Nome: Fernando MendonaCENTRO DE EDUCAO PROFISSIONAL DIOMCIO FREITAS TUBARO SANTA CATARINA SERVIO DE APOIO TCNICO PEDAGGICO CURSO: ELETROTCNICA / ELETROMECNICA 4 FASE

Apostila Automao

Tubaro, Agosto de 2010.

1 - INTRODUO DA AUTOMAO Voc j reparou que a automao faz parte do dia-a-dia do homem moderno? Pela manh, o rdio-relgio automaticamente dispara o alarme para acord-lo e comea a dar as notcias do dia. Nessa mesma hora, algum esquenta o po para o caf da manh numa torradeira eltrica, ajustando o tempo de aquecimento. Na sala, uma criana liga o videocassete, que havia sido programado para gravar seu programa infantil predileto da semana anterior. Quando a casa esquenta pela incidncia dos raios solares, o ar condicionado insufla mais ar frio, mantendo a temperatura agradvel. Esses simples fatos evidenciam como a automao faz parte da vida cotidiana. 1.1 - Conceito Automao um sistema de equipamentos eletrnicos e/ou mecnicos que controlam seu prprio funcionamento, quase sem a interveno do homem. Automao diferente de mecanizao. A mecanizao consiste simplesmente no uso de mquinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esforo fsico do homem. J a automao possibilita fazer um trabalho por meio de mquinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas. 1.2 - Desenvolvimento da automao As primeiras iniciativas do homem para mecanizar atividades manuais ocorreram na pr-histria. Invenes como a roda, o moinho movido por vento ou fora animal e as rodas dgua demonstram a criatividade do homem para poupar esforo. Porm, a automao s ganhou destaque na sociedade quando o sistema de produo agrrio e artesanal transformou-se em industrial, a partir da segunda metade do sculo XVIII, inicialmente na Inglaterra. Os sistemas inteiramente automticos surgiram no incio do sculo XX. Entretanto, bem antes disso foram inventados dispositivos simples e semi-automticos. 1.3 - Componentes da automao A maioria dos sistemas modernos de automao, como os utilizados nas indstrias automobilstica e petroqumica e nos supermercados, extremamente complexa e requer muitos ciclos de realimentao. Cada sistema de automao compe-se de cinco elementos: acionamento: prov o sistema de energia para atingir determinado objetivo. o caso dos motores eltricos, pisto hidrulico etc.;

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Sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automao ou uma propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares para medio de temperatura e encoders para medio de velocidade; Controle: utiliza a informao dos sensores para regular o acionamento. Por exemplo, para manter o nvel de gua num reservatrio, usamos um controlador de fluxo que abre ou fecha uma vlvula, de acordo com o consumo. Mesmo um rob requer um controlador, para acionar o motor eltrico que o movimenta; Comparador ou elemento de deciso: compara os valores medidos com valores preestabelecidos e toma a deciso de quando atuar no sistema. Como exemplos, podemos citar os termostatos e os programas de computadores; Programas: contm informaes de processo e permitem controlar as interaes entre os diversos componentes.

1.4 - Classificao A automao pode ser classificada de acordo com suas diversas reas de aplicao. Por exemplo: automaes bancrias, comerciais, industriais, agrcolas, de comunicaes, transportes. A automao industrial pode ser desdobrada em automao de planejamento, de projeto, de produo. Essa automao pode ser classificada tambm quanto ao grau de flexibilidade. A flexibilidade de um sistema de automao depende do tipo e da quantidade do produto desejado. Isto significa que quanto mais variados forem os produtos e menor a sua quantidade, mais flexvel ser o sistema de automao. O quadro a seguir apresenta uma classificao de tipos de processo e de produo e respectivos sistemas de produo. DESCRIO Sistema de produo contnua de grandes quantidades de produto, normalmente p ou lquido. Exemplo: refinarias e industrias qumica Sistema de produo de um produto com pouca variao. Exemplo: automveis e eletrodomsticos Sistema de produo de uma quantidade mdia de um produto que Produo em Lotes pode ser repetido periodicamente. Exemplo: livros e roupas Produo Individualizada Sistema de produo freqente de cada tipo de produto, em pouca (Ferramentaria) quantidade. Exemplo: prottipos, ferramentas e dispositivos. CATEGORIA Processo de Fluxo Contnuo Produo em Massa (Seriada)

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1.5 - Aplicaes da automao Para fixar os conceitos at aqui explicados, damos a seguir o exemplo de um sistema automtico de controle de fluxo de pessoas em academias de ginstica. Este sistema tem um leitor ptico laser e um computador digital de alto desempenho. Quando um associado quer utilizar a academia, passa um carto pessoal, com um cdigo de barras, pelo leitor ptico (elemento sensor). O dado de entrada convertido em sinais eltricos e enviado ao computador. O cliente identificado (programa). Caso sua situao esteja em ordem (pagamento de mensalidades, exame mdico etc.), o computador envia um sinal para liberao da catraca (elemento de acionamento) e em seguida registra a ocorrncia num banco de dados, para consultas posteriores. 1.6 - Outras aplicaes O desenvolvimento de elementos sensores cada vez mais poderosos e o baixo custo do hardware computacional vm possibilitando aplicar a automao numa vasta gama de equipamentos e sistemas. Por exemplo: Produtos de consumo Eletroeletrnicos, como videocassetes, televisores e microcomputadores. Carros com sistemas de injeo microprocessada, que aumentam o desempenho e reduzem o consumo de combustvel. Indstrias mecnicas Robs controlados por computador. CAD/CAM, que integra ambientes de projeto e manufatura. CNC. Bancos Caixas automticos. Comunicaes Chaveamento de chamadas telefnicas. Comunicaes via satlite. Telefonia celular. Correios. Transportes Controle de trfego de veculos. Sistemas de radar. Pilotos automticos. Sistemas automticos de segurana. Medicina Diagnstico e exames. 4

1.7 - O impacto da automao na sociedade O processo de automao em diversos setores da atividade humana trouxe uma srie de benefcios sociedade. A automao geralmente reduz custos e aumenta a produtividade do trabalho. Este aumento possibilita mais tempo livre e melhor salrio para a maioria dos trabalhadores. Alm disso, a automao pode livrar os trabalhadores de atividades montonas, repetitivas ou mesmo perigosas. O esquadro antibomba da polcia americana, por exemplo, dispe de robs para detectar e desarmar bombas e reduzir riscos de acidentes com exploses inesperadas. Apesar dos benefcios, o aumento da automao vem causando tambm srios problemas para os trabalhadores: Aumento do nvel de desemprego, principalmente nas reas em que atuam profissionais de baixo nvel de qualificao; A experincia de um trabalhador se torna rapidamente obsoleta; Muitos empregos que eram importantes esto se extinguindo: o que vem ocorrendo com as telefonistas, perfeitamente substituvel por centrais de telefonia automticas; Aumento das ausncias no trabalho falta de coleguismo, alcoolismo ou consumo de drogas, que alteram o comportamento dos indivduos no ambiente de trabalho. De certa forma, esse processo de alienao deriva do sentimento de submisso do trabalhador mquina, da falta de desafios. Esses problemas, no entanto, podem ser solucionados com programas contnuos de aprendizagem e reciclagem de trabalhadores para novas funes. Alm disso, as indstrias de computadores, mquinas automatizadas e servios vm criando um nmero de empregos igual ou superior queles que foram eliminados no setor produtivo.

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2 - SENSORES Os sensores so transdutores eletrnicos que geram um sinal de sada quando um objeto introduzido em seu campo de atuao. Os sensores surgiram para auxiliar nas automatizaes de mquinas e equipamentos, substituindo as chaves de acionamento mecnico dando maior versatilidade e durabilidade s aplicaes. 2.1 Sensores e Transdutores Uma importante etapa em um processo de automao se refere aquisio das informaes de um processo de forma que o sistema de controle possa realizar as operaes de deciso e retroagir sobre o processo. Esta aquisio realizada normalmente atravs de sensores e transdutores que tem por funo "transformar" uma informao fsica em um sinal eletrnico que possa ser enviado e posteriormente tratado pelo sistema de controle. O principio de funcionamento dos sensores est baseado na variao de um sinal eltrico, gerado devido variao de um parmetro fsico. Exemplos: Sensor Termoresistor Termopar Strain-Gauges Encoder Parmetro Fsico a Ser Medido Temperatura Temperatura Fora Velocidade Variao de Sinal Eltrico Resistncia eltrica Tenso eltrica Resistncia Eltrica Tenso Eltrica

Praticamente todas os parmetros fsicos de um processo podem ser medidos com auxlio de transdutores ou sensores especficos, salvo raras excees como na rea de medio e identificao de sabores e cheiros onde os transdutores ainda so bastante rudimentares se comparados com os utilizados pelos seres humanos. apresentada a seguir uma lista de parmetros que freqentemente so medidos em um processo industrial: Temperatura, Presso, Fluxo de fluidos Nveis de lquidos, Densidade, Viscosidade, PH Umidade, Mistura, Condutividade trmica, Valor calorfico, Fora, tenso, compresso, Massa, Espessura, Deslocamento, Velocidade linear e angular, Condutividade eltrica, Propriedades pticas e grandezas qumicas. Quantidades eltricas como resistncia, indutncia, capacitncia, tenso, corrente, freqncia potncia e energia. Os sensores so associados geralmente com sistemas eletrnicos com o objetivo de converter um sinal para posterior condicionamento. Multiplexao, converso analgica / digital e processamento digital (ver figura abaixo):

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Diagramas Esquemtico de tratamento de um sinal de sensores Internamente os sensores consistem normalmente de um mecanismo de atuao e um elemento sensor. Alguns sensores podem usar o elemento sensor diretamente, como os termopares. Outros usam uma forma indireta de medio como os sensores de presso com diafragmas que so deformados quando aplicados a uma determinada presso sendo, ento medida esta deformao atravs de um strain-gage (ponte de resistores). Quanto ao princpio de funcionamento, os sensores podem ser classificados dentro de trs grupos: Autogerao analgica (Ex: Piezeltrico); Parmetro varivel analgico (Ex: Strain-Gauges); Gerao de freqncia ou pulsos (Ex: Encoder); Os princpios usados pelos diferentes tipos de sensores so os seguintes: a) Capacitivo: 0 valor a ser medido convertido dentro de uma mudana no valor de um capacitor; b) Eletromagntico: 0 valor a ser medido convertido dentro de um valor de tenso eltrica gerado por uma mudana em um fluxo magntico; c) Indutivo: 0 valor a ser medido convertido dentro de uma mudana no valor de indutncia de auto-indutor (bobina); d) Fotocondutivo: 0 valor do fluxo luminoso a ser medido convertido dentro de uma mudana no valor da resistncia de um semi-condutor; e) Fotovoltaico: 0 valor do fluxo luminoso a ser medido convertido dentro de uma mudana no valor da tenso gerada pelo contato de dois materiais diferentes: f) Piaoeltrico: 0 valor a ser medido convertido dentro de uma mudana no valor de uma carga eletrosttica ou tenso eltrica gerados por certos cristais quando mecanicamente comprimidos g) Potenciomtricos: 0 valor a ser medido convertido dentro de uma mudana de posio de um contato mvel sobre um resistor; h) Resistivos: 0 valor a ser medido convertido dentro de uma mudana no valor de uma resistncia: i) Strain-Gage: uma verso especial dos sensores resistivos, sendo que o valor a ser medido convertido dentro de uma mudana no valor de uma resistncia em uma ponte de Wheatstone;

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3 SENSORES DE PROXIMIDADE INDUTIVOS Os sensores de proximidade indutivos so equipamentos eletrnicos capazes de detectar a aproximao de peas, componentes, elementos de mquinas, etc, em substituio as tradicionais chaves fim de curso. A deteco ocorre sem que haja o contato fsico entre o acionador e o sensor, aumentando a vida til do sensor por no possuir peas mveis sujeitas a desgastes mecnicos. Os sensores Indutivos so sensores de proximidade, ou seja, geram um sinal de sada quando um objeto metlico (ao, alumnio, cobre, lato, etc) entra na sua rea de deteco, vindo de qualquer direo, sem que seja necessrio o contato fsico. 3.1 Princpio de Funcionamento

Sensor de proximidade indutivo A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condio normal (desacionada) gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, este por correntes de superfcie (Foucault), absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador. A variao de amplitude deste sinal convertida em uma variao contnua que comparada com um valor padro, passa a atuar no estgio de sada. 3.2 Face Sensora a superfcie onde emerge o campo eletromagntico. 3.3 Distancia Sensora (S) distncia em que se aproximando o acionador da face sensora, o sensor muda o estado da sada. 3.4 Distncia de Acionamento distncia de acionamento funo do tamanho da bobina. Assim, no podemos especificar a distncia sensora e o tamanho do sensor simultaneamente.

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3.5 Distncia Sensora Nominal (Sn) distncia sensora terica, a qual utiliza um alvo padro como acionador e no considera as variaes causadas pela industrializao temperatura de operao e tenso de alimentao. E o valor em que os sensores de proximidade so especificados. Como utiliza o alvo padro metlico, distncia sensora nominal informa tambm a mxima distncia que o sensor pode operar. 3.6 Distncia Sensora Real Valor influenciado pela industrializao, especificado em temperatura ambiente (20 C) e tenso nominal, desvio de 10%:o

3.7 Distncia Sensora Efetiva Valor influenciado pela temp. de operao, possui um desvio mximo de 10% sobre a distncia sensora real. 3.8 Distncia Sensora Operacional (Sa) distncia em que seguramente pode-se operar, considerando-se todas as variaes de industrializao, temperatura e tenso de alimentao. 3.9 Alvo Padro (Norma DIN 50010) um acionador normalizado utilizado para calibrar a distncia sensora nominal durante o processo de fabricao do sensor. Consiste de uma chapa de ao de um mm de espessura, formato quadrado. O lado deste quadrado igual ao dimetro do circulo da face sensora ou 3 vezes a distncia sensora nominal quando o resultado for maior que o anterior. 3.10 Material do Acionador distncia sensora operacional varia ainda com o tipo de metal, ou seja, especificada para o ferro ou ao e necessita ser multiplicada por um fator de reduo. Material Ao (St 37) Lato Cobre Alumnio Ao inoxidvel Fator 1 0,35 0,5 0,25...0,45 0,35...0,50 0,6...1

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3.11 Histerese a diferena entre o ponto de acionamento (quando o alvo metlico aproximase da face sensora) e o ponto de desacionamento (quando o alvo afasta-se do sensor). Este valor importante, pois garante uma diferena entre o ponto de acionamento e desacionamento, evitando que em uma possvel vibrao do sensor ou acionador, a sada oscile.

Histerese em sensores 3.12 Embutido (blindado) Este tipo de sensor tem o campo eletromagntico emergindo apenas na face sensora e permite que seja montado em uma superfcie metlica. 3.13 No embutido (no blindado) Neste tipo o campo eletromagntico emerge tambm na superfcie lateral da face sensora, sensvel a presena de metal ao seu redor.

Sensores embutidos (direita) e no embutido (esquerda)

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3.14 Freqncia de Comutao A freqncia de comutao o mximo nmero de acionamentos por segundo (Hz).

Freqncia de comutao 3.15 Aplicaes Os sensores indutivos substituem com muitas vantagens as chaves fim de curso. Abaixo visuliza-se algumas das aplicaes.

Posio por cames

controle de rotao e sentido

Controle por transferncia

controle de posio

Controle nmero de peas

posio de comportas

Algumas das aplicaes dos sensores indutivos

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3.16 Vantagens Funcionam em condies ambientais extremas. Acionamento sem contato fsico. Sada em estado slido. (PNP ou NPN). Alta durabilidade quando bem aplicado.

4 Sensores de Proximidade Capacitivos Os sensores de proximidade capacitivos so equipamentos eletrnicos capazes de detectar a presena ou aproximao de materiais orgnicos, plsticos, ps, Iquidos, madeiras, papis, metais, etc. Os sensores Capacitivos so semelhantes aos Indutivos, Porm sua diferena bsica exatamente no princpio de funcionamento, o qual baseia-se na mudana da capacitncia da placa detectora localizada na regio denominada face sensvel do sensor. Estes sensores podem detectar praticamente qualquer tipo de material, por exemplo, Metais, madeira, plsticos, vidros, granulados, ps-minerais tipo cimento, talco, etc. Os lquidos de maneira geral so timos acionadores para os sensores capacitivos. 4.1 Princpio de Funcionamento O princpio de funcionamento baseia-se na gerao de um campo eltrico, desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. O capacitor formado por duas placas metlicas, carregadas com cargas eltricas opostas, montadas na face sensora, de forma a projetar o campo eltrico para fora do sensor, formando desta forma um capacitor que possui como dieltrico o ar.

Princpio de funcionamento Quando um material aproxima-se da face sensora, ou seja, do campo eltrico o dieltrico do meio se altera, alterando tambm o dieltrico do capacitor frontal do sensor. Como o oscilador do sensor controlado pelo capacitor frontal, quando aproximamos um material a capacitncia tambm se altera, provocando uma mudana no circuito oscilador. Esta variao convertida em um sinal contnuo que comparado com um valor padro passa a atuar no estgio de sada.

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Funcionamento do Sensor Capacitivo 4.2 Face sensora a superfcie onde emerge o campo eltrico. importante notar que os modelos no embutidos, com regio sensora lateral, so sensveis aos materiais a sua volta.

Face sensora do embutido e do no embutido 4.3 Distncia Sensora Nominal (Sn) distncia sensora terica a qual utiliza um alvo padro como acionador e no considera as variaes causadas pela industrializao temperatura de operao e tenso de alimentao. E a distncia em que os sensores so especificados. 4.4 Alvo Padro distncia sensora nos capacitivos so especificados para o acionador metlico de ao SAE 1020 quadrado, com lado igual a trs vezes a distncia sensora para os modelos no embutidos (na grande maioria) e em alguns poucos casos de sensores capacitivos embutidos utiliza-se o lado do quadrado igual ao dimetro do sensor.

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4.5 Distncia Sensora Efetiva (Su) Valor influenciado pela industrializao e considera as variaes causadas pela temperatura de operao. 4.6 Distncia Sensora Operacional (Sa) a distncia que observamos na prtica, sendo considerados os fatores de industrializao (81% Sn) e um fator que proporcional ao dieltrico do material a ser detectado, pois o sensor capacitivo reduz sua distncia quanto menor o dieltrico do acionador. Sa = 0,81 . Sn . F( r)

4.7 Material a ser Detectado A tabela abaixo indica o dieltrico dos principais materiais, para efeito de comparao; sendo indicado sempre um teste prtico para determinao da distncia sensora efetiva para o acionador utilizado. Deve-se, no entanto considerar que em caso de materiais orgnicos deve-se considerar a que a distncia de deteco est fortemente influenciada pela presena de gua. Material Ar, vcuo leo, papel, petrleo, poliuretana, parafina, silicone, teflon araldite, baquelita, quartzo, madeiras vidro, papel grosso, borracha, porcelana mrmore, pedras, madeiras pesadas lcool gua

r1 2a3 3a4 4a5 6a8 26 80

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4.8 Ajuste de sensibilidade O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente para diminuir a influncia do acionamento lateral no sensor, diminuindo-se a distncia sensora. Permite ainda que se detecte alguns materiais dentro de outros, como por exemplo: Iquidos dentro de garrafas ou reservatrios com visores de vidro, ps dentro de embalagens, ou fluidos em canos ou mangueiras plsticas.

Ajuste de sensibilidade e Tipos de Sensores Deve se tomar em conta de que existe a possibilidade de que se o detector est regulado de maneira muito sensvel, que este seja influenciado por uma modificao do meio (temperatura, umidades, ou poluio).

4.9 Aplicaes Pode-se destacar que os sensores capacitivos so mais versteis do que os indutivos, porem podemos ressaltar que so mais sensveis a perturbaes externas o que torna mais atraente usar os sensores indutivos se existem metais a serem detectados.

Controle de nvel

deteco de ruptura de fio

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sinalizao de corte de esteira

controle de nvel de garrafas

controle de tenso em esteira

Contador e controle de nvel

Aplicaes de sensores capacitivos 4.10 Vantagens Detectam praticamente todos os tipos de materiais. Acionamento sem contato fsico. Sada em estado slido. Alta durabilidade quando bem aplicado.

5 Sensores ticos Os sensores fotoeltricos, tambm conhecidos por sensores pticos, manipulam a luz de forma a detectar a presena do acionador, que na maioria das aplicaes o prprio produto. 5.1 Princpio de Funcionamento Baseiam-se na transmisso e recepo de luz infravermelha (invisvel ao ser humano), que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado. Os fotoeltricos so compostos por dois circuitos bsicos: um responsvel pela emisso do feixe de luz, denominado transmissor e outro responsvel pela recepo do feixe de luz, denominado receptor. Os Sensores pticos funcionam pelo princpio de emisso e recepo de feixes de luz modulada e so divididos em 3 princpios distintos: Sistema por ticas alinhadas, Difuso e Sistema Refletivo.

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Princpio de funcionamento dos sensores fotoeltricos O transmissor envia o feixe de luz atravs de um fotodiodo, que emite flashes, com alta potncia e curta durao, para evitar que o receptor confunda a luz emitida pelo transmissor com a iluminao ambiente. O receptor composto por um fototransistor sensvel a luz, que em conjunto com um filtro sintonizado na mesma freqncia de pulsao dos flashes do transmissor, faz com que o receptor compreenda somente a luz vinda do transmissor. 5.2 Sistema por Barreira O transmissor e o receptor esto em unidades distintas e devem ser dispostos um frente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do transmissor. O acionamento da sada ocorrer quando o objeto a ser detectado interromper o feixe de luz.

Sistema por barreira 5.2.1 Distncia Sensora Nominal (Sn) distncia sensora nominal (Sn) para o sistema por barreira especificada como sendo a mxima distncia entre o transmissor e o receptor, o que no impede o conjunto de operar com distncias menores.

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5.2.2 Dimenses Mnimas do Objeto Quando um objeto possui dimenses menores que as mnimas recomendadas, o feixe de luz contorna o objeto e atinge o receptor, que no acusa o acionamento. Nestes casos deve-se utilizar sensores com distncia sensora menor e conseqentemente permitem a deteco de objetos menores.

Dimenso insuficiente para ser detectada 5.3 Sistema por Difuso ptica (Fotosensor) Neste sistema o transmissor e o receptor so montados na mesma unidade. Sendo que o acionamento da sada ocorre quando a objeto a ser detectado entra na regio de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor.

Sistema por difuso 5.3.1 Sistema por Difuso ptica Convergente Neste princpio o sensor tem seu funcionamento anlogo ao princpio Difuso, diferenciando-se por possuir um ponto focal, sendo, portanto muito mais preciso.

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Sistema por difuso convergente 5.3.2 Sistema por Difuso ptica Campo Fixo (fixed-field) Semelhante ao princpio convergente, por possuir tambm um nico ponto focal, diferencia-se por executar a funo de supresso ao plano de fundo.

Sistema por difuso campo fixo 5.3.3 Distncia Sensora Nominal (Sn) distncia sensora nominal no sistema por difuso a mxima distncia entre o sensor e o alvo padro. 5.3.4 Alvo Padro O alvo padro no caso dos sensores por difuso uma folha de papel fotogrfico branco com ndice de refletividade de 90%, com dimenses especificadas para cada modelo de sensor. Utilizado durante a industrializao para calibrao da distncia sensora nominal (Sn).

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5.3.5 Distncia Sensora Efetiva (Su) Valor influenciado pela industrializao e considera as variaes causadas pela temperatura de operao. 5.3.6 Distncia Sensora Operacional (Sa) Para os modelos tipo fotosensor existem vrios fatores que influenciam o valor da distncia sensora operacional (Sa), explicados pelas leis de reflexo de luz da fsica. Sa = 0,81 . Sn . FC (cor, material, rugosidade, outros) Abaixo apresentamos duas tabelas que exemplificam os fatores de reduo em funo da cor e do material do objeto a ser detectado. Cor branco amarelo verde vermelho azul claro violeta preto FC 0,95 a 1 0,90 a0,95 0,80 a 0,90 0,70 a 0,80 0,60 a 0,70 0,50 a 0,60 0,20 0,50 Material metal polido metal usinado papeis madeira borracha papelo pano Fc 1,20 a 1,80 0,95 a 1,00 0,95 a 1,00 0,70 a 0,80 0,40 a 0,70 0,50 a 0,60 0,50 a 0,60

Nota: Em casos onde h a necessidade da determinao exata do fator de reduo deve-se fazer um teste prtico, pois outros fatores podem influenciar a distncia sensora, tais como: rugosidade, tonalidade, cor, dimenses, etc. Lembramos tambm que os fatores so acumulativos, como por exemplo: papelo (0,5) preto (0,5) gera um fator de 0,25. 5.3.7 Zona Morta a rea prxima ao sensor, onde no possvel a deteco do objeto, pois nesta regio no existe um ngulo de reflexo da luz que chegue ao receptor. A zona morta normalmente dada por: 10 a 20% de Sn.

Zona morta onde no ha deteco

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5.4 Sistema Refletivo Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma nica unidade. O feixe de luz chega ao receptor somente aps ser refletido por um espelho prismtico, e o acionamento da sada ocorrer quando o objeto a ser detectado interromper este feixe.

Sistema refletivo 5.4.1- Distncia Sensora Nominal (Sn) distncia sensora nominal (Sn) para o sistema refletivo especificada como sendo a mxima distncia entre o sensor e o espelho prismtico, sendo possvel mont-los com distncia menor. Disponveis para at 10m. 5.4.2 Espelho Prismtico O espelho permite que o feixe de luz refletido para o receptor seja paralelo ao feixe transmitido pelo receptor, devido s superfcies inclinadas a 45 o que no acontece quando a luz refletida diretamente por um objeto, onde a luz se espalha em vrios ngulos. distncia sensora para os modelos refletivos funo do tamanho (rea de reflexo) e o tipo de espelho prismtico utilizados.

Funcionamento do Espelho Prismtico

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5.4.3 Deteco de Transparentes A deteco de objetos transparentes, tais como: garrafas de vidro, vidros planos, etc; podem ser detectados com a angulao do feixe em relao ao objeto, ou atravs de potencimetros de ajuste de sensibilidade, mas sempre se aconselha um teste prtico. A deteco de garrafas plsticas tipo PET, requerem sensores especiais para esta finalidade.

Deteco de transparentes 5.4.4 Deteco de Objetos Brilhantes Quando o sistema refletivo for utilizado na deteco de objetos brilhantes ou com superfcies polidas, tais como: engradados plsticos para vasilhames, etiquetas brilhantes, etc; cuidados especiais devem ser tomados, pois o objeto neste caso pode refletir o feixe de luz. Atuando assim, como se fosse o espelho prismtico, ocasionando a no interrupo do feixe, confundindo o receptor que no aciona a sada, ocasionando uma falha de deteco, para se prevenir aconselha-se utilizar um dos mtodos: 5.4.4.1 Montagem Angular Consiste em montar o sistema sensor espelho de forma que o feixe de luz forme um ngulo de 10O a 30O em relao ao eixo perpendicular ao objeto.

Opo para deteco de objetos brilhantes

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5.4.4.2 Filtro Polarizado Existem sensores com filtros polarizados incorporados, que dispensam o procedimento anterior. Estes filtros mecnicos servem para orientar a luz emitida, permitindo apenas a passagem desta luz na recepo, que diferente da luz refletida pelo objeto, que se es palha e m todas as direes.

Polarizao do feixe de luz 5.4.5 Imunidade Iluminao Ambiente Normalmente, os sensores pticos possuem imunidade iluminao ambiente, pois operam em freqncias diferentes. Mas podem ser afetados por uma fonte muito intensa (exatamente como acontece com as rdios FM), como por exemplo, uma Impada incandescente de 60W a 15cm do sensor, ou um raio solar incidindo diretamente sobre as lentes.

Espectro de iluminao

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5.4.6 Meio de Propagao Entende-se como meio de propagao, o meio onde a luz do sensor dever percorrer. A atmosfera em alguns casos pode, estar poluda com partculas em suspenso, dificultando a passagem da luz. A tabela abaixo apresenta os fatores de atmosfera que devem ser acrescidos no clculo da distncia sensora operacional Sa. Condies Ar puro, podendo ter umidade sem condensao Fumaa e fibras em suspenso, com alguma condensao Fumaa pesada, muito p em suspenso e alta condensao 5.4.7 Acessrios para sensores pticos Uma das grandes vantagens de se trabalhar com sensores pticos que eles so muito mais flexveis do que os outros sensores. Abaixo temos uma lista de alguns acessrios que podem ajudar a solucionar vrios problemas de aplicao: Espelhos prismtico ultra-reflectivos. Fibras pticas em diversos dimetros. Fibras pticas para alta temperatura. Temporizao. Ajuste remoto e inteligente Fatm 1 0,4 a 0,6 0 a 0,1

5.4.8 Vantagens Detectam todos os tipos de materiais. Acionamento sem contato fsico. Modelos com sada em estado slido rel ou analgica. Maior durabilidade quando bem aplicado. Trabalha em grandes distncias (Mais de 200mt E/R)

6 Sensores Ultra-Snicos Sensores Ultra-snicos emitem ondas de som com freqncia acima da audvel pelo ouvido humano. Os objetos a serem detectados refletem estas ondas e os sensores s recebem e interpretam. Com estes sensores podemos detectar com facilidade objetos transparentes de plstico, vidros ou superfcies liquidas, diferente dos sensores fotoeltricos que dependem da opacidade ou refletividade do material.

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6.1 Princpio de Funcionamento O emissor envia impulsos ultra-snicos sobre o objeto a analisado. As ondas sonoras voltam ao detector depois de um certo tempo, proporcional distncia. O tempo de resposta ento dependente da velocidade do som e tambm da distncia do objeto. Os detectores ultra-snicos podem detectar lquidos, slidos e granulados.

Princpio de Funcionamento do Sensor Ultra-Snico 6.2 Aplicaes

Medio de espessura de chapas 6.3 Vantagens Detectam todos os tipos de materiais. Acionamento sem contato fsico. Modelos com Sada em estado slido, rel ou analgica. Possui circuito inteligente

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6.4 Sistema Touch Control Permite os ajustes dos sensores digitais atravs de dois botes montados, na lateral do sensor.

Sistema Touch Control 6.4.1 Procedimento de Ajuste: Touch Control Pressione os Botes T1 e T2 simultaneamente por mais de 3 segundos, at, o LED D1 piscar na cor amarela, ento solte os botes. Pressione o boto T1 para aumentar ou o boto T2 para diminuir a distncia de atuao, observe que o LED para de piscar quando um objeto detectado, se possvel teste a deteco do objeto. O armazenamento da distncia ajustada ocorre caso nenhum boto for pressionado por um intervalo de 20s. O acionamento da sada pode ser monitorado atravs do LED de sinalizao que permanece verde sem objeto e torna-se laranja quando o objeto permanece na zona vlida de deteco. 7 Qual o melhor sensor? Determinando a aplicao Observar: Qual o material a ser detectado? Qual distncia do alvo ao sensor? Qual o princpio ativo do sensor que melhor se adapta a identificar o alvo? Existe algum obstculo que possa interferir na resposta do sensor? Qual a freqncia de acionamento do sensor? Quais as condies ambientais ao qual o sensor ser submetido?

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8 Cuidados bsicos com os sensores Nunca: Utilize lmpadas incandescentes como carga ou teste. O filamento quando frio apresenta um alto consumo de corrente, causando a queima do sensor.

Manuseie o sensor estando o circuito energizado. Qualquer descuido (curto - circuito), poder ser fatal para o sensor e para voc. Acione um motor diretamente com o sensor, use dispositivo apropriado como, por exemplo: Rels, Chaves - Contatoras, etc.

Observar: Sempre a Tenso (AC/DC) de alimentao , sua polaridade (PNP / NPN) , respeitar a capacidade de Corrente do sensor e sua Temperatura de trabalho.

possam atingir e danificar a face do

A existncia de peas e ou partes mveis que sensor e ou seu cabo.

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A incidncia de gua, leo, sujeira produtos qumicos e ou elementos que possam danificar ou interferir em seu funcionamento.

Cuidados Bsicos com os Sensores

9 Para a escolha apropriada de sensores eletrnicos, a seguinte terminologia adotada a) Faixa de medida (RANGE): conjunto de valores da varivel medida que esto compreendidos dentro dos limites inferiores e superior da capacidade de medida ou de transmisso do instrumento. Se Expressa determinando os valores extremos; b) Alcance (SPAN): a diferena algbrica entre os valores superior e inferior da faixa de medida do instrumento. Por exemplo, um instrumento com faixa de medida de 100C a 250C, possui um alcance de 150C. c) Erro: a diferena entre o valor medido ou transmitido pelo instrumento, em relao ao valor real da varivel medida. Se tivermos o processo em regime permanente, estvel, chamaremos de "erro esttico" que ser positivo ou negativo, dependendo da indicao do instrumento que poder estar indicando a mais ou a menos. Quando tivermos a varivel se alterando, teremos um atraso na transferncia de energia do meio para o medidor, onde o valor medido estar geralmente atrasado em relao ao valor real da varivel. Esta diferena chamada de "erro dinmico"; d) Preciso: define-se como sendo o maior valor de erro esttico que um instrumento pode ter ao longo de sua faixa de trabalho. Pode ser expressa de diversas maneiras como: porcentagem do alcance, unidade da varivel e porcentagem do valor medido; e) Zona morta: a no alterao na indicao ou no sinal de sada de um instrumento ou em valores absolutos da faixa de medida do mesmo, apesar de ter ocorrido uma sensvel variao da varivel. Por exemplo, um instrumento com faixa de medida entre 0C a 200C possui uma zona morta de 0,1% do alcance, ou seja, 0,2C. Portanto, para variaes inferiores a este valor, o instrumento no apresentar alterao da medida;

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f) Sensibilidade (linearity): a razo entre a variao do valor medido ou transmitido para um instrumento e a variao da varivel que o acionou, aps ter alcanado o estado de repouso. Pode ser expressa em unidades de medida de sada e de entrada. Por exemplo, um termmetro de vidro com faixa de medida de 0C a 500C possui uma escala de leitura de 50cm, portanto, a sua sensibilidade de 0,1cm/C; g) Histerese: a diferena mxima apresentada por um instrumento, para um mesmo valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a varivel percorre toda a escala nos sentidos ascendente e descendente; h) Repetibilidade: a mxima diferena entre diversas medida de um mesmo valor da varivel, adotando sempre o mesmo sentido de variao. Se Expressa em porcentagem do alcance; i) Resoluo: a menor variao que se pode detectar. A resoluo est relacionada com o nmero de "bit" do instrumento: quanto maior o nmero de "bit" melhor a resoluo. O clculo da resoluo de um instrumento dado pelo quociente da faixa de medida por 2nmero de "bit" do mesmo. Por exemplo, para um transdutor linear de 100mm e 12 bit, tem-se uma resoluo de 0,024mm.

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10 Encoders Podemos definir este equipamento como sendo um transdutor que executa a transformao (decodificao) de um movimento mecnico em um sinal eletrnico. Seu funcionamento est baseado na interrupo ou no de um sinal ptico, normalmente um feixe luminoso, conseguido comumente atravs de um emissor e um sensor separados pr um nnio e um disco de vidro, plstico ou metais estriados que alternadamente permitem ou no a passagem de luz do emissor para o receptor. Quando o disco sofre um deslocamento angular interrompe a passagem de luz, gerando um pulso. Este pulso representa um certo ngulo mnimo, que define a resoluo do sistema. Podermos dividir estes equipamentos em dois tipos: Encoders Absolutos Encoders Incrementais 10.1 Encoder Absoluto Em um encoder absoluto cada posio representada unicamente pr um cdigo padro. Este cdigo prove de trilhas independentes e est gravado no disco do encoder, onde para cada trilha existe um sensor ptico correspondente. Cada sensor ir fornecer um sinal de nvel lgico 1 ou 0 dependente do cdigo padro do disco para cada posio (ver figura abaixo). Uma vantagem deste tipo de encoder que no haver perda da posio no caso de falta de energia, pois no necessrio indexar ou referenciar a partir de um determinado ponto.

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Disco Codificado de um Encoder Absoluto Cada trilha do disco codificado significa um bit, dependendo ento do nmero de trilhas verificaremos a resoluo deste sistema. Pr exemplo, um disco com 8 trilhas poder identificar 256 posies diferentes. A expresso (8) mostra analiticamente como podermos determinar a resoluo de um encoder absoluto em funo do nmero de bits do disco codificado. = 360N

(8)

2Onde: N o nmero de bits ou trilhas do disco. O disco do encoder pode ser codificado de varias maneiras diferentes, porm, existem dois cdigos que so os mais utilizados: o cdigo binrio e o cdigo de Gray. O cdigo binrio amplamente utilizado nas aplicaes para automao industrial e o cdigo de Gray, possui como principal vantagem a que de uma posio para outra apenas um bit alterado. Assim, fica possvel encontrar erros provocados pr rudos eltricos ou eletromagnticos atravs de software. Podemos ainda, dividir os encoders absolutos em dois tipos: single turn e multi turn. Os encoders do tipo single turn repetem o cdigo da posio a cada 360 para uma volta do eixo. Normalmente estes encoders so fornecidos at a resoluo de 14 bits, ou seja, 16384 posies por volta, ou ainda, o menor ngulo que pode ser representado o de 0,02I9. J os do tipo multi turn possuem discos codificados adicionais que permitem a leitura de varias voltas. A figura Abaixo pode nos dar uma idia de como isto realizado.

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Disco Codificado de um Encoder Absoluto Multi-Turn Com relao a sada destes encoders podemos encontrar: sada paralela, sada serial ou comunicao em rede. Para os encoders com sada paralela, para cada bit existe um condutor, e o elemento de controle dever obviamente possuir uma porta paralela para leitura destes sinais. Os encoders com sada serial so muito utilizados pois a grande maioria dos processadores no mercado utilizam este sistema de transmisso de dados. Existem algumas vantagens, dentre as quais: Baixo custo em funo do cabeamento; Maior velocidade de transmisso (at 1,5 G bps); Reduzido nmero de componentes; Maior imunidade a rudos.

Os encoders com sada para comunicao em rede tambm so seriais, porm adotam protocolos amplamente conhecidos no mercado de automao, como pr exemplo: CAN (Devicenet), Interbus, Profibus (DP) e entre outros. As aplicaes para este tipo de encoder seriam aquelas onde necessitamos fazer posicionamentos em uma nica volta e que podem permanecer desativadas pr um longo perodo de tempo, tais como: Radares; Telescpios; Guindastes; Manipuladores; Robs; Comportas; Sistemas de nvel; Posicionamento de eixos; Posicionamento de vlvulas; Mesas planas, etc.

10.2 Encoder Incremental

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Nestes encoders cada deslocamento angular representado pela gerao de um pulso. possvel ainda determinar o sentido de rotao do eixo atravs do nnio ou de duas faixas regularmente defasadas (ver figura Abaixo). Na verdade um circuito eletrnico poder detectar o sentido de giro atravs de operaes lgicas.

Encoder Incremental A resoluo determinada atravs do nmero de pulsos que o encoder gera pr volta ou pelo nmero de pulsos pr rotao (PPR). A mxima resoluo que encontrarmos para estes casos est pr Volta de /0000 pulsos/rotao (podendo chegar a 40000 com alguns recursos adicionais), pois acima disto fica muito difcil construir ranhuras to prximas umas das outras. O que no devemos nunca esquecer que a resoluo do encoder deve ser igual, ou melhor, do que aquela requerida pela aplicao. Como todo transdutor o encoder incremental possui duas velocidades inerentes: a mecnica e a eletrnica, que pr sua vez impem limites a velocidade de operao. A combinao de vrios fatores tais como, rolamentos, freqncia de resposta, PPR para cada aplicao, tambm influencia nestas questes. De modo geral, a mxima velocidade de operao para um encoder incremental depende diretamente da aplicao. Podemos determinar a velocidade de operao para aplicao atravs da seguinte expresso: f = PPR x n 60 Onde: f a freqncia de operao [Hz]; PPR a resoluo do encoder; n a rotao [rpm].

Para os terminais de sada adotada uma terminologia prpria. Os sinais so transmitidos utilizando circuitos de corrente continua, para que sejam atingidas altas velocidades de transmisso. Esta transmisso feita pr uma corrente que pode fluir do encoder para o circuito (NPN) ou do circuito para o encoder (PNP), embora a maioria dos encoders possa ser configurada em outros padres, alm do PNP ou NPN, tais como: Push Pull, Line Drive ou RS422. Os encoders incrementais ainda podem ser unidirecionais ou bidirecionais ou ainda com sinal de referencia. Adicionalmente podem ser transmitidos tambm como sinal singular sigle ended ou com seus sinais complementares diferenciais.

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Para a especificao de encoders incrementais devem ser informadas algumas caractersticas, que podemos dividir em: Mecnicas: flange, dimetro do eixo ou eixo vazado, mxima carga do eixo, pulsos pr volta, velocidade, momento de inrcia, temperatura de operao, proteo [IP], dimenses e tipo de conexo (eltrica). Eletrnicas: freqncia, tipo de eletrnica, formato da sada, imunidade a rudo, proteo do circuito (inverso de polaridade, sobretenso, curto-circuito na sada) e alimentao. As aplicaes para encoders incrementais abrangem vrios processos entre os quais podemos citar: Realimentao de sistemas digitais de controle de velocidade; Maquinas de embalagens; Ajustes de fusos para preparao de espessura de um produto; Robs; Misturadores; Mesas rotativas.

11 INVERSORES DE FREQNCIA 11.1 INTRODUO

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Inversores de Freqncia Os motores eltricos constituem partes dos equipamentos mais amplamente utilizados na indstria e no Brasil, a fabricao de motores um segmento importantssimo da atividade econmica. Considerando-se um rendimento mdio da ordem de 85% no universo de motores eltricos em aplicaes industriais, cerca de 15% da energia eltrica industrial ser transformada em perdas nos motores. Portanto, o acionamento de mquinas e equipamentos mecnicos por motores eltricos um assunto de extraordinria importncia econmica. Os fundamentos tcnicos e econmicos para aplicao de acionamentos de controle de velocidade de motores eltricos trifsicos, foram ampliados consideravelmente pelos avanos feitos no desenvolvimento de componentes eltricos e de potncia. O acionamento eltrico um sistema capaz de converter energia eltrica em mecnica, produzindo trabalho e mantendo controle sobre tal processo de converso. Num sistema de acionamento compreende o motor eltrico e seu equipamento de comando e/ou controle, os meios de transmisso (mecnicos) de energia do motor a mquina acionada para que esta realize a funo desejada. Atualmente existem disponveis vrios tipos de conversores para acionamento e controle de velocidade de motores, cada um adaptado aos diferentes tipos de motores. Embora os acionamentos CA estejam sendo mais largamente utilizados muitos sistemas podem ser acionados com motores CC, sob controle de um conversor realimentado para melhor operao ou ento utilizar conversores de freqncia com controle VETORIAL. Uma considerao importante o fato de que em um motor CC o torque e a velocidade podem ser ajustados independentemente pela corrente e pelo fluxo de magnetizao, e em motores CA, atualmente com o avano das tecnologias de acionamento por conversores de freqncia com controle vetorial, o torque e o fluxo de magnetizao so controlados pela decomposio da corrente estatrica, conseguindo-se dessa forma obter as mesmas caractersticas do acionamento por motor CC. Esta apostila tem por objetivo ampliar os conhecimentos de pessoas envolvidas nas reas de aplicaes projetos e afins, familiarizando-as com tcnicas e recursos existentes, visando fornecer as informaes necessrias correta seleo a 35

aplicao de acionamentos com velocidade varivel de motores de induo trifsicos, segundo as suas necessidades. 11.2 Sistemas de variao de velocidade Uma das necessidades que sempre existiram, no passado, foi variao de velocidade em motores de induo, pois, a mesma fixa e est relacionada com a caracterstica eltrica construtiva do motor e a freqncia da rede a qual ele est ligado. Existem atualmente vrios sistema de variao de velocidade e que para um melhor entendimento iremos classifica-los em: Variadores Mecnicos Variadores Hidrulicos Variadores Eletromagnticos Variadores Eletroeletrnicos

11.2.1 Variadores mecnicos Os primeiros sistemas que foram utilizados para se obter uma velocidade diferente das velocidades que eram possveis utilizando motores de induo foram os sistemas mecnicos, pois so os de maior simplicidade de construo, envolvendo um baixo custo, e que atendem at hoje a alguns processos onde no so necessrias variaes de velocidade, ou que possuem uma variao pequena condicionada a certos limites (mecnicos e eltricos) do equipamento responsvel pela variao de velocidade. Com o aumento da necessidade de variao de velocidade em vrios processos mais complexos que exigem uma larga faixa de variao, preciso na velocidade ajustada, caractersticas de partida e parada do processo controlado e outras caractersticas foram sendo desenvolvidos vrios mtodos os quais relacionaremos adiante.

Polias fixas este mtodo permite variao discreta de velocidade. Este sistema de acoplamento utilizado onde a necessidade de uma reduo ou aplicao de velocidade, porm sempre fixas, sem a possibilidade de uma variao contnua de rotao.

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Polias cnicas este mtodo permite variao contnua de velocidade. Neste sistema de acoplamento por polias permite-se que seja feita a variao de velocidade da mquina atravs de duas polias cnicas contrapostas.

Polias variadoras este mtodo permite variao contnua de velocidade. Este sistema de acoplamento por polias diferenciado, pois utiliza um dispositivo mecnico que consiste de duas flanges cnicas (que formam uma polia) que podem se movimentar sobre o eixo acionado.

Moto redutor este mtodo permite variao discreta ou contnua de velocidade, em funo do tipo do moto redutor utilizado. Este sistema de acoplamento foi um avano em relao aos anteriores, pois neste sistema j se consegue variar a rotao de sada atravs de um jogo de polias/engrenagens variveis. 37

11.2.2 Variador hidrulico Motor hidrulico este mtodo permite variao contnua de velocidade. O motor hidrulico de deslocamento positivo projetado e desenvolvido para converter a potncia hidrulica de um fludo em potncia mecnica. Esta converso feita atravs de um dispositivo de engrenagens planetrias ou atravs de acionamento de pistes com controle efetuado por vlvulas e que permitem se obter as seguintes caractersticas: Baixa rotao (5 a 500 rpm aproximadamente) Elevado torque Permite rotao nos dois sentidos Motores de baixa potncia Baixo custo.

Variador hidrulico ou hidrodinmico este mtodo permite variao contnua de velocidade. O sistema consiste basicamente em um variador de velocidade de princpio hidrocintico composto de um eixo de entrada, de rotao fixa, e de um eixo de sada, cuja rotao pode variar linearmente de zero at uma rotao muito prxima a do eixo de entrada.

11.3 Aplicao de Motores de Induo Alimentados por Inversores de Freqncia O uso de motores eltricos de induo alimentados por inversores de freqncia para acionamentos de velocidade varivel tem crescido significativamente 38

nos ltimos anos em virtude das vantagens inerentes proporcionadas por esta aplicao, tais como a facilidade de controle e a economia de energia e a reduo no preo dos inversores liberada pelo desenvolvimento de componentes eletrnicos cada vez mais baratos. As caractersticas construtivas de um motor de induo alimentado por uma rede senoidal so determinadas em funo das caractersticas desta rede, do tipo de aplicao e do meio fsico a ser instalado. No entanto, quando alimentar um motor por inversor de freqncia, tambm as caractersticas prprias do inversor exercem significativa influncia sobre o comportamento do motor determinando-lhes novas caractersticas construtivas ou de operao. Outra influncia sobre as caractersticas construtivas do motor alimentando por inversor de freqncia est relacionada com o tipo de aplicao, mais especificamente com a faixa de velocidade na qual o motor ir trabalhar. Exemplos de aplicaes: Mquinas de Panificao Ar Condicionado Mquinas misturadoras Mquinas de enrolamento de fios Aplicaes em Embalagens: Empacotamento Caixas de Suco Mquinas de Lavar, Secar e Passar. Aparelhos de Exerccio Fsico Esteiras Cavalos de pau Aplicaes Txteis: Tecelagem Enroladeira Torcedeira Classificao de correspondncias (correios) Mquinas de lavar carros Processadores de alimentos Elevadores (industriais e de pessoas) Guindastes (Iamento e Translao) Sistemas de Esteiras Rolantes Separao Bagagem Bombas gua Esgoto Cerveja Sistemas de Ventilao 39

Recozimento de Cabos Resfriadores e Sopradores Equipamentos de Raios-X e mdicos em geral Sistemas de Rastreamento de Satlites Cabines de Pintura Automatizadas

11.4 Variadores de Velocidade Eletroeletrnicos Os sistemas de variao de velocidade em motores assncronos podem ser divididos em dois grupos: variao discreta ou variao contnua. Para um motor assncrono, a variao discreta pode ser feita atravs da variao do nmero de plos, e variao contnua feita pela variao de freqncia, tenso ou escorregamento. Para os motores assncronos, a relao entre velocidade, freqncia, nmero de plos e escorregamento expressa por: n = 120 . f . (1 s) p

Onde: n = rotao em (RPM); f = freqncia (Hz); p = nmero de plos; s = escorregamento.

Analisando a frmula podemos ver que para variar a velocidade de um motor assncrono podemos atuar nos seguintes parmetros: a) p = nmero de plos (variao discreta); b) s = escorregamento (variao contnua); c) f = freqncia da tenso de alimentao (variao contnua). Variao do nmero de plos Existem trs frmulas de variar o nmero de plos de um motor assncrono, quais sejam: a) Mltiplos enrolamentos separados no estator; b) Um enrolamento com comutao de plos; c) Combinao dos dois anteriores. Em todos estes casos, a variao de velocidade ser discreta, sem perdas, porm, a carcaa ser maior do que a de um motor de velocidade nica. Motores de duas velocidades com enrolamentos separados Esta verso apresenta a vantagem de se combinar enrolamentos com qualquer nmero de plos, porm limitada pelo dimensionamento eletromagntico do ncleo (estator/rotor) e carcaa geralmente bem maior que a de velocidade nica. Motores com duas velocidades com enrolamento por comutao de plos O sistema mais comum que se apresenta a denominada ligao DAHLANDER. Esta ligao implica numa relao de plos de 1:2 com conseqente relao de rotao de 1:2. 40

Variao do escorregamento A variao do escorregamento em motor de induo com rotor gaiola obtido atravs da variao da tenso estatrica. um sistema pouco utilizado, uma vez que tambm gera perdas rotricas e a faixa de variao da velocidade pequena. Reduzindo-se a tenso de alimentao do estator estaremos provocando uma diminuio correspondente do fluxo magntico na mquina. Para que o conjugado motor seja mantido, a corrente do motor deve ser aumentada. Isto e, conseguindo com o aumento da tenso induzida no rotor, mantendo-se a sua resistncia constante. O aumento da corrente induzida, por sua vez, obtido pelo aumento do escorregamento conseqentemente a velocidade da mquina diminui. Variao da freqncia da tenso de alimentao Os motores podem ser controlados de modo a prover um ajuste continuo de velocidade e conjugado com relao a carga mecnica. O fato da velocidade dos motores de induo pode ser dado atravs da relao: n = 120 . f . (1- s) p Onde: n = rotao em (RPM); f = freqncia da rede (Hz); p = nmero de plos; s = escorregamento. Isto sugere a possibilidade de se obter vrias velocidades para o mesmo motor variando-se a freqncia. Com a variao da freqncia obtm-se uma variao contnua da velocidade, ou seja, uma forma de se conseguir variar a velocidade dos motores de induo atravs da alimentao por uma fonte de freqncia varivel (conversores estticos da freqncia). Ao se variar freqncia da tenso do estator, est sendo variada a velocidade do campo girante. Com isso, pode-se variar a velocidade do rotor, mantendo-se constante o escorregamento da mquina e, portanto, as perdas podem ser otimizadas de acordo com as condies de carga.

11.5 Conversores de Freqncia com Modulao por Largura de Pulsos (PWM Pulse Width Modulation)

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11.5.1 Generalidades Um conversor de freqncia com modulao por largura de pulsos consiste basicamente nos seguintes blocos, conforme mostra a figura a seguir:

Tipos de Transistores

11.5.2 Diagrama de Blocos de um Inversor PWM A ponte retificadora de diodos transforma a tenso alternada de entrada em uma tenso contnua que filtrada por um banco de capacitores. O circuito de corrente contnua chamado de circuito intermedirio. Esta tenso contnua alimenta uma ponte inversora formada por transistores de potncia (BJT, IGBT ou MOSFET) e diodos de roda livre. O comando das bases dos transistores, feito pelo circuito de comando (que utiliza um microcontrolador), permite a gerao de pulsos para o motor com tenso e freqncia controladas. O formato dos pulsos obedece ao princpio de modulao denominado PWM senoidal, que permite um acionamento com corrente praticamente senoidal no motor. A configurao do mdulo composta de transistores de potncia. Usando transistores ao invs de tiristores, evitando a utilizao de elementos de comutao para o desligamento dos tiristores, bastando remover a corrente de base dos transistores. Para formar um sistema de tenses trifsicas com conversor, os transistores so chaveados com sinais gerados externamente, por um

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microcontrolador digital numa seqncia pr-estabelecida, gerando uma forma de onda retangular ou escalonada de um sistema trifsico, nos terminais de sada CA. Aumentando-se ou diminuindo-se a taxa de variao do chaveamento, pode-se alterar a freqncia do sistema trifsico gerado inclusive aumentando a freqncia acima do valor da rede, uma vez que a converso CC desacopla a sada da entrada. O circuito de controle responsvel pela gerao dos pulsos de disparo dos transistores, monitorao e proteo dos componentes da potncia, interpretao dos comandos, proteo e segurana. Comparados com tiristores os transistores podem chavear muito mais rapidamente. Portanto, possuem uma vasta rea de aplicao em inversores de alta freqncia que empregam modulao por largura de pulsos. A maior desvantagem que os transistores necessitam de corrente contnua na base durante o estado de conduo, mas o custo do circuito necessrio para tal compensado pela dispensa de elementos de comutao. A figura a seguir mostra as formas de onda da corrente e tenso respectivamente de um inversor PWM.

Formas de Onda de um Inversor PWM 11.7 Controle Escalar Entende-se por controle escalar o sistema de controle de velocidade feito por conversores de freqncia convencionais onde necessria apenas a variao de velocidade em aplicaes normais e que no requerem elevadas dinmicas e precises, nem controle de torque (corrente). O circuito de potncia do conversor igual os dois sistemas (ESCALAR ou VETORIAL) conforme visto anteriormente, sendo que o que difere os dois a forma com que executado o controle de velocidade do motor. Em um sistema com controle escalar, possvel uma preciso de velocidade de at 0,5% da rotao nominal sem variao de carga e de 3% a 5% com variao de carga de 0 a 100% do torque nominal. Pelo princpio de funcionamento e aplicaes so utilizados na maioria das vezes motores de induo convencionais sem nenhum sistema de realimentao de velocidade (tacogerador acoplado ao motor) em malha fechada. A faixa de variao de velocidade pequena. Com estas caractersticas, o conversor de freqncia convencional (ESCALAR), utilizado em maior escala, pois apresenta um custo relativo menor que o conversor com controle VETORIAL, como tambm em relao a um acionamento por motor CC e conversor CA/CC. A fim de estabelecer um comparativo da preciso de regulamentao de velocidade, apresentamos a seguir uma tabela com valores caractersticos para um motor de 3CV, 4 plos, com variao de velocidade feita atravs de conversor de freqncia em 4 situaes distintas: conversor direto, conversor com ajuste de 43

compensao de escorregamento nominal, conversor com ajuste de compensao de escorregamento otimizado e conversor realimentado por tacogerador de pulsos acoplado ao motor.

11.8 Controle Vetorial

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Em aplicaes onde se faz necessrio uma alta performance dinmica (resposta rpidas e alta preciso), o motor eltrico dever fornecer essencialmente um controle preciso de torque para uma faixa extensa de condies de operaes. Para tais aplicaes os acionamentos de CC sempre representaram uma soluo ideal, pois a proporcionalidade da corrente de armadura, do fluxo e do torque num motor de CC proporciona um meio para o controle de torque. Contudo, a busca por avanos tecnolgicos significativos, tem diminudo esta hegemonia, e gradativamente, esto crescendo as opes por novas alternativas como o uso de acionamentos em CA do tipo controle VETORIAL. 11.8.1 Princpio do Controle Vetorial Para que se tenha um controle vetorial bom necessrio que um inversor tenha a capacidade de suprir a corrente desejada pelo controle, neste caso tem que se usar um conversor PWM em alta freqncia com uma tenso adequada em relao tenso do motor. Neste caso como podemos impor a corrente pelos reguladores de corrente a equao que descreve a tenso do motor em relao as suas caractersticas resolvida pelo inversor e, portanto pode ser suprimida do modelo matemtico do motor. O fluxo rotrico, de modo semelhante ao acionamento da mquina de CC e mantido no valor nominal em velocidade abaixo da velocidade nominal e trabalha reduzido em velocidade acima da nominal (enfraquecimento de campo). As diferenas de velocidade (erro) so aplicadas ao regulador de velocidade que atua sobre o valor de referencia, que a responsvel pelo torque do motor variando este de modo a zerar o erro de velocidade. O encoder incremental acoplado ao eixo do motor fornece a referencia da velocidade real. 11.8.2 Controle Vetorial Orientado ao Fluxo Estatrico (sensorless) No controle sensorless (sem encoder, ou seja, sem medida direta da velocidade) o valor da velocidade necessrio para a regulao em malha fechada estimado a partir dos parmetros do motor e das variveis disponveis como: corrente e tenso do estator. Com estes valores pode ser calculado o fluxo estatrico atravs dessa forma estima-se o fluxo rotrico a partir do fluxo estatrico. Embora isto envolva o calculo das indutncias do motor, tornando desta forma a orientao de campo sensvel a variao deste parmetro. Desta forma o controle pelo fluxo estatrico mais conveniente, resultando num sistema mais robusto. O principio de controle igual ao do controle com encoder. VANTAGENS DO CONVERSOR COM CONTROLE VETORIAL Elevada preciso de regulao de velocidade (0,01%); Alta performance dinmica; Controle de torque linear para aplicaes de posio ou de trao; Operao suave em baixa velocidade e sem oscilaes de torque, mesmo com variao de carga.

11.8.3 Ajuste do Regulador de Velocidade 45

Embora, o conversor com encoder atravs do self-commissioning necessrio o ajuste dos parmetros do regulador de velocidade em funo da aplicao. Para o sistema com controle sensorless tambm preciso um ajuste fino, pois o inversor no estima a constante mecnica da carga.Estes ajustes dos parmetros P e I geram uma melhor estabilidade e resposta dinmica. 11.9 Operao abaixo de 3 Hz O motor pode operar nesta freqncia desde que por um tempo pequeno, caso contrario o inversor perde a orientao.

11.10 Conhecendo o Inversor IHM 46

TECLAS

r 0000

Pressionando o boto, o motor parte. Esta tecla est originalmente bloqueada. Para habilit-la, ajustar P0700 = 1. OFF1 Pressionando esta tecla, faz o motor parar, segundo a rampa Faz o Motor selecionada. Bloqueada por default para habilitar, ajustar P0700 =1. Parar OFF2 Pressionando a tecla duas vezes (1 vez prolongadamente) provoca a parada por inrcia do motor. (Esta funo est sempre habilitada). Inverte o Pressione esta tecla para inverter a direo de giro do motor. A reverso Sentido de indicada por um sinal (-) ou pelo ponto decimal piscando. Rotao Bloqueada por default - para alterar P0700 = 1. Pressionando esta tecla quando o motor est parado, faz com que o mesmo parta e gire na freqncia de JOG pr-selecionada. O motor pra se a tecla Funo JOG for solta. Pressionar esta tecla enquanto o motor estiver girando, no far qualquer efeito. Esta tecla pode ser usada para visualizar outras informaes. Funciona premendo-a e mantendo apertada por 2s. A partir de qualquer parmetro durante operao, mostra o seguinte: 1. Tenso do link DC (indicada por "d" em V). 2. Corrente de sada (A) 3. Freqncia de sada (Hz) 4. Tenso de sada (indicada por "o" em V). ("o. Output) 5. A grandeza selecionada em P0005 (Se P0005 est selecionado para mostrar qualquer dos valores acima (3, 4, ou 5) ento este valor no ser mostrado novamente). Se continuar sendo pressionada, estes valores Funes continuaro sendo mostrados ciclicamente. Funo Jump A partir de qualquer parmetro (RXXXX ou PXXXX), pressionando Fn, o display saltar imediatamente para r0000 para visualizar a grandeza selecionada por P0005. Uma vez retornando a r0000, pressionando Fn, ocorrer o retorno a ponto de partida. Reset Em caso de falha ou alarme esta aparea no display do painel. tecla reseta a falha ou alarme que

FUNO Indicao do estado Parte o Motor

FUNO DAS TECLAS DA IHM EFEITOS O display LCD mostra o ajuste ou valor atual da grandeza selecionada.

Acesso aos Pressionando esta tecla, permite o acesso aos parmetros. Parmetros Incrementar Pressionando esta tecla, incrementa-se o valor mostrado no display. Valor Decrementar Pressionando esta tecla, decrementa-se o valor mostrado no display. Valor

11.11 Passos para Alterar os Parmetros 47

O procedimento para alterar os parmetros est descrito na tabela abaixo. A modificao do valor de um parmetro est ilustrada com o exemplo de P0719. Siga exatamente o mesmo procedimento para alterar os outros parmetros atravs da IHM. PASSO 1 Pressionar 2 Pressionar 3 Pressionar 4 Pressionar 5 Pressionar 6 Pressionar 7 Pressionar para acessar os parmetros at que aparea P0719 para acessar o nvel de valores do parmetro para mostrar o valor atual ou at atingir o valor desejado Resultado no Display

r 0000 P0719 in000 0 12 P0719 r 0000

para confirmar e guardar o valor (salvar) at que aparea r0000

8 Pressionar para retornar o Display ao modo standard (como definido pelo usurio) 11.12 Liberao do Teclado para Alterar os Parmetros Para que possamos alterar os parmetros do Inversor de freqncia necessrio desbloquear o teclado, isto , liberar o teclado para que possamos fazer novas alteraes de programao (parametrizao). Isto tambm serve como segurana, para que pessoas leiga ou m intencionada no possam prejudicar o equipamento e ou pessoas. Os parmetros de liberao do teclado so: 1 P0010 = 1 2 P0004 = 0 ou 3

11.13 Dados do Motor para Parametrizao 48

Ao energizar os Inversores, tm que primeiramente inserir os dados de parametrizao do motor. Obs. Esta informao acima somente para fins didticos e de visualizao, pois os dados do motor j foram parametrizados anteriormente, e por isso no devemos altera-los.

Notas P0308 s visvel se P0003 2. Dependendo do ajuste de P0100, apenas P0308 ou P0309 ser exibido. P0307 indica KW ou HP dependendo tambm do ajuste de P0100. Para informaes mais detalhadas consultar a Lista de Parmetros. Alterar parmetros do motor s possvel com P0010 = 1 e P0004 = 0 ou 3. Assegurar que o inversor est corretamente configurado com o motor. 11.14 Reset aos Valores Padro de Fbrica Para resetar todos os parmetros aos valores de fbrica, os parmetros abaixo devem ser ajustados como indicado. 1 Ajuste P0010 = 30 2 Ajuste P0970 = 1 Obs: Esta operao pode levar at 3 Minutos.

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12 SOFT-STARTER (PARTIDA SUAVE)

O avano da eletrnica permitiu a criao da chave de partida a estado slido a qual consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR, ou combinaes de tiristores/Diodos), um em cada borne de potncia do motor. O ngulo de disparo de cada par de tiristores controlado eletronicamente para uma tenso varivel aos terminais do motor durante a acelerao. Este comportamento , muitas vezes, chamado de partida suave (SOFT-STARTER). No final do perodo de partida, ajustvel conforme a aplicao, a tenso atinge seu valor pleno aps uma acelerao suave ou uma rampa ascendente, ao invs de ser submetido a incrementos ou saltos repentinos, como ocorre com os mtodos de partida por autotransformador, ligao estrela-tringulo, etc. com isso, consegue-se manter a corrente de partida prxima da nominal e com suave variao, como desejado. Alm da vantagem do controle da tenso (e por conseqncia da corrente) durante a partida, a chave eletrnica apresenta, tambm, a vantagem de no possuir partes mveis ou que gerem arco eltrico, como nas chaves mecnicas. Este um dos pontos fortes das chaves eletrnicas, pois sua vida til bem mais longa (at centenas de bilhes de manobras). Com o ajuste adequado das variveis, o torque produzido ajustado a necessidade da carga, garantindo, desta forma, que a corrente solicitada seja a mnima necessria para a partida. As Soft-starters microprocessadas so totalmente digitais, so produtos dotados de tecnologia de ponta e foram projetadas para garantir a melhor performance na partida e parada de motores de induo.

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12.1 Comparativo dos Mtodos de Partida

12.2 Curva Caracterstica de uma Partida Suave

Usi - Tenso em rampa de partida suave Isi - Corrente de partida suave n - Rotao da partida suave

12.3 Princpio de funcionamento (variao da tenso do motor) 51

Acelerao

Desacelerao

Otimizao p/ carga parcial (economia de energia)

12.4 Possibilidades de Paradas

52

12.5 Funes Principais

12.6 Curva Caracterstica de uma parada CC

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12.7 Benefcios Proteo eletrnica integral do motor; Rel trmico eletrnico incorporado; Interface Homem-Mquina incorporada; Funo Pump-Control para controle inteligente de sistema de bombeamento; Evita o golpe de ariete em bombas; Limitao de picos de correntes na rede; Limitao de quedas de tenso na partida; Eliminao de choques mecnicos; Reduo acentuada dos esforos sobre os acoplamentos e dispositivos de transmisso (redutores, polias, engrenagens, correias, etc); Aumento da vida til do motor e equipamentos mecnicos da mquina acionada; Otimizao automtica de consumo de energia para aplicao com cargas reduzidas ou a vazia; Possibilidade de partida de vrios motores, configurados em paralelo ou em cascata; Facilidade de operao, programao ou manuteno via IHM; Simplificao da instalao eltrica; Comunicao serial RS-232 incorporadas; Comunicao em redes FieldBus; ProfiBus DP; DeviceNet ou ModBus RTU; Operao em ambientes de at 55C. Certificaes internacionais UL, cUL e CE.

12.8 Principais Aplicaes Bombas centrfugas/alternativas (saneamento/irrigao/petrleo); Ventiladores/exaustores/sopradores; Compressores de ar/refrigerao (parafuso/pisto); Misturadores/aeradores; Centrfugas; Britadores/moedores; Picadores de madeira; Refinadores de papel; Fornos rotativos; Serras e plainas (madeira); Moinhos (bolas/martelo); Transportadores de carga correias/cintas/correntes mesas de rolos monovias/nrias escadas rolantes esteiras de bagagem (aeroportos) Linhas de engarrafamento

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12.9 Conhecendo a Soft-Starter TECLAS DO PAINEL - IHM FUNO EFEITOS Ao acionar este boto parte via rampa. Esta tecla Liga o motor originalmente est liberada. Para bloquea-la P61 = OFF Faz o motor Desliga o motor via rampa (quando programada). Reset parar da Soft-Starter aps a ocorrncia de erros Acesso aos Comuta o Display entre o nmero do parmetro e seu parmetros contedo Incrementa o Incrementa o nmero do parmetro ao seu contedo valor Decrementa o Decrementa o nmero do parmetro ao seu contedo valor

PAINEL/TECLA

12.10 Passos para Alterar os Parmetros O procedimento para alterar os parmetros est descrito abaixo. A modificao do valor de um parmetro est ilustrada com o exemplo a liberao do teclado P00. Siga exatamente o mesmo procedimento para alterar os outros parmetros atravs da IHM. PASSO Soft-Starter energizada pronta para ser operada 1 Pressionar 2 Pressionar 3 Pressionar para acessar os parmetros novamente para acessar o valor de P00 ou at atingir o valor desejado Resultado no Display

rdy P00 OFF ON ON rdy

4 Pressionar para memorizar o valor A Soft-Starter est pronta para ser programada (parametrizada)

12.11 Reset aos Valores Padro de Fbrica Parmetros padro de fbrica so valores pr-definidos com os quais a SoftStarter sai programada de fbrica. O conjunto de valores escolhido de modo a atender o maior nmero de aplicaes, reduzindo ao mximo a necessidade de reprogramao durante a colocao em funcionamento. Caso necessrio o usurio pode alterar individualmente cada parmetro de acordo com a aplicao. Em qualquer momento o usurio pode retornar todos os parmetros aos valores padres de fbrica executando a seguinte seqncia:

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1 Desabilitar a Soft-Starter 2 Ajustar P00 = ON 3 Ajustar P46 ON 4 Pressionar a tecla 5 O display ir indicar EPP durante o carregamento dos valores DEFAULT Obs: A Soft-Starter iniciar com erro externo caso a entrada digital 3 (P54 > DI3) no estiver em nivl 1. Esta operao levar alguns segundos. CUIDADO a proteo de Corrente do Motor est desabilitada. (P21 > OFF) 12.12 Diviso dos Parmetros de uma Soft-Starter Variveis que podem ser visualizadas no Display, mas no podem ser alteradas pelo usurio. So os valores ajustveis a serem utilizados pelas funes da Parmetros de Regulao Soft-Starter. Definem as caractersticas da Soft-Starter, as funes a Parmetros de Configurao serem executadas, bem como as funes das Entradas e Sadas. Parmetros do Motor Define as caractersticas nominais do Motor Parmetros de Leitura 12.13 Tabela Referncia dos Parmetros Parmetro P00 P01 P02 P03 P04 P11 P12 P13 P14 P15 P21 P25 P26 P27 P22 Funo Faixa de Valores Ajuste de Fbrica 30% Un 20s 100% Un OFF OFF 120% In OFF 70% In OFF OFF 30 1,00 OFF Conforme o modelo 56

Permite alterar parmetros OFF, ON Parmetros de Regulao Tenso inicial 2590% Un Tempo da rampa de Acelerao 1...240s Degrau de tenso na desacelerao 100...40% Un Tempo da rampa de desacelerao OFF, 2...240s Limite de corrente na partida OFF, 150...500% In Sobrecorrente imediata 32200% In Tempo de sobrecorrente imediata OFF 1...20s Subcorrente imediata 20...190% In Tempo de subcorrente imediata OFF, 1...30s Parmetros do Motor Ajuste da corrente do motor OFF, 30.0...200 %In Classe trmica de proteo do motor 5, 10, 15, 20, 25, 30 Fator de servio do motor 0,80...1,50 Auto reset da memria trmica OFF, 1...600s Parmetros de Regulao Corrente nominal da chave 16, 30, 45, 60, 85 A

P23 P31 P33 P34 P35 P41 P42 P45 P47 P43 P44 P46 P50 P51 P52

P53

P54

P55

P61 P62 P71 P72 P73 P74

220, 230, ,240, 380, 400, 415, 440, 460, 480,575 V Seqncia de fase OFF, ON Nvel de tenso do JOG 25...50% Un Tempo da frenagem CC OFF, 1...10s Nvel de tenso da frenagem CC 30...50% Un Pulso de tenso na partida OFF, 0,2...2s Nvel do pulso de tenso na partida 70...90% Un Pump Control OFF, ON Auto reset de erros OFF, 10 600s Parmetros de Configurao Rel By-Pass OFF, ON Economia de energia OFF, ON Valores DEFAULT OFF, ON 1 desaciona com defeito Programao do rel RL3 2 aciona com defeito 1 em funcionamento Funo do rel RL1 2 em tenso plena 3 sentido de giro 1 em funcionamento Funo do rel RL2 2 em tenso plena 3 frenagem CC OFF sem funo 1 reset de erros Entrada digital DI2 2 erro externo 3 habilita geral 4 comando trs fios OFF sem funo 1 reset de erros Entrada digital DI3 2 erro externo 3 habilita geral 4 sentido de giro OFF sem funo 1 reset de erros Entrada digital DI4 2 erro externo 3 habilita geral 4 funo JOG Habilitao de comando via IHM/Serial ON, OFF ou Entradas Digitais Endereo da chave na rede de 1...30 comunicao Parmetros de Leitura Verso de software da chave Indicao da corrente do motor %In da XXX% In chave Indicao da corrente do motor (A) 0,0...999,9 A Indicao da potncia ativa (KW) 0,0...999,9 KW Tenso nominal de linha da rede

380 V OFF 25% Un OFF 30% Un OFF 70% Un OFF OFF OFF OFF OFF 1 1 2

1

2

OFF

ON 1

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P75 P76 P77 P81 P82 P96 P97 P98 P99

Indicao da potncia aparente (KVA) Indicao Fator de Potncia Indicao da tenso imposta pela chave Temperatura do dissipador C Estado da proteo trmica do motor Backup do ultimo erro de hardware Backup do penltimo erro de hardware Backup antepenltimo erro de hardware Backup do 1 dos 4 ltimos erros de hardware

0,0...999,9 KVA 0,00...0,99 0...100% Un 10...110 C 0...250%

12.14 Tabela dos Erros ERRO E01 CAUSAS MAIS PROVVEIS 1 Falta de fase da rede trifsica 2 Curto ou falha no tiristor 3 Motor no conectado 4 Freqncia de rede com variao a 10% 1 Tempo da rampa de acelerao programada menor que o tempo real de acelerao em funo da limitao de corrente estar ativada 1 Temperatura ambiente superior a 40C e corrente elevada 1 Desligar e religar a 2 Tempo de partida com limitao da corrente eletrnica superior ao especificado pela chave 2 Ou atravs da tecla 3 Elevado nmero de partidas sucessivas 4 Ventilador bloqueado ou defeituoso 3 Ou atravs da entrada 1 Ajuste de P21, P25 e P26 muito abaixo para o motor digital programada para reset utilizado. 4 Ou atravs da serial 2 Carga no eixo do motor muito alta 3 Elevado nmero de partidas sucessivas 1 Bomba funcionando a seco 2 Carga desacoplada no eixo do motor 1 - Curto circuito entre fases 2 Eixo do motor travado (bloqueado) 1 Seqncia de fase da rede de entrada invertida 1 Fiao da rgua X2.3 e X2.5 aberta (no conectada + 24VCC). 1 P11 limitao de corrente com P41 Kick Start Para sair desta condio de 2 P41 Kick Start com P55 = 4 em JOG erro basta pressionar as teclas 3 P43 by-pass com P44 economia de energia 4 P61 em OFF com ED1 acionada ou P55 JOG acionado RESET

E02

E03

E04 E05 E06 E07 E08

E24

58

12.15 Exemplo de uma ligao da Soft-Starter a Trs Fios

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13 NOES DE CONTROLE DE PROCESSO 13.1 Introduo O controle automtico tem representado um papel vital no avano da engenharia e da cincia, alm de sua estrema importncia em sistemas de veculos espaciais, msseis guiados. pilotagem de avies, robticos e outros mais. o controle automtico tornou-se uma parte importante e integral dos modernos processos industriais e de fabricao. Ele tambm essencial em operaes industriais tais como controle de posio, velocidade, presso, temperatura, umidade, viscosidade e fluxo em processos industriais. Conceitos utilizados em controle Sistemas: Um sistema uma combinao de componentes que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo. Perturbaes (ou distrbios): Uma perturbao um sinal que tende a afetar adversamente o valor da sada do sistema. Sistemas de controle realimentados: Um sistema que mantm uma relao prescrita entre a sada e alguma entrada de referncia comparando-as e utilizando a diferena como um meio de controle. Exemplo:

Conceitos utilizados em controle Servossistemas: Um servossistema (ou servomecanismo) um sistema de controle realimentado que controla, alguma posio mecnica, velocidade ou acelerao. Portanto, os termos servossistema e sistema de controle de posio (ou de velocidade ou de acelerao) so sinnimos. Sistemas de controle em malha fechada: Em um sistema de controle em malha fechada o sinal de erro atuante, que a diferena entre o sinal de entrada e o sinal realimentado (sada). introduzido no controlador de modo a reduzir o erro e trazer a sada do sistema a um valor desejado. 0 termo controle

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de malha fechada sempre implica o uso de ao de controle realimentado a fim de reduzir o erro do sistema. Exemplo:

Sistemas de controle em malha aberta: Aqueles sistemas em que a sada no tem nenhum efeito sobre a ao de controle so chamados sistemas de controle em malha aberta. Em outras palavras, em um sistema de controle em malha aberta sada no medida nem realimentada para comparao com a entrada. Ex: Mquina de Lavar Roupa

13.2 Malha Fechada x Malha Aberta 61

Nos sistemas em malha fechada, o fato de que o uso da realimentao torna a resposta do sistema relativamente insensvel a distrbios externos; Deve ser enfatizado que. para sistemas nos quais as entradas so conhecidas antecipadamente e nas quais no h distrbios. aconselhvel usar controle em malha aberta Os sistemas de controle em malha fechada possuem vantagens somente quando distrbios imprevisveis e/ou variaes imprevisveis nos componentes do sistema esto presentes O nmero de componentes usados em um sistema de controle em malha fechada maior do que o de um correspondente sistema de controle em malha aberta. O sistema de controle em malha fechada geralmente de custo e potncia mais altos.

Regulador de WATT O Sistema Controlado o motor e a varivel controlada a velocidade do motor. A diferena entre a velocidade desejada e a velocidade real o sinal de erro. O sinal de controle (a quantidade de combustvel) a ser aplicado ao motor o sinal atuante. A entrada externa para perturbar a varivel controlada a perturbao (distrbio). Uma mudana inesperada na carga uma perturbao.

Controlador Proporcional, Integral e Derivativo, PID.

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P I D

Correo Proporcional ao erro Correo proporcional ao Produto Erro X Tempo Correo proporcional taxa de variao do erro

A correo ao ser aplicada ao processo deve crescer na proporo que cresce o erro entre o valor real e o desejado Erros pequenos, mas existem h muitos tempos e requerem correo mais intensa. Se o erro est variando muito rpido, esta taxa de variao deve ser reduzida para evitar oscilaes. Este controle antecipa o erro atuante e inicia uma ao corretiva.

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14 CONTROLADORES LGICOS PROGRAMVEIS 14.1 Histrico Em 1968 cientes das dificuldades encontradas de mudar a lgica de controle de painis de comando a cada mudana da linha de montagem. Tais mudanas implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro. David Emmett e William Stone da Hydronic Division da General Motors Corporation solicitaram aos fabricantes de instrumentos de controle que desenvolvessem um novo tipo de controlador lgico. Sob a liderana do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificao que refletia as necessidades de muitos usurios de circuitos a rels, no s na industria automobilstica, como de toda industria de manufatura. Nascia assim, um equipamento bastante verstil e de fcil utilizao, que vem se aprimorando constantemente, diversificando cada vez mais os setores industriais e suas aplicaes. Desde o seu aparecimento, at hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lgicos, como a variedades de tipos de entradas e sadas e principalmente o modo de programao e a interface com o usurio. Podemos didaticamente dividir os CLPs historicamente de acordo com o sistema de programao por ele utilizado: 1a. Gerao: os CLPs de primeira gerao se caracterizam pela programao intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o ASSEMBLY que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder programar era necessrio conhecer a eletrnica do projeto do CLP. Assim, a tarefa de programao era desenvolvida por uma equipe tcnica altamente qualificada, gravando-se o programa em memria EPROM, sendo realizada normalmente no laboratrio junto com a construo do CLP. 2a. Gerao: Apareceram as primeiras Linguagens de Programao no to dependentes do hardware do equipamento, possveis pela incluso de um Programa Monitor no CLP, o qual converte (no jargo tcnico, Compila); as instrues do programa; verifica os estados das entradas; compara com as instrues do programa do usurio e altera os estados da sadas. Os terminais de programao (ou Maletas, como eram conhecidas) eram na verdade Programadores de Memria EPROM. As memrias depois de programadas eram colocadas no CLP para que o programa do usurio fosse executado. 3a. Gerao: Os CLPs passam a ter uma entrada de programao, onde um teclado ou programador porttil conectado, podendo alterar, apagar, gravar o programa do usurio, alm de realizar testes (Debug) no equipamento e no programa. A estrutura fsica tambm sofre alteraes sendo a tendncia para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks. 4a. Gerao: Com a popularizao e a diminuio dos preos dos microcomputadores (normalmente clone do IBM PC), os CLPs passaram a incluir uma entrada para comunicao serial. Com o auxilio do microcomputador a tarefa de programao passou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilizao de vrias representaes das linguagens, possibilidades de simulaes e testes, treinamento e 64

ajuda por parte do software de programao, possibilidade de armazenamento de vrios programas no micro, etc. 5a. Gerao: Atualmente existe uma preocupao em padronizar protocolos de comunicao para os CLPs, de modo a proporcionar que um equipamento de um fabricante converse com o equipamento de outro fabricante, no s CLPs, como controladores de processo, Sistemas de Supervisrios, Redes internas de comunicao e etc., proporcionando uma integrao a fim de facilitar a automao, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexveis e normalizadas, fruto da chamada globalizao. Existe uma fundao mundial para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicao. Ser facilmente programado e reprogramado para permitir que a seqncia de operao por ele executada pudesse ser alterada, mesmo depois de sua instalao; Ser de fcil manuteno, preferencialmente constitudo de mdulos interconectveis; Ter condies de operarem ambientes industriais com maior confiabilidade que os painis de rels; Ser fisicamente menor que os sistemas de rels; Ter condies de ser interligado a um sistema central de coleta de dados; Ter um preo competitivo com os sistemas de rels e de estado-slido usados at ento. Permite maior rapidez na elaborao do projeto do sistema. Requer menor potncia eltrica. 14.2 Alguns Fabricantes Allen Bradley Altus Aromat Atos BCM Festo Klocner Moeller Micro Mithsubich Onron Siemens Telemecanique WEG

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14.3 Conceitos Bsicos 14.3.1 Caractersticas das Entradas e Sadas E/S A sada digital basicamente pode ser de quatro tipos: transistor, triac, contato seco e TTL podendo ser escolhido um ou mais tipos. A entrada digital pode se apresentar de vrias formas, dependendo da especificao do cliente, contato seco, 24 VCC Positivo (PNP/SINK) ou Negativo (NPN/SOURCE), 110 VCA, 220 VCA, etc. A sada e a entrada analgicas podem se apresentar em forma de corrente (4 a 20 mA, 0 a 10 mA, 0 a 50 mA), ou tenso (1 a 5 VCC, 0 a 10 VCC, -10 a 10 VCC etc). Em alguns casos possvel alterar o ranger da atravs de software. No exemplo abaixo, vemos uma ligao tpica de um carto de entrada digital ligado em 24VCC com uma alimentao positiva e outra negativa.

14.3.2 Mdulos de Entrada Os mdulos de entrada so interfaces entre os sensores localizados no campo e a lgica de controle de um controlador programvel. Estes mdulos so constitudos de cartes eletrnicos, cada qual com capacidade para receber em certo nmero de variveis. Pode ser encontrada uma variedade muito grande de tipos de cartes, para atender as mais variadas aplicaes nos ambientes industriais. Mas apesar desta grande variedade, os elementos que informam a condio de grandeza aos cartes, so do tipo: ELEMENTO DISCRETO: Trabalha com dois nveis definidos; ELEMENTO ANALGICO: Trabalha dentro de uma faixa de valores. Ponto de Entrada DIGITAL: Considera-se cada sinal recebido pelo CLP, a partir de dispositivos ou componente externo como um ponto de entrada. Ex: Micro-Chaves, Botes, termopares, rels etc. 66

ELEMENTOS DISCRETOS OU ENTRADAS DIGITAIS As Entradas Digitais possuem somente dois estados, como mostra o exemplo abaixo. Os estados podem se alternar entre ligado (nvel lgico 1) ou desligado (nvel lgico 0).

Ponto de Entrada ANALGICO: cada sinal recebido pelo CLP, a partir de dispositivos ou componente externo que trabalham dentro de uma faixa de valores considera-se um ponto de entrada analgica.

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As Interfaces de Entrada Analgica permitem que o CLP possa manipular grandezas analgicas, enviadas normalmente por sensores eletrnicos. As grandezas analgicas eltricas tratadas por estes mdulos so normalmente tenso e corrente. No caso de tenso as faixas de utilizao so: 0 10 VCC, 0 5 VCC, 1 5 VCC, -5 +5 VCC, -10 +10 VCC (no caso as interfaces que permitem entradas positivas e negativas so chamadas de Entradas Diferenciais), e no caso de corrente, as faixas utilizadas so: 0 20mA, 4 20mA. Os principais dispositivos utilizados com as entradas analgicas so: Sensores de presso manomtrica; Sensores de presso mecnica (strain gauges - utilizados em clulas de carga); Taco - geradores para medio rotao de eixos; Transmissores de temperatura; Transmissores de umidade relativa; Etc. Uma informao importante a respeito das entradas analgicas a sua resoluo. Esta normalmente medida em Bits. Uma entrada analgica com um maior nmero de bits permite uma melhor representao da grandeza analgica. Por exemplo: Uma placa de entrada analgica de 0 10 VCC com uma resoluo de 8 bits permite uma sensibilidade de 39,2 mV, enquanto que a mesma faixa em uma entrada de 12 bits permite uma sensibilidade de 2,4 mV e uma de 16 bits permite uma sensibilidade de 0,2 mV.

ELEMENTOS ANALGICOS OU ENTRADAS ANALGICAS As Entradas Analgicas possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa. (0 10V, -10 10V, 0 20mA e 4 a 20mA)

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MDULOS ESPECIAIS DE ENTRADA Existem mdulos especiais de entrada com funes bastante especializadas. Alguns exemplos so: Mdulos Contadores de Fase nica; Mdulos Contadores de Dupla Fase; Mdulos para Encoder Incremental; Mdulos para Encoder Absoluto (geralmente um carto de entrada digital); Mdulos para Termopares (Tipo J, K, L, S, etc); Mdulos para Termoresistncias (PT-100, Ni-100, Cu-25, etc); Mdulos para Sensores de Ponte Balanceada do tipo Strain - Gauges; Mdulos para leitura de grandezas eltricas (KW, kWh, KQ, Kqh, cos Fi, I, V). 14.3.3 MDULOS DE SADA Os mdulos de sada so elementos que fazem a interface entre o processador e os elementos atuadores. Estes mdulos so constitudos de cartes eletrnicos, com capacidade de enviar sinal para os atuadores, resultante do processamento da lgica de controle. Os cartes de sada iro atuar basicamente dois tipos: ATUADORES DISCRETOS: Pode assumir dois estados definidos. ATUADORES ANALGICOS: Trabalha dentro de uma faixa de valores.

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ATUADORES DISCRETOS OU SADAS DIGITAIS Ponto de Sada DIGITAL: Considera-se cada sinal Produzido pelo CLP, para acionar dispositivos ou componentes do sistema de controle constitui um ponto de sada. Ex: Lmpadas, Solenides, Contatores. Sadas Digitais: Somente possuem dois estados

Ponto de Sada ANALGICA: Considera-se cada sinal Produzido pelo CLP, para acionar dispositivos ou componentes do sistema de controle que trabalham dentro de uma faixa de valores, constitui um ponto de sada Analgico.

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ATUADORES ANALGICOS OU SADAS ANALGICAS Sadas Analgicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada faixa. (0 10V, -10 10V, 0 20mA e 4 a 20mA)

Programa: a Lgica existente entre os pontos de entrada e sada e que executa as funes desejadas de acordo com o estado das mesmas.

EEPROM: Memria que no perde seu contedo quando desligada a alimentao. Normalmente contm o programa do usurio.

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14.4 Sistema Numrico 14.4.1 - Conceito de bit, byte, nibble, Word (palavra), Dword e Qword. Bit: a unidade para o sistema de numerao binrio. Um bit a unidade bsica de informao e pode assumir 0 ou 1. Nibble: a unidade formada por 4 bits consecutivos. Byte: Byte uma unidade constituda de 8 bits consecutivos. O estado das entradas de um mdulo digital de 08 pontos pode ser armazenado em um Byte. Word: Uma Word constituda de dois Bytes. O Valor das entradas e sadas analgicas podem ser indicados pr words, ou seja, 16 Bits. Dword: uma Dword constituda por 2 Words ou 4 Bytes, ou seja, 32 Bits. Qword: uma Qword constituda por 4 Words ou 8 Bytes, ou seja, 64 Bits. N de BITs 1-Bit 2 3 4-Nibble 5 6 7 8-Byte 9 10 11 12 13 14 15 16-Word Int 32-Dword DINT 64-Qword QINT Real Formao Binria em nvel mximo (32 BITs no diferencial) 1 11 111 1111 11111 111111 1111111 11111111 111111111 1111111111 11111111111 111111111111 1111111111111 11111111111111 111111111111111 1111111111111111 11111111111111111111111111111