16 _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ CST 28
2.3.4 – Circuito Temporizado
a) Liga retardado
No circuito da figura 2.17(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 2.17(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 2.17
b) Desliga retardado
No circuito da figura 2.18(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 2.18(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 2.18
c) Liga-desliga retardado
No circuito da figura 2.19(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, depois de um certo tempo “t”, ajustado no temporizador “d1”, a lâmpada “h” acende-se. Liberando-se a
chave seccionadora “a”, depois de um certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2” a
lâmpada “h” se apaga.
O circuito da figura 2.19(b) tem a mesma função do anterior, sendo que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Figura 2.19
d) Ação temporizada
No circuito da figura 2.20(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 2.20(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 2.20
e) Liga retardado com ação temporizada
No circuito da figura 2.21(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, após um certo “t1”, ajustado no temporizador “d1”, a lâmpada “h” se acende e se mantém acesa durante um
certo tempo “t2”, ajustado no temporizador “d2”.
O circuito da figura 2.21(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 2.21 f) Ação liga-desliga (pisca-pisca)
No circuito da figura 2.22(a), quando a chave seccionadora “a” é acionada, a lâmpada “h” se acende no mesmo instante e se mantém acesa durante um certo tempo “t1”, ajustado no
temporizador “d1”, e se mantém apagada durante um certo tempo “t2”, ajustado no
temporizador “d2”. A lâmpada “h” se mantém nesses estados, acesa e apagada, até que a
chave seccionadora “a” seja liberada.
O circuito da figura 2.22(b) tem a mesma função do anterior, só que o acionamento é por botoeiras. Os diagramas de tempo são mostrados para cada circuito, respectivamente.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Figura 2.22 g) Retenção retardada
No circuito da figura 2.23(a), para a lâmpada “h” se acender, a botoeira “b1” deve ficar
acionada durante um tempo superior ao tempo “t”, ajustado no temporizador “d1 “. Caso
contrário, a lâmpada “h” não se acende. O diagrama de tempo do circuito é mostrado na figura 2.23(b).
Figura 2.23
3 – DIAGRAMAS DE COMANDO
3.1 – INTRODUÇÃO
Os diagramas elétricos têm por finalidade representar claramente os circuitos elétricos sob vários aspectos, de acordo com os objetivos :
- funcionamento sequencial 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.
3.1.1 – Tipos de diagrama
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 3.1).
Figura 3.1
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
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 sequência funcional são representados de forma bastante prática e de fácil compreensão (diagrama funcional) figuras 3.2 e 3.3.
Figura 3.2 Figura 3.3
Na Segunda parte temos a representação, a identificação e a localização física dos elementos (diagrama de execução ou de disposição ) figura 3.4.
Figura 3.4
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.
3.1.2 – Identificação dos componentes no diagrama funcional
Os componentes no diagrama são representados conforme a simbologia adotada e identificados por letras e números ou símbolos gráficos.
Identificação por letras e números:
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Identificação por símbolos gráficos:
Dessa forma, os retângulos ou círculos simbolizam os componentes, e as letras C1, C2, C3 ou
L, Y e ∆ indicam, respectivamente, um determinado contator que está localizado no circuito de potência. A letra L e os símbolos Y e ∆ indicam sua função que pode ser : L corresponde à linha, Y corresponde à ligação estrela, ∆ corresponde à ligação triângulo.
Da mesma forma, as indicações C1, C2, e C3, etc, correspondem a contatores cujas funções
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
3.1.3 – Identificação Literal de Elementos
EXEMPLOS NORMAS VDE
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_________________________________________________________________________________________________ CST
3.2 – INTERTRAVAMENTO DE CONTATORES
É um sistema elétrico ou mecânico destinado a evitar que dois ou mais contatores se fecham, acidentalmente, ao mesmo tempo provocando curto-circuito ou mudança de sequência de funcionamento de um determinado circuito.
Figura 3.8
3.2.1 – Intertravamento Elétrico
a) Por contatos auxiliares do contator :
Neste processo é inserido um contator auxiliar tipo “NF” (normalmente fechado) de um contator do circuito de comando, que alimenta a bobina de outro controlador. Deste modo, faz-se com que o funcionamento de um dependa do outro ( figura 3.8).
b) Por botões conjugados :
Neste processo, os botões são inseridos no circuito de comando de forma que, ao ser acionado para comandar um contator, haja a interrupção do outro ( botão b1, fechador(contato
normalmente aberto - NA) de C1, conjugado com b1, abridor(NF) de C2 , e b2, fechador de C2,
conjugado com b2, abridor de C1).
OBS.:
Quando possível, devem-se usar os dois processos ( a e b) de intertravamento.
3.2.2 – Intertravamento Mecânico por balancim
Neste processo é colocado nos contatores um dispositivo mecânico, composto por um apoio e uma régua ( balancim) . Esse balancim faz intertravamento dos contatores. Quando um contator é acionado, atua sobre um extremo de régua, fazendo com que a outra extremidade impeça o acionamento do outro contator. Este processo é muito usado, quando a corrente é bastante elevada e há possibilidade de soldagem dos contatos.
Figura 3.9
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_________________________________________________________________________________________________ CST
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.
3.3.1 - Comparação entre sistemas de partida Partida direta
Na partida direta à plena tensão, o motor de rotor gaiola pode partir à plena carga e com a corrente elevando-se de 5 a 6 vezes à nominal, conforme o tipo e número de pólos.
De acordo com o gráfico da figura 3.10, a corrente de partida (curva “a”) é igual a 6 vezes a
corrente nominal.
O conjugado na partida atinge aproximadamente 1,5 do conjugado nominal.
Figura 3.10 Partida estrela-triângulo
É fundamental para a partida com a chave estrela-triângulo, que o motor tenha a possibilidade de ligação em dupla tensão, ou seja, em 220/380V em 380/660V.
Os motores deverão ter, no mínimo, 6 bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a curva de conjugados do motor for suficientemente elevada para poder garantir a aceleração da máquina com a corrente reduzida para 25 a 30% da corrente de partida direta. A curva do conjugado é reduzida na mesma proporção. Por esse motivo, sempre que for necessário uma partida estrela-triângulo, deverá ser usado um motor com elevada curva de conjugado.
Exemplo de cálculo da potência de um motor em estrela e triângulo:
Um motor trifásico ligado a uma rede de 220V absorve da linha 208A, quando ligado em triângulo.
A corrente na fase desse motor será de 120A 3
208
=
Esse motor ligado em estrela estará sob uma tensão de fase de 120V 3
220 =
Havendo uma redução de tensão de fase, consequentemente haverá uma redução na corrente.
A 3 , 69 220 120 x 127 X X V 127 A 120 V 220 = = → →
A corrente de linha em triângulo é de 208A. Em estrela, a corrente de linha é de 69,3A, o que representa aproximadamente 30% de 208A.
Na partida em estrela, a corrente de partida é de 1,5 a 2 vezes a corrente nominal, mas o conjugado de partida é um quarto do conjugado máximo ( 25 a 30%).
Na partida em triângulo, os conjugados de partida são máximos, mas a corrente é aproximadamente 6 vezes a corrente nominal.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Como exemplo, nas figuras 3.11 e 3.12 temos a ligação estrela-triângulo de um motor, com cargas diferentes, apresentando dados comparativos em % pelas curvas de corrente e conjugados.
Na figura 3.11 temos um alto conjugado resistente MR. Se a partida for em Y, o motor acelerará a carga até a velocidade ny, ou aproximadamente 85% da rotação nominal. Nesse ponto, a chave deverá ser ligada em ∆. Acontece nesse caso que a corrente, que era aproximadamente a nominal, ou seja, 100%, passa repentinamente para 300%, o que não é nenhuma vantagem, uma vez que na partida a corrente era somente 170 %.
Na figura 3.12, temos o motor com as mesmas características, porém o momento resistente MR é bem menor. Na ligação Y, o motor acelera a carga até 95% da rotação nominal. Quando a chave é ligada em ∆, a corrente, que era aproximadamente 60 %, sobe para 190 %, ou seja, praticamente igual à da partida em Y.
Nesse caso, a ligação estrela-triângulo apresenta vantagem, porque, se fosse ligado direto, absorveria na rede 500% da corrente nominal. A chave estrela-triângulo em geral só pode ser empregada em partidas de máquinas a vazio, isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido 95% da rotação nominal, a carga poderá ser ligada. O exemplo típico acima pode ser de um grande compressor. Na figura 3.11, seria partida com carga, isto é, assim que começa a girar,
a máquina já comprime o ar, mas geralmente isso não acontece. Os compressores partem a vazio, isto é, com todas as válvulas abertas (figura 3.12).
Só quando atinge a rotação nominal, as válvulas se fecham, e a máquina começa a comprimir o ar.
Partida com a chave compensadora
Podemos usar a chave compensadora para dar partida em motores sob carga A chave compensadora reduz a corrente de partida, evitando uma sobrecarga na rede de alimentação, deixando, porém, o motor com um conjugado suficiente para a partida e aceleração.
Figura 3.13
A tensão na chave compensadora é reduzida através de autotransformador, que possui normalmente “taps” de 65 a 80% da tensão nominal.
Exemplo:
Um motor ligado à rede de 220V absorve 100A. Se for ligado ao autotransformador no “tap” de 65%, a tensão aplicada nos bornes será de:
U . 0,65 = 220 x 0,65 = 143V
A corrente nos bornes do motor, em virtude da redução da tensão, é reduzida também em 65%:
Im = I .0,65 = 100 x 0,65 = 65A.
Como a potência em VA no primário do autotransformador é aproximadamente igual à do secundário, temos:
VA no secundário = 143x65x 3 =16100VA
Para encontrarmos a corrente absorvida da linha, temos:
A 25 , 42 3 x 220 16100 3 . U VA IL = = =
O conjugado de partida é proporcional ao quadrado da tensão aplicada aos bornes do motor. No caso do exemplo anterior, é 0,65 x 0,65 = 0,42, ou seja, aproximadamente metade do conjugado nominal.
No “tap” de 80% teríamos um conjugado de 0,8 x 0,8 = 0,64, ou seja, dois terços do conjugado nominal. A corrente seria:
A 64 8 , 0 x 80 8 , 0 x I IL = M = = _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ CST 46
Partida rotórica
É o sistema de partida de onde se utiliza um motor de rotor bobinado com reostato regulável. Esse motor apresenta elevado torque na partida em baixa velocidade. É de construção bem mais cara, porém, apresenta grandes vantagens, conforme a aplicação.
Pelo gráfico (3.14) abaixo, podemos comparar o torque com resistências desse tipo de motor que possui características peculiares. Verificamos que a corrente de partida é aproximadamente 2 vezes a nominal (curva a) e que o torque é aproximadamente 240% do torque nominal (curva b).
Pode partir, portanto, com baixa rotação e torque elevadíssimo.
Figura 3.14
3.3.2 – Ligação de Motores Trifásicos de 6 terminais para tensão nominal de 220 ou 380V.
• Ligação em triângulo para 220V
Figura 3.15
• Ligação em estrela (Y) para 380 V
Figura 3.16
3.3.3 – Ligação de Motores Trifásicos de 12 terminais para tensão nominal de 220 ou 380V.
• Ligação em triângulo paralelo para 220V
Figura 3.17
• Ligação em estrela paralelo (Y) para 380 V
Figura 3.18
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_________________________________________________________________________________________________ CST
3.3.4 – Ligação de Motores Trifásicos de 12 terminais para tensão nominal de 440 ou 760V.
• Ligação em triângulo série para 440V
Figura 3.19
• Ligação em estrela série (Y) para 760 V
3.3.5 – Ligação de Motores Monofásicos de fase auxiliar para tensão nominal de 110 ou 220V.
• Ligação para 110V
Figura 3.21
• Ligação para 220V
Figura 3.22
3.4 – COMANDO DE UM CONTATOR POR BOTÕES OU CHAVE
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.
3.4.1 – Sequência operacional Start:
Estando sob tensão os bornes R, S e T ( figura 3.23 e 3.24), 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,
consequentemente, dos contatos principais, e a partida do motor.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Nota :
Um contator pode ser comandado também por uma chave de um pólo (figura 3.25).
Neste caso, eliminam-se os botões b0 , b1 e o contato de retenção C1, e introduz-se no circuito
de comando a chave b1.
Figura 3.25
3.5 – REVERSÃO DE ROTAÇÃO DE MOTOR TRIFÁSICO COM CONTATORES COMANDADOS POR BOTÕES
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.
3.5.1 – Sequência operacional
a) Ligação do motor em um sentido: (figuras 3.26 e 3.27).
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.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
Figura 3.26 Figura 3.27
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.
3.5.2- 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
3.6 – REVERSÃO DE ROTAÇÃO DE MOTOR TRIFÁSICO COM CONTATORES E CHAVES FIM DE CURSO
Quando há necessidade de controlar o movimento de avanço ou retrocesso automático de um dispositivo motorizado de uma máquina , empregam-se contatores comandados por chaves fim de curso ( figuras 3.28 e 3.29 ).
As chaves de fim de curso são acionadas mecanicamente pelas réguas com ressaltos ( cames) existentes na parte móvel do dispositivo da máquina.
Figura 3.28 Figura 3.29
3.6.1 - Sequência operacional
a)Ligação do motor para movimentar dispositivo em um sentido:
Estando sob tensão os bornes R, S e T e pulsando-se o botão conjugado b1, a bobina do
contator C1 será alimentada, provocando o fechamento do contato de retenção C1, o qual a
mantém energizada, e o fechamento dos contatos principais.
O acionamento do motor num sentido impulsiona, consequentemente, um dispositivo, até atingir o limite de fim de curso, quando abrirá seu contato b3, desligando a bobina C1.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
b) inversão do sentido de movimento do dispositivo:
Pulsando-se o botão conjugado b2, a bobina do contator C2 será alimentada, fechando o
contato de retenção C2, o qual mantém energizada. Estando energizada a bobina de C2, haverá
o fechamento dos contatos principais e o acionamento do motor e do dispositivo da máquina, até que esta atinja o limite de “fim de curso”. Quando a chave de fim de curso for atingida, seu contato b4 se abrirá, desligando a bobina de C2. Desenergizada a bobina de C2, os contatos
principais se abrem, cortando a alimentação do motor.
3.6.2 - Acionamento parcial do dispositivo
Quando o motor está funcionando, pulsando-se o botão b0, para-se o movimento do
dispositivo em qualquer ponto de percurso. A retomada do movimento no mesmo sentido ou no inverso é possível, pulsando-se os botões b1 ou b2.
3.6.3 - Segurança do sistema pelos botões conjugados
Pulsando-se o botão conjugado b1 ou b2, são simultaneamente acionados os seus contatos
abridor e fechador, de modo que o contato atue antes do fechador, proporcionando intertravamento mecânico.
3.6.4 - Segurança do sistema pelos contatos auxiliares
Os contatos abridores C1 e C2 impossibilitam a energização de uma bobina, quando a outra
está energizada.
(Intertravamento elétrico).
3.7 – PARTIDA COM COMUTAÇÃO 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( L L
F 0,58.V
3 V
V = = ) durante a partida.
3.7.1 - Sequência operacional
Partida do motor em estrela, estando C1, C2 e C3 desligados (figuras 3.30 e 3.31). 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, consequentemente, 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.
3.7.2 – 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. Consequentemente, o motor ficará energizado.
3.7.3 – 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.
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_________________________________________________________________________________________________ CST
3.8 – PARTIDA AUTOMÁTICA DO MOTOR TRIFÁSICO 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.
Figura 3. 32 Figura 3.33
3.8.1 - Sequência operacional
Partida de motor com tensão reduzida: contatores C1, C2, C3 e relé de tempo desligados
(figuras 3.19 e 3.20). 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. 3.8.2 – 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).
3.9 – PARTIDA COM MOTOR TRIFÁSICO DE ROTOR BOBINADO COM COMUTAÇÃO AUTOMÁTICA DE RESISTORES
Neste tipo de partida, o circuito de comando faz a eliminação dos estágios de resistores automaticamente. O tempo necessário entre a partida e as sucessivas retiradas dos resistores do circuito do rotor bobinado, até curtocircuitá-lo, é determinado por relés temporizados (figuras 3.34 e 3.35).
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_________________________________________________________________________________________________ CST
3.9.1 - Sequência operacional
1° estágio de partida:
Contatores C1, C11, C12, C13, relés temporizados d1 e d2, e relé auxiliar d3 desenergizados.
Pulsando-se o botão b1, as bobinas de C1 e d1 são energizadas simultaneamente e permanecem
ligadas pelo contato de retenção comum C1(13 - 14).
Estando energizada a bobina C1, seus contatos principais se fecham, e o motor começa a
funcionar com todos os resistores intercalados no circuito de induzido (r1, r2 e r3).
2° estágio de partida:
Decorrido o tempo ajustado, o relé d1 opera, fechando o seu contato d1 (15 - 18), energizando
C11, que assim permanece por meio de seu contato de retenção C11 (13 - 14). Ao mesmo
tempo, o contato fechador de C11(23 - 24) energiza o relé d2 e desenergiza a bobina de d1,
através de C11(41 - 42).
Estando alimentada a bobina de C11, seus contatos principais se fecham, retirando do circuito
o resistor r1.
3° estágio de partida:
Decorrido o tempo ajustado para d2, ocorre a sua operação, e o contato d2 (15 - 18) energiza
C12 que assim mantém por meio de seu contato de retenção C12 (13 - 14). Nesse instante,
desenergiza-se C11, voltando seus contatos à posição de repouso. O contato C12 (23 - 24) se
fecha, alimentando d3, que fechará d3 (23 -24), energizando novamente d1. Energizada a
4° estágio de partida:
Decorrido o tempo ajustado para d1, ocorre a sua operação, e seu contato d1 (15 - 18) se fecha,
alimentando C13, que permanece energizado por seu contato de retenção, e abre o contato de
C13 (41 - 42), que volta os demais à condição inicial. Energizando C13, seus contatos
principais fecham-se, o resistor r3 é eliminado, e o rotor é curto-circuitado.
3. 10 – PARTIDA CONSECUTIVA DE MOTORES COM RELÉS TEMPORIZADOS É um sistema de comando automático que permite a partida de 2 ou mais motores,
obedecendo a uma sequência preestabelecida. Os intervalos de tempo entre as sucessivas partidas são determinados pela regulagem de relés temporizados ( figuras 3.36 e 3.37).
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________ CST
3.10.1 – Sequência operacional
Pulsando-se b1 , o contator C1 e o relé d1 são energizados e o motor m1 parte. Decorrido o
tempo ajustado para d1, este energiza C2 e d2 e o motor m2 parte. Decorrido o tempo ajustado
para d2, este energiza C3 e d3 e o motor m3 parte. Após o tempo ajustado para d3, este energiza
C4, dando a partida a m4 , último motor de sequência. Se houvesse mais motores, o processo
continuaria de forma idêntica.
3.11 – PARTIDA AUTOMÁTICA E FRENAGEM ELETROMAGNÉTICA DE MOTOR TRIFÁSICO NOS DOIS SENTIDOS DE ROTAÇÃO
É um sistema de comando elétrico que permite a partida automática, a troca de sentido de rotação e a frenagem eletromagnética por corrente retificada (figuras 3.38 e 3.39).
3.11.1 – Sequência operacional
Partida e rotação no sentido anti-horário : Pulsando-se b1, energiza-se C1. O motor será ligado
e girará no sentido anti-horário.
Obs.: É imprescindível que o motor esteja parado para que se possa dar partida no sentido desejado.
Partida no sentido anti-horário :Pulsando-se b2, energiza-se C2. O motor será ligado no sentido
anti-horário.
Frenagem : Estando o motor girando num sentido ou noutro, pulsando-se b0, desenergiza-se
C1 ou C2, energiza-se C3 e C4 e o motor é frenado. C1 e C2 se intertravam. C3 e C4 travam C1 e
C2.
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_________________________________________________________________________________________________ CST
4 – O CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
4.1 - SURGIMENTO DO CONTROLADOR PROGRAMÁVELO controlador programável surgiu em 1969. Anteriormente a isso, o hardware do controle sequencial era dominado principalmente pelos relés.
No que concerne aos dispositivos de controle de sequência que utilizam os relés, apresentavam as desvantagens a seguir discriminadas:
- mau contato;
- desgastes dos contatos;
- necessidade de instalação de inúmeros relés, execução de fiação entre os inúmeros terminais de contatos e de bobinas;
- complexidade na introdução de alteração na sequência; - necessidade de manutenções periódicas.
Apesar de apresentarem todas as desvantagens acima citadas, os relés se tornaram elementos principais do hardware de controle de sequência em razão de não haver, na época, elementos que pudessem substitui-los eficazmente.
No final da década de 60, iniciou-se o desenvolvimento de microcomputadores, utilizando-se o circuito integrado (Cl), e a universalidade da capacidade de processamento dos mesmos tornou-se o centro das atenções, aguardando-se com enorme expectativa o surgimento do hardware para controle dotado de grande versatilidade de processamento.
Por outro lado, inicia-se a era da produção em grande escala, e os assuntos, como automação, incremento da produtividade, uniformidade na qualidade e outros, transformam-se em temas principais nas estações de trabalho, e a solução desses problemas era exigida também pelo lado da tecnologia de controle de sequência. Na época, a General Motors (GM - empresa automobilística americana) anunciou 10 itens relativos às condições que um novo dispositivo eletrônico de controle de sequência deveria atender para que pudesse substituir os tradicionais relés.
Os itens são os seguintes:
1. Facilidade de programação, de alteração do programa, inclusive nas estações de trabalho; 2. Facilidade na manutenção, desejável que fosse totalmente do tipo de encaixar
(plug-in-unit);
3. A confiabilidade na estação de trabalho deverá ser superior em relação ao painel de controle do tipo com relés;
4. Deverá ser mais compacto que o painel de controle do tipo com relés;
5. Possibilitar o envio direto de dados à unidade central de processamento de dados; 6. Deverá ser economicamente competitivo com o painel de controle do tipo com relés; 7. Possibilitar entradas com níveis de tensão alternada da ordem de 11 5[V];
8. As saídas deverão ser em 11 5[V] C.A. com capacidade superior a 2[A] de intensidade de corrente; deverá ainda possibilitar a operação das válvulas solenóides, comando para partida de motores e outros;
9. Com um mínimo de alteração, possibilitar a ampliação do sistema básico;
10. Deverá estar dotado de memória programável que possa ser ampliada até 4k WORDS no mínimo.
Assim, baseando-se nesses 10 itens acima mencionados, a partir de 1969 foram lançados uma série de produtos denominados PLC (Programmable Logic Controller - Controlador Lógico Programável), através de diversas empresas americanas.
Como pano de fundo tecnológico para o surgimento do PLC, houve a evolução das tecnologias de computação e semicondutores, especialmente a tecnologia de CIs, possibilitando a substituição do sistema de controle por relés, que havia atingido o seu limite de possibilidades.
As características do PLC elaborado segundo as especificações dos 10 itens da GM são a seguir discriminadas:
- Como se trata de dispositivo que utiliza o elemento semicondutor em substituição aos relés, o controle será do tipo sem contato;
- Enquanto o conteúdo do controle dos sistemas convencionais se realiza pela execução de fiação entre os contatos dos relés, no caso do PLC será realizado através de programa; - Embora seja o PLC um dispositivo que utiliza o semicondutor, poderá utilizar energia
para entrada e saída nas faixas de 115[V] e 220[V], 2[A] diretamente em corrente alternada;
- Poderá adequar ao sistema a capacidade ideal do PLC, segundo a dimensão do controle a ser realizado.
Originalmente, o PLC surgiu como um dispositivo de controle tipo universal, que pudesse substituir os sistemas de relés e, posteriormente, com a evolução das tecnologias de computação e dos CI’s, desenvolveu-se tornando possível a redução de custo, compactação, elevação das funções e outros, até atingir a maturidade como sendo hardware principal para controle sequencial.
Com a evolução, foi eliminado o termo “logic” do nome PLC, passando este dispositivo a ser chamado de PC - Controlador Programável (Programmable Controller)
Com o passar do tempo os controladores programáveis passaram a tratar variáveis analógicas e no inicio dos anos oitenta incorporaram a função do controle de malhas de instrumentação, com algoritmos de controle proporcionais, integrais e derivativos (PID). Ainda na década de oitenta com a evolução dos microcomputadores e das redes de comunicação entre os PLC's, os quais passaram a elevar sua performance, permitindo que vários controladores programáveis pudessem partilhar os dados em tempo real e que nesta mesma rede estivessem conectados vários microcomputadores, os quais através de um software de supervisão e controle, podiam monitorar, visualizar e comandar o processo como um todo a partir de uma sala de controle distante do processo.
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.
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2 . 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.
4.2 - INTRODUÇÃO DA TECNOLOGIA DE CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS – PLC’s
4.2.1- Hard Logic para Soft Logic a) Hard Logic
Quando se elabora uma sequência de controle utilizando os relés convencionais e/ou módulos lógicos de estado sólido, a lógica do sistema será de acordo com a fiação executada entre esses dispositivos, sendo que a sequência de controle é do tipo hard wired logic” ou simplesmente “hard logic” (lógica de interligação dos dispositivos por meio de fiação elétrica).
A alteração na lógica significa realizar alterações na fiação. Dessa forma existem diversos pontos deficientes, enumerados a seguir:
1. Problemas relacionados ao projeto e fabricação:
