Introducao Controle Automacao

7/23/2019 Introducao Controle Automacao

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Gerência de EnsinoCoordenadoria de Recursos Didáticos

INTRODUÇÃO AOCONTROLE E AUTOMAÇÃO

Vitória - Dezembro - 2006

COORDENADORIA DE ENGENHARIA METALÚRGICA



INTRODUÇÃO AOCONTROLE E AUTOMAÇÃO

Autor:

MARCELO LUCAS PEREIRA MACHADOEngenheiro Metalurgista – UFF – RJ

Doutor em Engenharia Elétrica/Automação – UFES

Mestre em Engenharia Metalúrgica – PUC-RJPós-Graduado em Educação/Aperfeiçoamento em Conteúdos Pedagógicos - UFES

Professor e Coordenador do Curso de Engenharia Metalúrgica do Centro Federal

de Educação Tecnológica do Estado do Espírito Santo – CEFET-ES

Vitór ia -ES

2006



3

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO......................................................................................................

2. SISTEMA DE CONTROLE DIGITAL DISTRIBUÍDO – SDCD.............................

3. SENSORIAMENTO..............................................................................................

3.2. Sistema de controle.........................................................................................

3.3. Malha fechada e malha aberta........................................................................

3.4. Tipos de sensores............................................................................................

4. ATUADORES.......................................................................................................

4.1. Atuadores lineares...........................................................................................

4.2. Atuadores rotativos.........................................................................................

5. VÁLVULAS...........................................................................................................

5.1. Válvulas acionadas eletr icamente..................................................................

6. SURGIMENTO DOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS...........

7. FUNCIONAMENTO DOS RELÉS........................................................................

7.2. Os relés na prática...........................................................................................

7.3. Sistemas rígidos e flexíveis de automação...................................................

8. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL – CLP OU PLC...........................

8.1. Princípio de funcionamento de um CLP........................................................

8.2. Programação de um CLP................................................................................

8.3. Introdução da tecnologia de controladores lógicos programáveis, PLCs.

8.4. Arquitetura do Controlador Programavel......................................................

8.4.1. Constitu ição Geral, Princípio de funcionamento e Operação..................

8.4.2. Estrutura Interna do PLC..............................................................................

8.5. Programação de PLCs ....................................................................................

8.5.1. Considerações sobre programação e métodos de programação............

8.5.3. Seqüência de Programação.........................................................................

8.6. Sistema de Controle Com PLCs.....................................................................

9. BIBLIOGRAFIA....................................................................................................

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56

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APRESENTAÇÃO

O objetivo principal desta apostila é apresentar ao leitor noções básicas relativas ao sistema

de controle automatizado da linha de laminação a quente de bobinas de aço. Este material

instrucional é direcionado aos funcionários que executam atividades direta ou indiretamente

relacionadas com o processo de fabricação de bobinas de aço. Pretende-se que as

informações ora apresentadas contribuam para uma maior compreensão da metodologia,

equipamentos e estratégias adotadas para monitoramento e controle dos diversos

equipamentos e processos envolvidos na obtenção do citado produto.

Para atingir o objetivo proposto, são apresentados aspectos gerais de cada um dos

sistemas de controle empregados na linha de laminação a quente de bobinas, em

detrimento de análises mais aprofundadas que exigiriam uma formação específica na áreade controle de processos.

Os autores expressam seus agradecimentos aos funcionários da CST que forneceram

informações vitais para a elaboração desta apostila, além de terem participação fundamental

na revisão da mesma.



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1. INTRODUÇÃO

No início, os processos produtivos utilizavam ao máximo a força da mão-de-obra. A

produção era composta por estágios nos quais as pessoas desenvolviam sempre as

mesmas funções, especializando-se numa certa tarefa ou etapa da produção. É o princípio

da produção seriada. O mesmo ocorria com as máquinas, que eram específicas para uma

dada aplicação, o que impedia de utilizá-las em outras etapas da produção. Por exemplo,

uma determinada máquina só fazia furos e de um só tipo. Com o passar do tempo e a

valorização do trabalhador, foi preciso fazer algumas alterações nas máquinas e

equipamentos, de forma a resguardar a mão-de-obra de algumas funções que não se

adequavam à estrutura física do homem. A máquina passou a fazer o trabalho mais pesado

e o homem, a supervisioná-la. A fim de conseguir uma boa integração entre o operador eseu instrumento de trabalho, foram colocados sensores nas máquinas, para indicar a

situação da produção, e também atuadores, para melhorar a relação entre o homem e a

máquina. O processo da produção era controlado diretamente pelo operador, o que

caracteriza um sistema automático.

Automatizar um sistema tornou-se bastante viável quando a eletrônica passou a dispor de

circuitos eletrônicos capazes de realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais de

entrada, e gerar sinais de saída. Assim, o controlador uniu-se aos sensores e aos atuadores

para transformar o processo num sistema automatizado.

Para tornar possível o controle do processo de laminação de produtos planos de aço, são

instalados vários instrumentos ou sensores ao longo da linha de laminação e nas linhas de

acabamento a frio das bobinas. Tais instrumentos são utilizados para realizar medições de

variáveis relativas ao material em processo de laminação como, por exemplo, temperatura

da placa, do esboço e da chapa, velocidade de deslocamento da chapa na mesa, largura e

espessura do esboço e da bobina, perfil e planicidade da chapa laminada. A título de

ilustração, apresenta-se na Figura 1.1 o posicionamento típico de alguns dos instrumentosao longo de um trem de laminação a quente de chapas de aço. Também são empregados

vários instrumentos para realizar medições relativas aos equipamentos utilizados na

laminação, como por exemplo, para medição de força de laminação (células de carga),

posição dos cilindros de laminação, temperatura dos cilindros, vazão de água nas estações

de descarepação, nas instalações para resfriamento de cilindros e mesa de rolos e mesa de

resfriamento, dentre outros parâmetros.

Para o controle de parâmetros relativos à produção, como por exemplo, produtividade,

qualidade, meio-ambiente, manutenção, os citados equipamentos de controle também



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TemperaturaPerfilPlanicidadeLargura

Espessura

Pirômetro

Pirômetro

Pirômetro

LarguraVelocidadePirômetro

Pirômetro

Pirômetro

Velocidade

Pirômetro

Otimização deCorte

Inspeção

on-line

Largura

coletam e armazenam uma série de dados, os quais são enviados para diversas unidades

da empresa que são responsáveis por tratar e analisar as informações coletadas.

Atualmente as unidades de laminação são operadas em sua maior parte no modo

automático. Isto se faz necessário em função da grande quantidade de variáveis

operacionais e a enorme velocidade necessária para seu eficiente ajuste com as devidas

correções no decorrer da laminação de cada chapa, e de chapa para chapa. Como

conseqüência deste fato, a operação em modo manual torna-se inviável em um ritmo normal

de produção, sem perda de produtividade na execução do processo.

Para compreender como é realizado o controle do processo de laminação de forma

automatizada, deve-se em primeiro lugar destacar que existe uma classificação de níveis

hierárquicos dos sistemas de automação em função das funções inerentes a cadasubsistema, que é chamado de sistema de controle digital distribuído – SDCD.

Figura 1.1 - Representação esquemática dos principais sensores na linha de laminação a

quente de bobinas de aço.



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2. SISTEMA DE CONTROLE DIGITAL DISTRIBUÍDO – SDCD

Para permitir maior operacionalidade, as funções do sistema SDCD foram estruturadas de

forma hierárquica com diversos níveis de atividades, atenuando assim a complexidade das

funções, aumentando a modularidade e expansibilidade do sistema.

Figura 2.1 – Estrutura hierárquica de um sistema de controle de processos

Para melhor caracterizar um SDCD, a princípio, os elementos foram agrupados em quatro

subsistemas e hierarquizados segundo a sua filosofia de funcionamento.

Os subsistemas padrões de um SDCD segundo o princípio de sua concepção são:



8

Figura 2.2 – Modelo de referência de um SDCD

O primeiro subsistema é aquele que está diretamente ligado ao processo, ao qualdenominamos subsistema de aquisição de dados e controle. A sua principal finalidade é a

realização das funções de controle, que são exercidas pelas estações de controle local (ECL

níveis 0, 1 e 2).

O segundo subsistema é denominado de subsistema de monitoração e operação. Nele se

concentra a maior parte das funções de interface homem-máquina (nível 3).

Ao terceiro subsistema denominamos de subsistema de supervisão e otimização. É onde

são realizadas as funções de otimização e gerenciamento de informações (níveis 3 e 4).

Para que seja possível a realização de um controle integrado, é necessário que exista uma

infra-estrutura de comunicação entre os diversos subsistemas.

O quarto grupo de componentes é denominado de subsistema de comunicação, necessário

à integração dos diversos módulos autônomos do sistema.

Esta classificação é necessária para distinguir os equipamentos e/ ou sistemas que são

constituídos por sensores e atuadores, os equipamentos que comandam estes atuadores

(sistemas supervisórios) e os sistemas que fornecem os dados para o ajuste da planta



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industrial e que monitoram e julgam as informações recebidas, gerando instruções para

realização de novos ajustes (computadores de processo).

Além destes, existem sistemas que não estão relacionados diretamente com o processo

produtivo, ou seja, não controlam equipamentos responsáveis pela efetivação da produção,

mas realizam a programação e o controle da produção da empresa. Observa-se que uma

empresa pode possuir outros sistemas de automação não relacionados com a produção,

mas relativos às diversas atividades fundamentais para o funcionamento da mesma, como

por exemplo, sistemas de automação das áreas de recursos humanos, abastecimento,

financeira, controladoria, oficinas mecânicas e elétricas, controle do meio-ambiente, etc.

O sistema de monitoramento e controle do processo de laminação pode ser subdividido de

uma forma simplificada em 5 níveis:

− Nível 0 – Correspondente aos equipamentos do tipo atuadores e sensores, ou seja,

drivers de motores, sensores de temperatura e pressão, medidores de velocidade, de

largura, de espessura, de perfil e planicidade, válvulas de controle de vazão e atuadores

hidráulicos. São os equipamentos que monitoram variáveis de processo, executam as

instruções do nível 1. Medem resultados e torna-os disponíveis para realimentação do

sistema de controle e para emissão de relatórios. Os equipamentos de nível 0 são

geralmente inspecionados e mantidos pelo setor de manutenção elétrica e mecânica da

empresa ou, em determinados casos, pelo setor de instrumentação.

− Nível 1 – Correspondente aos equipamentos de controle direto da planta através de

equipamentos denominados de computadores lógicos programáveis CLP (ou PLC da

sigla em inglês) além de computadores do tipo estações de trabalho que concentram

todas as informações relativas ao monitoramento de processo e fazem a comunicação

com os sistemas de nível 2. O sistema de nível 1 recebe as informações coletadas pelo

sistema de nível 0 e pode atuar modificando algumas destas variáveis através de

comando enviados diretamente pelo computador de processo (nível 2) ou enviados pelooperador que está supervisionando o processo. Os equipamentos de nível 1 são

geralmente inspecionados e mantidos pelos setores de instrumentação e automação da

empresa. Em resumo pode-se afirmar que a função do sistema de nível 1 é comandar os

atuadores efetuando os presets e os setups instruídos pelo nível 2 ou por instruções

específicas inseridas pelos operadores.

− Nível 2 - Correspondente aos computadores de processo que concentram programas

baseados nos modelo matemáticos citados anteriormente. Após receber do nível 3 as

instruções de bobinas a produzir, o sistema de nível 2 efetua o cálculo dos set points de

cada um dos equipamentos envolvidos, instrui o nível 1 e, à medida que a operação vai



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se desenvolvendo, recebe dos sensores os resultados obtidos (de espessura, largura,

planicidade, temperaturas, etc.) e recalcula os valores de set point visando a otimização

da operação e de seus resultados. Estes sistemas são normalmente desenvolvidos e

mantidos pelo setor de automação da empresa.

− Nível 3 – Corresponde aos sistemas de programação e controle da produção da

empresa, comunica-se com a área de laminação através do nível 2, programando e

instruindo cada setor e coletando os resultados da produção para a realização de

relatórios de produtividade, por exemplo. Também pode englobar o setor de meio-

ambiente.

− Nível 4 – O nível 4 corresponde às áreas não envolvidas diretamente com a produção

como, por exemplo, as áreas de recursos humanos, abastecimento, financeira,controladoria, oficinas mecânicas e elétricas.

Para ilustrar a conceituação dos níveis de automação apresenta-se na Figura 2.3 uma

ilustração esquemática das variáveis nos níveis 0, 1, 2 e 3.

Além da subdivisão dos sistemas de automação do monitoramento e controle da produção

nos níveis em 1, 2 e 3 citados acima, deve-se realizar a subdivisão destes sistemas em

função do equipamento ou processo a ser monitorado e controlado. No caso específico do

processo de produção de bobinas de aço laminadas a quente na CST, foi proposta a

organização do sistema de automação conforme apresentado na Figura 2.4.

A título de ilustração da distribuição de funções entre os diferentes níveis dos sistemas de

automação e controle nos níveis hierárquicos 1 (controle direto dos equipamentos), 2

(otimização de processo, modelagem matemática para geração de set points e geração de

relatórios operacionais) e 3 (planejamento e controle de produção), relaciona-se na Tabela

2.1 os controles para o forno de reaquecimento de placas e para a linha de laminação

efetuados por cada sistema.

Existe outra forma de divisão dos níveis de controle conhecido como modelo de hierarquia

de controle de Purdue. Este modelo opta por dividir os níveis de controle em 6, conforme

apresentado na Figura 2.5.



11

Figura 2.3 – Representação esquemática da conceituação dos níveis de automação.

Figura 2.4 – Configuração geral do sistema de automação do laminador de tiras a quente,

da oficina de cilindros, do laboratório de controle de qualidade, do resfriamento de bobinas e

das linhas de acabamento da Companhia Siderúrgica de Tubarão.

Qualidade

requerida

Computador deProcesso CaracterísticasExistentes

Valor desejado

Nível 2

Nível 3

Controlador de

Processo

Ação de

Controle

Medição de

VazãoNível 0

Nível 1



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Nível-5: Nível corporativo ou empresarial:CRM, TMS, ERPProcessamento de um pedido, Enterprise Resource Planning

(ERP) ...

Nível-4: Nível da planta industrial:MES, MRPFluxo de materiais, Manufacturing Execution System (MES) ...

Nível-3: Nível de operação das unidades:

AAllttoo--f f oorrnnoo,, CCoonnvveerrtteeddoorreess LLDD,, RReef f iinnoo sseeccuunnddáárriioo,, MMááqquuiinnaass ddee lliinnggoottaammeennttoo ccoonnttí í nnuuoo,, LLaammiinnaaççããoo aa qquueennttee,, ......

Nível-2: Nível da máquina ((MMooddeellooss ddee sseett--uupp ddooss eeqquuiippaammeennttooss))

CCoonnttrroollee ddee ccoorrooaa ee ddee f f oorrmmaa,, CCoonnttrroollee ddoo sseett--uupp ddoo llaammiinnaaddoorr,,

T T r r a a c c k kii n n g g ddaa bboobbiinnaa,, CCoonnttrroollee ddaa mmeessaa ddee rreessf f rriiaammeennttoo ddee bboobbiinnaass,, ……

Nível-1: Nível de controle (Feed-back Closed Loop Control)Regulagem de velocidade, Regulagem de tensão, controle de

sequenciamento, controle de posição, controle de temperatura, ...

Nível 0: Nível de sensores (Dispositivos de medição)Pressão, Temperatura, Velocidade, Aceleração, Força, Posição,

Forma, Espessura, …

F r e q u e n c

i a

A l t a

B a i x a

C o m a n d o

D e c i s ã o

E x e c u ã o

F l u x o d e d a

d o s

A

u i s i ã o

A r m a z e n a m e n t o

F o c o

D e t a l h e s

P l a n

e j a m e n t o

Figura 2.5 – Proposta de um modelo para divisão dos níveis de controle conhecido como

modelo de hierarquia de controle de Purdue.



13

Tabela 2.1 - Exemplo de uma distribuição de funções entre os níveis de automação no forno

e na linha de laminação.

NívelFunções

Nível3

Instruções de manuseio de placas.

Programa de laminação.

Programação de cilindros.

Instruções e controle de manuseio e rastreamento de placas, esboços e bobinas.

Impressão de relatórios de qualidade.

Controle de expedição.

Nível2

Cálculo datemperatura da

placa.

Modelo deaquecimento.

Cálculo do setpoint de

temperatura.

Cálculo do setpoint dos

atuadores de

processo.Cálculo do setpoint do RM.

Cálculo do setpoint do CB.

Cálculo do setpoint da CS.

Cálculo do setpoint dos cortes do

topo e da caudapela CS.

Cálculo do set point do FM.

Cálculo do set point dos atuadores de

processo.

Cálculo do set point de perfil e planicidade.

Cálculos para controleda planicidade do

esboço.

Cálculo do contornotransversal para aestratégia SFR.

Cálculo do set point deresfriamento.

Cálculo do set point daDC.

Nível1

Controle domanuseio das

placas.

Controle dacombustão do

forno.

Controle develocidade do RM.

Controle darefrigeração doscilindros do RM.

Controle das guiaslaterais do RM.

Controle daabertura dos

cilindros do VE1.

Controleautomático delargura e

espessura.

Controle da CB eda CS.

Controle develocidade do FM.

Controle darefrigeração doscilindros do FM.

Controle das guiaslaterais do FM.

Controle da aberturados cilindros (HGC)

do FM.

Controle automáticode espessura (AGC)no FM.

Controle dos loopers.

Controle do sistemade contraflexão e dedeslocamento axialdos cilindros do FM.

Controle do perfil doesboço.

Controle da velocidadeda mesa de saída do

FM.

Controle das válvulas doresfriamento laminar.

Controle das guiaslaterais das DCs.

Controle da abertura dosrolos puxadores das

DCs.

Controle da velocidadedos rolos puxadores dasDCs.

Controle da tensão dasDCs.

Controle da velocidadedas DCs.

Controle do resfriamentodas DCs.

Controle automático dosrolos abraçadores (AJC).



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Para uma melhor compreensão dos termos e abreviaturas utilizados neste texto, relaciona-

se a seguir o significado ou tradução dos mesmos:

AGC ( Automatic Gauge Control) – Controle automático de espessura.

AJC ( Automatic Jump Control) – Controle automático dos rolos abraçadores das

bobinadeiras.

CB – Coilbox.

Crane – Ponte rolante.

CTC (Coiling Temperature Control) ou CSC (Cooling Section Computer ) – Computador

que gerencia o laminar flow.

DC (Down Coiler ) – Bobinadeira.

DEV (Development Computer ) – Computador de desenvolvimento (computador a ser

utilizado pelos especialistas em automação para efetuar e testar, sem interferir na operação,

modificações/ melhorias no sistema de automação).

DL (Dividing Line) – Linha de divisão de bobinas.

FCE PLC – Controlador lógico programável do forno. Foi redenominado Heating & Handling.

Trata-se de 2 PLCs, um para heating (aquecimento das placas) e um para handling (carga e

descarga do forno).

FM (Finishing Mill) – Laminador (trem) acabador.

FSC (Furnace Contro l) – Computador de processo que gerencia o forno.

HDCYM – Computador de processo do pátio de resfriamento e das linhas de acabamento.

HGC (Hydraulic gauge contro l) – Controle hidráulico da abertura dos cilindros.

HOST – Computador central de programação e controle da produção.

HSPL (Hot Skin Pass Line) – Laminador de acabamento.

I/O (Input/output) – Dispositivo de troca de dados.

Laser Speed Sensor – Sensor de velocidade a laser.

LMS (Laboratory management) – Controle do laboratório.

MMI (Man Machine Interface) – Terminal de interação homem-máquina.

PCFC (Profile, Contour and Flatness Control) – Computador que calcula o preset e os

posteriores set-points para ajustes do perfil, contorno e planicidade.



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PCS (Process Control System or Station) – Sistema ou estação de controle de processo.

PLC (Programable Logic Controller ) – Controlador lógico programável.

Preset – Ajuste preliminar de um equipamento, que antecede o início de processamento de

uma peça, ou de um conjunto de peças.

Profile/ thickness/ flatness gauge – Medidor de perfil, espessura e planicidade.

RM (Roughing Mill) – Laminador de desbaste.

RSM (Roll Shop Management) – Gerenciamento da oficina de cilindros.

SCC (Supervisory Control) – Computador de nível 2 que, entre outras funções, efetua os

cálculos do ritmo de laminação, os set-points do laminador de desbaste, os set-points do

trem acabador e os set-points das bobinadeiras. Também são empregados para gerenciaros atrasos que ocorram na linha de laminação, gerenciar o rastreamento das peças desde o

forno e até as bobinadeiras e comunicar-se com o computador central e com os

computadores do nível 1.

Set-point – Valor, de uma variável de controle, a ser ajustado. É calculado por um

computador de processo, que em seguida ao cálculo informa o valor ao computador

correspondente do nível 1.

Setup – Ajuste de uma variável de controle comandado por um computador de nível 1, apósreceber seu valor de um computador de processo.

SFR (Schedule Free Rolling) – Programação de laminação com maior flexibilidade,

comparada com a tradicional programação em esquife, de variação ou de manutenção de

largura das placas a processar.

SYM (Slab Yard Management) – Controle do pátio de placas.

TCS (Technological Control System) – Sistema de controle tecnológico, computadores de

nível 1 que controlam a CB (Coil Box), a CS (Crop Shear ), o FM (Finishing Mill), o LF(Laminar Flow) e as DCs (Down Coiler´s).

Temperature scan – Mapeamento da distribuição de temperatura.

Width gauge – Medidor de largura.

Antes de iniciar o processo de laminação, os sistemas de monitoramento e controle fazem o

pré-set dos equipamentos tomando como referência experiências anteriores da própria

unidade de laminação ou unidades similares ou a partir de simulações off-line, ou seja, o

modelo procura fazer previsões do comportamento do material e do equipamento. Durante o



16

processo de laminação, estes modelos são alimentados com dados (variáveis de processo)

medidos empregando-se uma série de sensores (nível 1).

Para cada sistema são desenvolvidos programas computacionais, que incorporam modelos

matemáticos, que procuram descrever os fenômenos físicos inerentes aos processos que

devem controlar. Estes modelos matemáticos podem ser baseados em descrições do

fenômeno físico a partir de princípios fundamentais, ou seja, equações que descrevem a

transferência de calor, de movimento, de energia, de espécies químicas, equações

termodinâmicas e cinéticas, de evolução da microestrutura do material sendo laminado ou

simplesmente através de equações construídas a partir da regressão de dados

experimentais (modelos empíricos). Também podem ser construídos sistemas de controle

que combinam os dois tipos de modelagem.

Na Figura 2.6 apresenta-se a configuração do sistema de hardware, ou seja, os

equipamentos de controle do processo desde o forno de reaquecimento de placas até as

bobinadeiras. A configuração de hardware empregada no pátio de placas, no pátio de

resfriamento de bobinas, nas linhas de acabamento e nos pátios de armazenamento de

bobinas é apresentada na Figura 2.6.



1 7

F i g u r a 2 . 6 – C o n f i g u r a ç ã o d o s i s t e m a d e c o n t r o l e d e s d e o p á t i o d e p l a

c a s , f o r n o d e r e a q u e c i m e n t o a

t é a s b o b i n a d e i r a s .



18

Para realizar o controle dos equipamentos e do processo, a linha de laminação deve ser

subdividida em sistemas independentes. Para o nível 2, os subsistemas são relacionados a

seguir:

− Sistema de controle do pátio de placas (SYM);

− Sistema de controle do forno de aquecimento das placas (FSC);

− Sistema de controle do ritmo de laminação e das escalas de passes (set points) do

laminador desbastador e do laminador acabador a quente e os set points das

bobinadeiras (SCC);

− Sistema de controle do perfil e planicidade da chapa no laminador acabador a quente

(PCFC);

− Sistema de controle da mesa de resfriamento das chapas laminadas a quente (CSC);

− Sistema de controle do pátio de resfriamento de bobinas e das linhas de acabamento de

bobinas (HDCYM);

− Sistema de controle da oficina de cilindros (RSM);

− Sistema de controle do laboratório de controle de qualidade (LMS);

Cada sistema será estudado em separado a seguir.Para o controle das dimensões e forma das bobinas são estabelecidas as características de

qualidade a serem monitoradas durante e após o processo de laminação. Na Tabela 2.2 são

apresentadas as variáveis a serem controladas, o local e o instrumento de controle a ser

empregado, bem como a forma de registro, a posição e a freqüência de controle de cada

variável. Na Tabela 2.3 apresenta-se um exemplo das tolerâncias que podem ser

estabelecidas para cada uma destas variáveis.



19

Tabela 2.2 – Exemplo do controle de qualidade da forma e dimensões de uma bobina

durante e após o processo de laminação.

Parâmetros de medidaQualidade

da bobina Local InstrumentoForma de

registroPosição Freqüência

Saída do trem

acabador (F6)R-x Automático ½ da largura 100% (1 m)

Linha de inspeção Micrômetro Input manual BordasConforme

Padrão

Laminador deacabamento

R-x Automático ½ da largura 100% (1 m) E s

p e s s u r a

Linha de subdivisão Micrômetro Input manual BordasConforme

Padrão

Saída do trem

acabador (F6)R-x Automático

Face

superior100% (4 m)

Linha de inspeção Trena Input manualFace

superior

Conforme

Padrão

L a

r g u r a

Laminador de

acabamento / Linha

de subdivisão

Trena Input manualFace

superior

Conforme

Padrão

Saída do trem

acabador F6)R-x Automático

Bordas e ½

da largura100% (1 m)

C o r o a m e n t o

LaboratórioPerfilômetro

estáticoAutomático

Bordas e ½

da largura

Conforme

Padrão

Saída do trem

acabador (F6)R-x Automático

102 pontos

ao longo da

largura

100% (10 m)

D i m e n s õ e s

P e r f i l t r a n s v e r s a l

LaboratórioPerfilômetro

estáticoAutomático

“n” pontos

ao longo da

largura

Conforme

Padrão



20

Tabela 2.3 – Exemplo das tolerâncias para as variáveis de dimensões e forma da bobina

laminada e para a temperatura de acabamento e bobinamento.

Item de Contro le Unidade Tolerância Garantida

Espessura (E)

(variação medida ao longo do

comprimento da tira)

µm

E ≤ 2,00 mm: ± 35

2,00 < E ≤ 4,50 mm : ± 40

4,50 < E ≤ 6,00 mm: ± 45

E > 6,00 mm: ± 50

Largura

(variação medida ao longo do

comprimento da tira)

mm - 0 + 10

Coroa

(diferença de espessura entre a borda e o

centro da tira)

µm

E ≤ 2,50 mm: ± 18

2,50 < E ≤ 5,00 mm: ± 20

E > 5,00 mm: ± 30

Perfil

(valores de vale e pico em relação ao

traçado ideal e cunha em relação às duas

bordas da tira)

µm

E ≤ 2,50 mm: ≤ 10

2,50 < E ≤ 5,00 mm: ≤ 12

E > 5,00 mm: ≤ 0,25 x E

Cunha: ≤ 30

Planicidade

(relação entre altura e comprimento de

onda → valor ideal < 40 I-Unit)

I-Unit

E ≤ 1,50 mm: ≤ 32

1,50 < E ≤ 4,50 mm: ≤ 28

E > 4,50 mm: ≤ 24

Encurvamento

(desvio lateral ao longo do comprimentoda tira)

Mm/m ≤ 6 mm em 6 m

Temperatura de acabamento oC ± 15

Temperatura de bobinamento oC ± 20



21

3. SENSORIAMENTO

Cada sensor deve ser selecionado de acordo com sua possível localização e com o tipo de

função a realizar.

O sistema de alarme é um exemplo típico e atual de utilização de sensores. Mas há uma

variedade de áreas em que os sensores encontram aplicação. Num automóvel, por

exemplo, identificamos várias dessas aplicações:·o sistema de indicação do volume de

combustível no tanque;·o sistema de indicação do nível de óleo no cárter;·o sistema de

freios;·os sistemas mais modernos que indicam que as portas estão abertas e que o cinto de

segurança não está sendo utilizado.

Podemos afirmar que todos os sistemas que necessitam de algum tipo de controle requerem

sensores, para fornecer informações ao controle. Nesses exemplos, pode-se observar que a

função do sensor é indicar o valor ou a condição de uma grandeza física, ou seja, sensoriá-

la para que se possa exercer controle sobre ela. No caso do tanque de gasolina, o sensor

funciona como indicador para o motorista abastecer o reservatório com combustível.

Figura 3.1 – Exemplo de utilização de sensor para o tanque de combustível de umautomóvel.

3.1. Princípio de funcionamento

O sensor é um dispositivo capaz de monitorar a variação de uma grandeza física e

transmitir esta informação a um sistema de indicação que seja inteligível para o elemento de

controle do sistema. O termômetro é um sistema de indicação que tem como elemento

sensor o mercúrio. A grandeza física a ser medida é a temperatura e a grandeza física do





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As grandezas elétricas que apresentam variações proporcionais às grandezas que estão

sendo “sentidas” e indicadas pelos sensores são: corrente elétrica tensão elétrica e

resistência elétrica.

Essas grandezas são utilizadas normalmente, pois a maioria dos medidores e elementos de

controle que utilizam estas informações são capazes de ler os sinais sem dificuldade.

3.2. Sistema de controle

Os sensores estão vinculados aos sistemas de controle.

O sistema de controle é um processo acionado por um dispositivo de controle, que

determina o resultado desejado e, ao longo do tempo, indica o resultado obtido e corrige suaação para atingir, o mais rápido possível, o valor desejado.

Para que o controle ocorra, são acoplados sensores ao sistema. Os sensores registram os

resultados e grandezas do processo, fornecendo ao dispositivo de controle informações

sobre o valor desejado.

Figura 3.4 – Exemplo de um sistema de controle utilizando sensor.

Existem diversos exemplos de sistemas de controle no nosso dia-a-dia. Uma caminhada

para um determinado lugar, por exemplo, pode ser considerada como um sistema de

controle. O processo é a caminhada. O dispositivo de controle é o nosso cérebro. Os

atuadores são nossas pernas e pés.

O dispositivo de controle estimula os atuadores a alcançarem o objetivo desejado.

O processo da caminhada é dinâmico, ou seja, o controle sobre os atuadores (nossos pés e

pernas) ocorre constantemente, de forma que o cérebro nos orienta a andar mais rápido ou

mais lentamente, virar para a esquerda, para a direita ou andar em frente.



24

3.3. Malha fechada e malha aberta

Malha fechada é um sistema de controle que usa sensores para identificara distância do

resultado desejado e corrigir suas ações para alcançá-lo.

Malha aberta é um sistema em que o controle ocorre sem que haja uma amostragem do

resultado ao longo do processo, ou seja, sem utilização de sensores; é como se

caminhássemos com os olhos fechados, acreditando já conhecer o caminho.

É cada vez menor o número de sistemas em malha aberta, em função da crescente

necessidade de se atingir resultados mais precisos e rápidos e também devido ao

desenvolvimento de elementos sensores bastante precisos e adequados às mais diversas

aplicações.

3.4. Tipos de sensores

A variedade de sensores é grande. O mercado tem sensores especificados para cada

aplicação.

3.4.1. Strain gauge

São sensores que medem deformação superficial de peças. Eles transformam o valor da

deformação em sinais elétricos.

Figura 3.5 – Exemplo de sensores Strain gauge.

3.4.2. Encoder óptico

É um sensor que se vale da interrupção de um feixe de luz, visível ou não, entre umtransmissor e um receptor para gerar um trem de pulsos proporcional ao deslocamento do



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dispositivo que está acoplado ao disco – encoder rotacional – ou à régua – encoder

linear .

O encoder linear permite medir um deslocamento ao longo de um eixo; o encoder

rotacional proporciona a indicação de um deslocamento angular ao redor de um eixo.

Figura 3.6 – Exemplo de sensor do tipo encoder óptico.

3.4.3. Ultra-som

É um sensor eletrostático que emite impulsos periodicamente e capta seus ecos, resultantes

do choque das emissões com objetos situados no campo de ação. A distância do objeto é

calculada por meio do tempo de atraso do eco em relação ao momento da emissão do sinal.

Figura 3.7 – Exemplo de sensor do tipo Ultra Som.



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3.4.4. De proximidade (indutivos e capacitivos)

São sensores que se valem das leis de indução eletromagnética de cargas para indicar a

presença de algum tipo de material que corresponda a certa característica.

Figura 3.8 – Exemplo de utilização de sensor de proximidade.

3.4.5. Piezoelétricos

São sensores que se valem das características que certos materiais têm de gerar uma

tensão elétrica proporcional à deformação física a que são submetidos.

Normalmente são constituídos de lâminas de quartzo ou de material cerâmico, recobertas

por um filme metálico condutor. A lâmina, ao ser submetida a uma tensão externa (força),

produz uma tensão elétrica.

Figura 3.9 – Exemplo de sensor do tipo Piezoelétricos.



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O uso de câmeras de visão artificial no chão das fábricas tem aumentado rapidamente,

contribuindo para garantir a qualidade final do produto.

Os sensores do sistema de visão artificial são as câmeras, que captam a imagem. A

capacidade que a câmera tem de converter o sinal óptico em sinal elétrico é muito

importante nesse tipo de aplicação.

Figura 3.10 – Exemplo de sensores utilizando câmeras.

3.4.6. Sensores de temperatura (termopar)

Se dois fios metálicos de composição distinta são soldados nas respectivas extremidades e

uma das junções é mantida a temperatura superior à outra, circulará corrente elétrica entre

estas junções. Trata-se de um efeito termoelétrico bem conhecido da Física. Para diferentes

combinações de metais e diferentes temperaturas, a diferença de potencial entre estas

junções será também diferente. Este é o princípio em que se baseia a operação dos

termopares.

A seleção de metais para os termopares é normalmente feita com base nas condições de

aplicação. Ligas metálicas relativamente baratas (com base em Fe, Ni, Cr, etc.) podem serusadas a temperaturas moderadas (até cerca de 1000°C), mas para temperaturas muito

superiores (1500-1700°C) são necessários termopares à base de ligas ricas em platina.



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Figura 3.11 - Termopar - sensor usado para medição de temperaturas. O aspecto exterior de

termopares comerciais inclui uma cabeça metálica onde são feitas ligações aos

instrumentos de indicação, registro e controle, e um tubo (metálico ou cerâmico) que serve

de proteção aos fios do termopar.

Figura 3.12 – Exemplo de um esquema de medição de temperatura utilizando termopar.



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4. ATUADORES

Com o passar do tempo, o homem criou e aperfeiçoou mecanismos cuja função é

transformar energia de pressão de fluidos em energia mecânica, como cata-ventos e rodas

d’aqua.

Esses mecanismos são denominados atuadores, pois sua função é aplicar ou fazer atuar

energia mecânica sobre uma máquina, levando-a a realizar um determinado trabalho. Aliás,

o motor elétrico também é um tipo de atuador. A única diferença, como já observa, é que ele

emprega energia elétrica e não energia de pressão de fluidos.

Os atuadores que utilizam fluido sob pressão podem ser classificados segundo dois critérios

diferentes:

*·Quanto ao tipo de fluido empregado, podem ser:

-pneumáticos: quando utilizam ar comprimido;

-hidráulicos: quando utilizam óleo sob pressão.

*·Quanto ao movimento que realizam, podem ser:

-lineares: quando o movimento realizado é linear (ou de translação);

-rotativos: quando o movimento realizado é giratório (ou de rotação).

Já os atuadores rotativos podem ser classificados em:

- angulares: quando giram apenas num ângulo limitado, que pode em alguns casos ser

maior que 360°.

-·contínuos: quando têm possibilidade de realizar um número indeterminado de rotações.

Nesse caso, seriam semelhantes à roda d’água e ao cata-vento mencionados

anteriormente. São os motores pneumáticos ou hidráulicos.

4.1. Atuadores lineares

Os atuadores lineares são conhecidos como cilindros ou pistões. Um exemplo de pistão é

uma seringa de injeção, daquelas comuns, à venda em farmácias. Só que ela funciona de

maneira inversa à dos atuadores lineares. Numa seringa, você aplica uma força mecânica

na haste do êmbolo. O êmbolo, por sua vez, desloca-se segundo um movimento linear (de

translação), guiado pelas paredes do tubo da seringa, e faz com que o fluido (no caso, o



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medicamento)saia sob pressão pela agulha. Ou seja, está ocorrendo uma transformação de

energia mecânica em energia de pressão do fluido. Agora vamos inverter o funcionamento

da seringa. Se injetarmos um fluido (água, por exemplo) pelo ponto onde a agulha é

acoplada ao corpo da seringa, o êmbolo irá se deslocar segundo um movimento linear.Estaremos, então, transformando energia de pressão do fluido em energia mecânica. Aí sim,

teremos um atuador linear.

Cilindros hidráulicos e pneumáticos têm construção muito mais complexa do que simples

seringas de injeção, pois as pressões dos fluidos e os esforços mecânicos são muito

maiores. Como esses cilindros realizam operações repetitivas, deslocando-se ora num

sentido ora em outro, devem ser projetados e construídos de forma cuidadosa, para

minimizar o desgaste de componentes e evitar vazamento de fluidos, aumentando, assim,

sua vida útil.

Figura 4.1 – Exemplo de atuador linear do tipo cilindro hidráulico.

Os cilindros compõem-se normalmente de um tubo cuja superfície interna é polida, umpistão (ou êmbolo) fixado a uma haste e duas tampas montadas nas extremidades do tubo.

Em cada uma das tampas há um orifício por onde o fluido sob pressão entra no cilindro e faz

com que o pistão seja empurrado para um lado ou para outro dentro do tubo.

Entre as várias peças (fixas ou móveis) que compõem o conjunto, existem vedações de

borracha ou outro material sintético para evitar vazamentos defluido e entrada de impurezas

e sujeira no cilindro. Essas vedações recebem nomes diferentes de acordo com seu

formato, localização e função no conjunto. Assim, temos retentores, anéis raspadores e

anéis “O”, entre outros.



31

Os cilindros pneumáticos e hidráulicos encontram grande campo de aplicaçãoem máquinas

industriais, automáticas ou não, e outros tipos de equipamentos, como os utilizados em

construção civil e transportes (guindastes, escavadeiras,caminhões basculantes).

4.2. Atuadores rotativos

Os atuadores rotativos, conforme classificação anterior, podem ser angulares ou contínuos.

Os atuadores rotativos angulares são mais conhecidos como cilindros rotativos.

Nos atuadores lineares, como você viu, o movimento do pistão é de translação. Muitas

vezes, no entanto, o movimento a ser feito pela máquina acionada requer do atuador ummovimento de rotação.

Basicamente, esses atuadores podem ser de dois tipos: de cremalheira e de aleta rotativa.

O primeiro tipo constitui-se da união de um cilindro pneumático com um sistema mecânico.

Na haste do pistão de um atuador linear é usinada uma cremalheira. A cremalheira aciona

uma engrenagem, fazendo girar o eixo acoplado a ela. No cilindro de aleta rotativa,

apresentado na figura, uma pá ou aleta pode girar de um determinado ângulo ao redor do

centro da câmara do cilindro. A aleta, impulsionada pelo fluido sob pressão, faz girar o eixo

preso a ela num ângulo que raramente ultrapassa 300°.

Figura 4.2 - Vista de um cilindro rotativo

Os atuadores rotativos contínuos são mais conhecidos como motores pneumáticos ou

hidráulicos, conforme o fluido que os acione seja ar comprimido ou óleo.

Um motor hidráulico ou pneumático consta de um rotor ao qual é fixado um eixo. Ao longo

da periferia do rotor existem ranhuras radiais, onde deslizam pequenas placas de metal



32

denominadas palhetas. As palhetas são mantidas em contato com a parte interna do corpo

do motor por meio de molas denominadas balancins ou pela ação da força centrífuga que

age sobre elas quando o rotor gira.

Na carcaça do motor existem dois orifícios, respectivamente para entrada e saída do fluido

sob pressão. Ao entrar na câmara em que se encontra o rotor, o fluido sob pressão empurra

as palhetas do rotor. O rotor gira e, conseqüentemente, o eixo preso a ele também. Esse

movimento de rotação é então utilizado para acionar uma outra máquina.



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5. VÁLVULAS

Vimos que para os atuadores funcionarem é necessário que o fluido (óleo ou ar comprimido)

chegue até eles. Ainda não explicamos como isso ocorre, porém não é difícil imaginar uma

tubulação de aço, borracha ou outro material ligando o compressor ou a bomba hidráulica

ao atuador. Se o ar ou óleo contiverem impurezas que possam danificar os atuadores, será

preciso acrescentar um filtro no caminho. Se o ar contém muito vapor d’água, então

acrescenta-se à tubulação o que denominamos purgador, para separar a água do ar.

Imagine se no caso dos atuadores, se desejamos que o pistão que foi acionado para a

direita volte agora para a esquerda. Neste caso, temos que desligar o compressor ou a

bomba, inverter as mangueiras dos dois lados do cilindro e religa o compressor ou a bomba.

Mas existe um jeito mais fácil. Podemos direcionar o fluido dentro de um circuito hidráulico

ou pneumático por meio de válvulas. As válvulas são mecanismos que permitem controlar a

direção do fluxo de fluido, sua pressão e vazão (quantidade de fluido que passa por um

ponto do circuito num certo tempo). Para cada uma destas funções existe um tipo específico

de válvula.

Nos circuitos hidráulicos e pneumáticos, as válvulas desempenham um papel semelhante ao

das chaves, disjuntores e interruptores no circuito elétrico de sua casa. As válvulas

permitem controlar o atuador a ser acionado e o momento do acionamento – da mesmaforma que ao acionarmos os interruptores de luz indicamos qual lâmpada deve ou não ficar

acesa.

Ao contrário dos interruptores de nossa casa, que normalmente são acionados

manualmente, as válvulas hidráulicas e pneumáticas podem ser acionadas manualmente,

eletricamente ou por meio do próprio fluido sob pressão.

O caso do operador de retroescavadeira é um exemplo. Sua máquina tem vários pistões

hidráulicos, cada um deles responsável por um determinado movimento. A cada um dospistões está associada uma válvula, acionada manualmente por meio de alavancas. O

operador, ao acionar uma determinada alavanca, determina não apenas o pistão que será

acionado mas também o sentido de seu movimento (extensão ou retração).

5.1. Válvulas acionadas eletricamente

As máquinas automáticas que utilizam energia hidráulica ou pneumática não precisam

necessariamente de eletricidade para acionar suas válvulas. Pode-se usar um conjunto deválvulas manuais, acionadas pelo próprio fluido sob pressão, para que a máquina execute

seus movimentos e realize seu trabalho.



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No entanto, utilizando-se válvulas acionadas eletricamente, os circuitos hidráulicos e

pneumáticos tendem a ficar mais simples. Além disso, com o emprego crescente de

computadores para controlar máquinas, o uso de válvulas acionadas eletricamente tornou-

se quase obrigatório, uma vez que as “ordens” enviadas pelo computador à máquina sãosinais elétricos.

As válvulas acionadas eletricamente são normalmente chamadas solenóides.

Figura 5.1 – Exemplo de válvula solenóide.

Solenóide é um fio elétrico enrolado num carretel. É uma bobina. Quando ligamos os

terminais deste fio à rede elétrica, digamos 110 volts, acontecem alguns fenômenos físicos

chamados eletromagnéticos.

Devido a esses fenômenos, a peça denominada núcleo da bobina, localizada na parte

interna do carretel, sofre a ação de uma força magnética e desloca-se dentro do carretel.

O carretel é uma peça cilíndrica com várias ranhuras radiais. Quando se aciona a válvula, o

carretel desloca-se em movimento linear, abrindo algumas passagens para o fluido e

fechando outras. Assim, dependendo da posição do carretel no interior da válvula, o fluido

percorre um caminho ou outro. O carretel apresenta movimento nos dois sentidos: para a

direita ou para a esquerda.

Além do acionamento eletromagnético, utilizado nas válvulas solenóides, os acionamentos

que comandam os movimentos do carretel podem ser:

- manual: por meio de botões, alavancas ou pedais;

-·mecânico: por meio de batentes, roletes e molas;

-·pneumático ou hidráulico: por meio do próprio fluido.



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6. SURGIMENTO DOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Os controladores lógicos programáveis (CLP’s) são equipamentos eletrônicos de última

geração, utilizados em sistemas de automação flexível. Permitem desenvolver e alterar

facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma,

podem-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída de

sinal (cargas).

As vantagens dos controladores lógicos programáveis em relação aos sistemas

convencionais são: ·ocupam menos espaço; ·requerem menor potência elétrica; podem ser

reutilizados;·são programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle;·têm maior

confiabilidade;·sua manutenção é mais fácil;·oferecem maior flexibilidade;·permitem interface

de comunicação com outros CLPs e computadores de controle;·permitem maior rapidez naelaboração do projeto do sistema.

O controlador lógico programável nasceu na indústria automobilística americana (General

Motors), devido à grande dificuldade que havia para mudar a lógica de controle de painéis

de comando ao se alterar a linha da montagem. Essa mudança exigia muito tempo e

dinheiro. Para resolver essa dificuldade, foi preparada uma especificação das necessidades

de muitos usuários de circuitos e relés, tanto da indústria automobilística como de toda a

indústria manufatureira. Nascia assim um equipamento bastante versátil e de fácil utilização,

que vem se aprimorando constantemente. Desde seu aparecimento até hoje, muita coisa

evoluiu nos controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente ao

desenvolvimento tecnológico da informática, principalmente em termos de software e de

hardware.



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Figura 6.1 – Comparação dos dispositivos de controles utilizando quadro de comando com

PLC.

7. FUNCIONAMENTO DOS RELÉS

Os relés são dispositivos comutadores eletromecânicos. A estrutura simplificada de um relé

é mostrada na figura 7.1 e a partir dela explicaremos o seu princípio de funcionamento.

Figura 7.1 – Estrutura simplificada de um Relé.

Nas proximidades de um eletroímã é instalada uma armadura móvel que tem por finalidade

abrir ou fechar um jogo de contatos. Quando a bobina é percorrida por uma corrente elétrica

é criado um campo magnético que atua sobre a armadura, atraindo-a. Nesta atração ocorre



37

um movimento que ativa os contatos, os quais podem ser abertos, fechados ou comutados,

dependendo de sua posição, conforme mostra a figura 7.2.

Figura 7.2 – Exemplo do funcionamento de um Relé.

Isso significa que, através de uma corrente de controle aplicada à bobina de um relé,podemos abrir, fechar ou comutar os contatos de uma determinada forma, controlando

assim as correntes que circulam por circuitos externos. Quando a corrente deixa de circular

pela bobina do relé o campo magnético criado desaparece, e com isso a armadura volta a

sua posição inicial pela ação da mola.

Os relés se dizem energizados quando estão sendo percorridos por uma corrente em sua

bobina capaz de ativar seus contatos, e se dizem desenergizados quando não há corrente

circulando por sua bobina.

A aplicação mais imediata de um relé com contato simples é no controle de um circuito

externo ligando ou desligando-o, conforme mostra a figura 7.3. Observe o símbolo usado

para representar este componente.

Figura 7.3 – Exemplo de aplicação de Relé do tipo liga desliga.

Quando a chave S1 for ligada, a corrente do gerador E1 pode circular pela bobina do relé,

energizando-o. Com isso, os contatos do relé fecham, permitindo que a corrente do gerador

E2 circule pela carga, ou seja, o circuito controlado que pode ser uma lâmpada.

Para desligar a carga basta interromper a corrente que circula pela bobina do relé, abrindo

para isso S1.



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Uma das características do relé é que ele pode ser energizado com correntes muito

pequenas em relação à corrente que o circuito controlado exige para funcionar. Isso significa

a possibilidade de controlarmos circuitos de altas correntes como motores, lâmpadas e

máquinas industriais, diretamente a partir de dispositivos eletrônicos fracos comotransistores, circuitos integrados, fotoresistores etc.

A corrente fornecida diretamente por um transistor de pequena potência da ordem de 0,1A

não conseguiria controlar uma máquina industrial, um motor ou uma lâmpada, mas pode

ativar um relé e através dele controlar a carga de alta potência.

Outra característica importante dos relés é a segurança dada pelo isolamento do circuito de

controle em relação ao circuito que está sendo controlado. Não existe contato elétrico entre

o circuito da bobina e os circuitos dos contatos do relé, o que significa que não há passagemde qualquer corrente do circuito que ativa o relé para o circuito que ele controla.

Se o circuito controlado for de alta tensão, por exemplo, este isolamento pode ser

importante em termos de segurança.

Do mesmo modo, podemos controlar circuitos de características completamente diferentes

usando relés: um relé, cuja bobina seja energizada com apenas 6 ou 12V, pode

perfeitamente controlar circuitos de tensões mais altas como 110V ou 220V

O relé que tomamos como exemplo para analisar o funcionamento possui uma bobina e umúnico contato que abre ou fecha.

Na prática, entretanto, os relés podem ter diversos tipos de construção, muitos contatos e

apresentar características próprias sendo indicados para aplicações bem determinadas.

Analisemos como são construídos na prática os relés:

7.2. Os relés na prática

O que determina a utilização de um relé numa aplicação prática são suas características. O

entendimento dessas características é fundamental para a escolha do tipo ideal.

A bobina de um relé é enrolada com um fio esmaltado cuja espessura e números de voltas

são determinados pelas condições em que se deseja fazer sua energização.

A intensidade do campo magnético produzido e, portanto, a força com que a armadura é

atraída depende tanto da intensidade da corrente que circula pela bobina como do número

de voltas que ela contém.

Por outro lado, a espessura do fio e a quantidade de voltas determinam o comprimento do

enrolamento, o qual é função tanto da corrente como da tensão que deve ser aplicada ao



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relé para sua energização, o que no fundo é a resistência do componente. Todos Estes

fatores entrelaçados determinam o modo como a bobina de cada tipo de relé é enrolada.

De um modo geral podemos dizer que nos tipos sensíveis, que operam com baixas

correntes, são enroladas milhares ou mesmo dezenas de milhares de voltas de fios

esmaltados extremamente finos, alguns até mesmo mais finos que um fio de cabelo.

Figura 7.4 – Imagem de um Relé, mostrando a bobina com milhares de milhares de voltas

de fios esmaltados extremamente finos.

7.3. Sistemas rígidos e flexíveis de automação

Na automatização faz-se distinção entre sistemas rígidos e.flexíveis. Os primeiros sistemas

de automação operavam por meio de componentes eletro-mecânicos, como relés e

contatores. Os sinais de sensores acoplados à máquina ou equipamento a ser automatizado

acionam circuitos lógicos a relés que disparam cargas e atuadores.



40

Figura 7.5 – Esquema de controle em que o sinal do sensor aciona a bobina do relé que

atua sobre os contatos acionando o atuador.

As máquinas de tear são bons exemplos da transição de um sistema de automação para

outro. As primeiras máquinas de tear eram acionadas manualmente. Depois passaram a ser

acionadas por algum tipo de comando automático. Entretanto, esse comando só produzia

um modelo de tecido, de padronagem, de desenho ou estampo. A introdução de um sistema

automático flexível no mecanismo de uma máquina de tear tornou possível produzir diversos

padrões de tecidos num mesmo equipamento. Uma máquina de tear com esta característica

é composta de:·um sistema de entrada para informações sobre o tipo de tecido;·um sistema

de acionamento;·bobinas ou solenóides que se movimentam para obedecer à seqüênciadefinida no sistema de entrada. A fita perfurada continha a combinação referente ao padrão

de tecido desejado. A perfuração permitia que alguns receptores de luz fossem

sensibilizados e atuassem sobre os solenóides. Os solenóides entrelaçam os fios para gerar

o modelo desejado. A fita perfurada corresponde à unidade de memória que armazena o

modelo de tecido a ser produzido; os sensores e receptores de luz são as entradas; os

solenóides, as saídas. Com o avanço da eletrônica, as unidades de memória ganharam

maior capacidade, permitindo armazenar mais informações. Os circuitos lógicos tornaram-se

mais rápidos, compactos e capazes de receber mais informações de entrada, atuando sobreum maior número de dispositivos de saída. Chegamos, assim, aos microprocessadores

(UCPs),responsáveis por receber informações da memória, dos dispositivos de entrada,e a

partir dessas informações desenvolver uma lógica para acionar saídas.

Figura 7.6 – Exemplo de utilização de um sistema automático flexível no mecanismo de uma

máquina de tear.



41

8. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL – CLP OU PLC

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,



42

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 seqüencial.

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



43

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 doPLC.

2a. Geração: Aparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão dependentes

do hardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um “Programa Monitor “ no PLC ,

o qual converte ( no jargão técnico ,Compila), as instruções do programa , verifica o estado

das entradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera o estados das

saídas. Os Terminais de Programação (ou Maletas, como eram conhecidas) eram naverdade 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 microcomputadores

(normalmente clones do IBM PC), os PLC’s passaram a incluir uma entrada para a

comunicação serial. Com o auxílio dos microcomputadores a tarefa de programação passou

a ser realizada nestes. A vantagem era 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 PLC’s, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante

“converse” com o equipamento outro fabricante, não só PLC’s , 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.



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8.1. Princípio de funcionamento de um CLP

Podemos dizer que o CLP é um “microcomputador” aplicado ao controle de um sistema ou

de um processo.

O CLP é composto de módulos de entradas digitais ou analógicas. As entradas digitais são

agrupadas em conjuntos de 8 ou 16 (cada uma delas é um bit), deforma que a unidade

central de processamento possa tratar as informações como bytes ou words.

Recordar é aprender:

Bit – dígito binário (código 0 ou 1).

Byte – conjunto de 8 bits que compõe uma informação.

Word – conjunto de 16 bits que compõe uma informação.

Figura 8.1 – Esquema de funcionamento de um PLC.

As entradas analógicas têm seu valor convertido para binário, para que a UCP possaconsiderá-las e tratá-las.

Figura 8.2 – Esquema de funcionamento de um PLC com entradas analógicas e digitais.



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A lógica a que são submetidas às entradas para gerar as saídas é programada pelo usuário

do sistema. As saídas também podem ser digitais ou analógicas. A exemplo das entradas,

as saídas digitais são tratadas em conjuntos de 8 ou 16; e as analógicas são resultado da

conversão de um valor digital gerado pela UCP.

8.2. Programação de um CLP

A lógica desenvolvida pelo CLP com os sinais de entrada para acionar as suas saídas é

programável. É possível desenvolver lógicas combinatórias, lógicas seqüenciais e também

uma composição das duas, o que ocorre na maioria das vezes. Como o CLP veio substituir

elementos/componentes eletroeletrônicos de acionamento, a linguagem utilizada na sua

programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento, desenvolvidos

por eletrotécnicos, técnicos eletricistas ou profissionais da área de controle.

8.2.1. Principais s ímbolos de programação

Válvula com atuador pneumático de diafragma

Válvula com atuador elétrico (senoidal ou motor)

Válvula com atuador hidráulico ou pneumático tipo pistão

Válvula manual

Válvula auto-operada de diafragma

Figura 8.3 – Principais símbolos de programação



46

O CLP pode desenvolver qualquer composição das lógicas seqüencial e combinacional.

Basta fazer a programação adequada. Os circuitos elétricos e eletrônicos não permitem

alterações com tanta facilidade. Para adequar um Controlador Lógico Programável (CLP) a

um sistema ou a uma máquina é necessário verificar o número de pontos de entrada, o

número de pontos de saída, a velocidade de processamento e os tipos de entradas e saídas

(sensores e atuadores).

Para acionar uma lâmpada a partir de um botão liga/desliga, os sistemas seriam assim:

Figura 8.4 – Sistema de controle de acionamento de uma lâmpada liga/desliga utilizando

PLC

Os controladores lógicos programáveis, como todas as ferramentas de automação, vivem

em constante desenvolvimento, no sentido da redução de custos e da dimensão física, do

aumento da velocidade e da facilidade de comunicação e também para que se possa

aperfeiçoar interfaces mais amigáveis.

8.3. Introdução da tecnologia de controladores lógicos programáveis – PLC’s

8.3.1. Hard Logic para Soft Logic

a) Hard Logic

Quando se elabora uma seqüência 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 seqüência de controle é do tipo hard wired



47

logic” ou simplesmente “hard logic” (lógica de interligação dos dispositivos por meio de

fiação elétrica).

A alteração na lógica significa realizar alterações na fiação

b) Soft Logic

O computador nada poderá fazer se for constituído apenas por “hardware”. As suas funções

serão ativadas somente quando houver um programa denominado “software”. Os

computadores, através de programas ou software, podem realizar cálculos das folhas de

pagamentos, assim como, cálculos de equações das mais complexas. Isto significa que,

com um mesmo hardware, a lógica poderá ser alterada através de um software denominado

programa. Ou seja, a lógica do computador é um “soft logic”. Aplicando o mesmo raciocínio

de controle seqüencial, pode-se dizer que as fiações que compõem a lógica do circuito de

relés, poderão ser substituídas pelo software, denomina-se soft wired logic” (lógica de

interligação dos dispositivos por meio de programas).

Para realizar o controle seqüencial através do soft Iogic, ter-se-á que dotar o hardware de

um dispositivo de memória, tal qual no computador, e nele armazenar uma série de

programas. Esses equipamentos que objetivam o controle seqüencial, são denominados

“Stored Program System Controller” ou “Programmable Controller’ (PLC) - ControladorProgramável, ou ainda, abreviadamente, “PLC”.

c) Signif icado da lógica por software

O fato de se transformar a lógica da seqüência em software significa que as atribuições das

fiações do hard logic serão executadas pelo soft logic. Por conseguinte, o hardware poderá

ser constituído por um equipamento standard. Isso foi possível através da padronização do

controle seqüencial, solucionando uma grande parte dos problemas que existiamtradicionalmente nos painéis de relés, além de possibilitar a promoção da automação e

racionalização em níveis cada vez mais elevados.

8.3.2. Diferenças entre o PLC e o Computador

O PLC é um novo equipamento que surgiu com o advento da tecnologia do computador,

sendo sua utilização voltada à estação de trabalho. Assim, se o PLC for comparado ao

computador utilizado em escritórios, tanto o hardware quanto o software são significamente

diferentes.



48

a) Hardware

O computador é um equipamento destinado a efetuar cálculos de alto nível e

processamento de dados, de sorte que as entradas e saídas, como discos magnéticos e

impressoras, são projetadas para atender às necessidades do computador. Portanto, os

dispositivos de computação e de memória que correspondem ao cérebro, ocupam um

grande espaço, e as entradas e saídas, que correspondem aos braços e pernas, são

relativamente pequenas. Dessa forma, pode-se dizer que o computador é um superdotado

de cabeça gigantesca com estrutura frágil, que trabalha com baixa tensão, tendo que ser

instalado em sala climatizada, ou seja, um local de bom ambiente.

Em relação a isso, o PLC surgiu com o objetivo de substituir os painéis de relés. Assim,

suas entradas e saídas são constituídas pelas chaves fim de curso, válvulas solenóides e

outros, sendo, na maioria, equipamentos de alta tensão e corrente. Além disso, estão

sujeitos aos ruídos provenientes das máquinas e equipamentos existentes nas estações de

trabalho, assim como, severas condições de temperatura e partículas suspensas na

atmosfera. Como as partes que realizam a computação são constituídas de componentes

eletrônicos de baixa tensão, como no caso dos CIs, será necessário instalar nas portas de

entrada e saída os circuitos para transformação e amplificação de sinais e, ainda, conforme

o caso, circuito para eliminação de ruídos. Além disso, sua estrutura construtiva deverá ter

uma proteção robusta para resistir às severas condições do local de instalação.

b) Software

Nos programas de computador são utilizadas as linguagens como C, C++, Pascal e outras,

e as mesmas podem ser utilizadas apenas pelos especialistas que tiveram os cursosespecíficos para esse fim.

Por outro lado, no caso do PLC, a linguagem é idealizada de tal forma que as pessoas

ligadas diretamente à operação de máquinas e equipamentos, ao planejamento de

instalações elétricas e à manutenção possam entendê-la, utilizando códigos e/ou linguagens

mais próximos das sequências dos circuitos tradicionais, ou seja, no que se refere à

programação, foi idealizada para que se possa programar utilizando códigos obtidos através

do fluxograma e do diagrama de tempo (time chart) do sistema a ser controlado, sendo essa

programação realizável por qualquer pessoa com um treinamento relativamente simples.

Dessa forma, embora o PLC seja tecnologicamente um computador, em termos de



49

utilização é um equipamento de controle local.

Tabela 8.1 – Comparação entre o PLC e o computador

8.4. Arquitetura do Controlador Programavel

8.4.1. Constituição Geral, Princípio de funcionamento e Operação

a) Constituição geral

Como o controlador programável - PLC - será instalado na estação de trabalho da linha de

produção para operação e controle de equipamentos, dispositivos e máquinas, o mesmo é

constituído com robustez para resistir às condições desfavoráveis de um local de produção,como vibração, ruídos, partículas em suspensão, etc, além da facilidade na sua

manipulação. Outro aspecto é a sua composição, que é executada de tal forma que

possibilite a utilização através de combinações mais adequadas, selecionando a escala e

funções segundo o objeto de controle.

Indica-se na figura 4.1 a constituição de um PLC. Assim, tem-se a CPU (Central Processing

Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento), que corresponde ao cérebro humano,

as unidades de entradas e saídas para intercâmbio de sinais entre os equipamentos,

dispositivos e máquinas, a fonte para fornecimento de energia elétrica, além dos

equipamentos periféricos para incrementar a operacionalidade do PLC.



50

Figura 8.5 – Constituição fundamental de um PC

b) Princípio de Funcionamento - Diagrama em Blocos

Figura 8.6 – Diagrama em Blocos do Funcionamento de um PLC



51

Inicialização:

No momento em que é ligado o PLC executa uma série de operações pré–programadas,

gravadas em seu Programa Monitor:

- Verifica o funcionamento eletrônico da C.P.U., memórias e circuitos auxiliares;

- Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados;

- Verifica o estado das chaves principais (RUN / STOP , PROG, etc.);

- Desativa todas as saídas;

- Verifica a existência de um programa de usuário;

- Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe.

Verificar Estado das Entradas

O PLC lê os estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O

processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura (scan) e normalmente é de alguns

micro – segundos (scan time).

Transferir para a Memória

Após o Ciclo de Varredura, o PLC armazena os resultados obtidos em uma região de

memória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe este nome por

ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo PLC

no decorrer do processamento do programa do usuário.

Comparar com o Programa do Usuário

O PLC ao executar o programa do usuário, após consultar a Memória Imagem das

Entradas, atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções

definidas pelo usuário em seu programa.

Atualizar o Estado das Saídas

O PLC escreve o valor contido na Memória das Saídas, atualizando as interfaces ou

módulos de saída. Inicia – se então, um novo ciclo de varredura.



52

8.4.2. Estru tura Interna do PLC

O PLC é um sistema microprocessado, ou seja, constituí–se de um microprocessador (ou

microcontrolador), um Programa Monitor, uma Memória de Programa, uma Memória de

Dados, uma ou mais Interfaces de Entrada, uma ou mais Interfaces de Saída e Circuitos

Auxiliares.

Fonte de Alimentação

A Fonte de Alimentação tem normalmente as seguintes funções básicas:

- Converter a tensão da rede elétrica (110 ou 220 VCA) para a tensão de alimentação dos

circuitos eletrônicos, (+ 5Vcc para o microprocessador, memórias e circuitos auxiliares e +/-12 Vcc para a comunicação com o programador ou computador);

- Manter a carga da bateria, nos sistemas que utilizam relógio em tempo real e Memória

do tipo RAM;

- Fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas (12 ou 24 Vcc).

Unidade Central de Processamento:

Também chamada de C.P.U. é responsável pelo funcionamento lógico de todos os circuitos.

Nos PLC’s modulares a CPU está em uma placa (ou módulo) separada das demais,

podendo-se achar combinações de CPU e Fonte de Alimentação. Nos PLC’s de menor porte

a CPU e os demais circuitos estão todos em único módulo. As características mais comuns

são:

- Microprocessadores ou Microcontroladores de 8, 16 ou 32 bits ( INTEL 80xx,

MOTOROLA 68xx, ZILOG Z80xx, PIC 16xx );

- Endereçamento de memória de até centenas de Mega Byte;

- Velocidades de CLOCK variando de 4 a 100 MHZ;

- Manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais.

Bateria

As baterias são usadas nos PLC’s para manter o circuito do Relógio em Tempo Real, reter

parâmetros ou programas (em memórias do tipo RAM) ,mesmo em caso de corte de



53

energia, guardar configurações de equipamentos etc. Normalmente são utilizadas baterias

recarregáveis do tipo Ni – Ca ou Li. Nestes casos, incorporam se circuitos carregadores.

Memória do Programa Monitor

O Programa Monitor é o responsável pelo funcionamento geral do PLC. Ele é o responsável

pelo gerenciamento de todas as atividades do PLC e o estado da bateria. Não pode ser

alterado pelo usuário e fica armazenado em memórias do tipo PROM, EPROM ou

EEPROM. Ele funciona de maneira similar ao Sistema Operacional dos microcomputadores.

É o Programa Monitor que permite a transferência de programas entre um microcomputador

ou Terminal de Programação e o PLC.

Memória do Usuário

É onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário. Pode ser alterada

pelo usuário, já que uma das vantagens do uso de PLC’s é a flexibilidade de programação.

Inicialmente era constituída de memórias do tipo EPROM, sendo hoje utilizadas memórias

do tipo RAM (cujo programa é mantido pelo uso de baterias), EEPROM e FLASH-EPROM,

sendo também comum o uso de cartuchos de memória, que permite a troca do programa

com a troca do cartucho de memória. A capacidade desta memória varia bastante de acordo

com o marca/modelo do PLC, sendo normalmente dimensionadas em Passos de Programa.

Memória de Dados

É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Estes

dados são valores de temporizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de

acesso, etc. São normalmente partes da memória RAM do PLC. São valores armazenados

que serão consultados e ou alterados durante a execução do programa do usuário. Em

alguns PLC’s, utiliza-se a bateria para reter os valores desta memória no caso de uma

queda de energia.

Memória Imagem das Entradas / Saídas

Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificação

nas saídas, ela armazena os estados da cada uma das entradas ou saídas em uma região

de memória denominada Memória Imagem das Entradas/Saídas. Essa região de memória



54

funciona como uma espécie de “tabela” onde a CPU irá obter informações das entradas ou

saídas para tomar as decisões durante o processamento do programa do usuário.

Módulos ou Interfaces de Entrada :

São circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para que possa ser

processado pela CPU ( ou microprocessador ) do PLC . Temos dois tipos básicos de

entrada: as digitais e as analógicas.

Entradas Digitais

São aquelas que possuem apenas dois estados possíveis, ligado ou desligado , e algunsdos exemplos de dispositivos que podem ser ligados a elas são :

- Botoeiras;

- Chaves ( ou micro ) fim de curso;

- Sensores de proximidade indutivos ou capacitivos;

- Chaves comutadoras;

- Termostatos;- Pressostatos;

- Controle de nível ( bóia );Etc.

As entradas digitais podem ser construídas para operarem em corrente contínua ( 24 Vcc )

ou em corrente alternada ( 110 ou 220 Vca ).

As entradas de 24 Vcc são utilizadas quando a distância entre os dispositivos de entrada e o

PLC não excedam 50 m. Caso contrário , o nível de ruído pode provocar disparos

acidentais.

Entradas Analógicas

As Interfaces de Entrada Analógica , permitem que o PLC possa manipular grandezas

analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As grandezas analógicas

elétricas tratadas por estes módulos são normalmente tensão e corrente. No caso de tensão

as faixas de utilização são: 0 a 10 Vcc, 0 a 5 Vcc, 1 a 5 Vcc, -5 a +5 Vcc, -10 a +10 Vcc (no



55

caso as interfaces que permitem entradas positivas e negativas são chamadas de Entradas

Diferenciais), e no caso de corrente, as faixas utilizadas são : 0 a 20 mA, 4 a 20 mA.

Os principais dispositivos utilizados com as entradas analógicas são:

- Sensores de pressão manométrica;

- Sensores de pressão mecânica (strain gauges - utilizados em células de carga);

- Taco-geradores para medição rotação de eixos;

- Transmissores de temperatura;

- Transmissores de umidade relativa;- Etc.

Módulos ou Interfaces de Saída :

Os Módulos ou Interfaces de Saída adequam eletricamente os sinais vindos do

microprocessador para que possamos atuar nos circuitos controlados. Existem dois tipos

básicos de interfaces de saída: as digitais e as analógicas.

Saídas Digitais

As saídas digitais admitem apenas dois estados: ligado e desligado. Podemos com elas

controlar dispositivos do tipo:

- Relés;

- Contatores;

- Relés de estado – sólido;

- Solenóides;

- Válvulas;

- Inversores de Frequência;

- Etc.



56

Saídas Analógicas

Os módulos ou interfaces de saída analógica converte valores numéricos, em sinais de

saída em tensão ou corrente. No caso de tensão normalmente 0 a 10 Vcc ou 0 a 5 Vcc, e

no caso de corrente de 0 a 20 mA ou 4 a 20 mA. Estes sinais são utilizados para controlar

dispositivos atuadores do tipo:

- Válvulas proporcionais;

- Motores C.C;

- Servo – Motores C.C;

- Inversores de Frequência;

- Posicionadores rotativos;

- Etc.

8.5. Programação de Plc’s

8.5.1. Considerações sobre programação e métodos de programação

a) Considerações sobre programação

Quando se deseja efetuar o controle de aparelhos, dispositivos e máquinas através de um

PLC é necessário que o conteúdo de controle seja previamente gravado na unidade de

memória do PLC. Assim, o controlador programável executará fielmente o controle das

máquinas e dispositivos, conforme a instrução do conteúdo de controle.

Por exemplo, mesmo que se deseje gravar uma instrução de controle, como “A lâmpada h

deverá acender-se somente quando as botoeiras b0 e b1 estiverem pressionadas ao mesmo

tempo”, como o PLC não entende a linguagem humana de uso cotidiano, a gravação terá

que ser efetuada com termos compreensíveis pelas máquinas. Assim, denomina-se

“programa a frase escrita segundo uma seqüência definida, observando rigorosamente uma

determinada regra com os termos que podem ser compreendidos pelas máquinas, e

“programação”, a elaboração desse programa e a subsequente gravação do mesmo na

memória.



57

b) Métodos de programação

Na comunicação entre homens existe o português, o inglês, e assim por diante. Do mesmo

modo, para a comunicação com PC’s, existem diversos tipos de linguagem de acordo com o

fabricante e o modelo do equipamento.

Em geral, os usuários dos PLCs são pessoas treinadas para a utilização de máquinas e

equipamentos, manipulação de circuitos elétricos, etc. Assim, foram idealizadas diversas

linguagens de programação para que fossem acessíveis para essas pessoas.

Classificando essas linguagens, tem-se: método de diagrama de circuitos, que consiste em

transformar diagrama de circuito elétrico em linguagem de programação; método de

diagrama funcional, no qual programam-se os movimentos ou operação da máquina ao

PLC.

Fig

ura 8.7 – Métodos de programação

No caso de método de diagrama de circuito, elabora-se primeiramente o diagrama através

dos recursos de circuitos a relés ou símbolos lógicos, para posteriormente transformar em

programas. Trata-se de um método bastante eficaz para técnicos da área elétrica treinados

em circuitos seqüênciais.

No que concerne ao método de transformação, existem três, a saber:

- Diagrama “Ladder’ (ladder symbol circuit);

- Diagrama de portas lógicas;



58

- Diagrama de lista de instruções.

Na utilização do método de diagrama ladder, é necessário o display para indicação do

desenho. Devido às facilidades que o método oferece em termos de desenhar e indicar

diretamente os circuitos de relés, ultimamente o presente método está sendo o mais

utilizado em termos de métodos de programação.

Por outro lado, no caso do método de diagrama funcional, trata-se de método no qual se

transfere o movimento ou operação do objeto de controle para um fluxograma (flow chart),

introduzindo diretamente no PLC, sem necessidade de elaborar o diagrama de circuito

seqüêncial. Assim, trata-se de um método eficaz para as pessoas habituadas a lidar com

programação de computadores inclusive técnicos da área de mecânica e afins. Esse métodotambém é classificado em outros dois, a saber: método de fluxograma e método seqüencial

(passo a passo).

1) Método de diagrama de circui to

A seguir, será efetuada uma explanação sobre diversos exemplos de programação sobre

um circuito a relés do mais simples, como no caso de um circuito de retenção.

Figura 8.8 – Exemplo de programa elaborado segundo o método de diagrama de circuito

No método de diagrama “ladder”, o esquema do circuito deverá ser substituído pelos

símbolos ou códigos ladder. A seguir, pressionando seqüencialmente as teclas que indicam



59

os símbolos ladder e as linhas de conexão, dever-se-á traçar o circuito no display e, à

medida que se for concluindo, gravá-la na memória por unidade de circuito. Nesse método,

a programação poderá ser efetuada confirmando passo a passo o seu encaminhamento,

sendo assim o método mais intuitivo e simples.

Entretanto, como necessita do display, se o PLC for de pequeno porte, o seu custo relativo

(do display) será muito alto.

No método de apresentação por porta lógica, dever-se-á elaborar o esquema do circuito

utilizando os símbolos lógicos que indicam ‘AND”, “OR”, “NOT”, pressionando as teclas

segundo o fluxo de sinais.

Por outro lado, no método de equação lógica, adotando o método de entrada pela

transformação do esquema do circuito em equação algébrica booleana, representando aligação série com “•“, a paralela com “±“ e a saída com “=“ e utilizando os números de

entrada e saídas, elaborar a equação lógica e digitar no teclado.

No presente método, será necessário um certo treinamento para transformar o diagrama do

circuito em equação lógica. Contudo, assim que estiver suficientemente treinado, o usuário

poderá elaborar facilmente a equação de qualquer circuito, mesmo os mais complexos, e,

ainda, se utilizar convenientemente os parênteses “()“ poderá elaborar programas muito

eficazes, mesmo dispondo de limitada capacidade de memória.

O método de instrução consiste em elaborar o programa substituindo o esquema do circuito

por determinados termos de instrução (LOAD, AND, OR, NOT, etc), tratando-se do método

de programação que mais se aproxima da metodologia de computação.

2) Método de d iagrama funcional

No método de diagrama de circuito, foi visto que inicialmente as ações ou operações das

máquinas eram apresentadas em termos de circuitos para posterior transformação emprogramas. Entretanto, no caso do método de diagrama funcional, as ações ou operações

das máquinas poderão ser diretamente transformadas em programa, sem necessidade de

elaboração prévia do circuito elétrico.

No que se refere ao método de fluxograma, as ações ou operações das máquinas e

dispositivos são representadas através de fluxograma. O PLC que adota esse método,

proporciona facilidades quanto à execução das derivações, de acordo com situações de

entradas e saídas ou saltos (jump) a um endereço distante.



60

Fig. 8.9 – Exemplo de programa com o método de diagrama funcional.

O método seqüencial é um método dos mais simples em termos de diagrama de tempo e é

indicado para manipulação do programa do tipo em que a operação global de controle é

dividida em pequenas etapas em uma determinada seqüência; por exemplo: se a operação

contida no 1° passo for encerrada, passará para o 2° passo e assim sucessivamente. Esse

método surgiu como substituto ao do tipo came rotativo e quadro de controle perfurado (pin

board), que eram destinados ao controle de programas de pequeno porte. Contudo, trata-sede método dotado de função de alto nível, utilizando as características como salto (jump),

repetição, temporizador, contador e armazenamento de programas.

8.5.2. Evolução do Controle Seqüencial

Como o PLC surgiu inicialmente em substituição aos painéis de relés, o método de

programação foi baseado principalmente nos circuitos a relés (doravante será designado

seqüência de relés) e, assim, utiliza-se com maior intensidade o método de diagrama de

circuitos.

Contudo, ultimamente, com o advento do microcomputador que surgiu da tecnologia do LSI

(Large Scale Integration - Integração de Grande Capacidade), foram adicionadas as funções

que não havia nos painéis de relés, como cálculo comparativo, computação e outros. Além

disso, esse método não se restringe apenas ao controle seqüencial, sendo utilizado, por

exemplo, no controle digital a realimentação (feed-back) e, assim, tendo a sua utilização

ampliada para o controle de uma forma global.

O microprocessador é excelente para essas funções e pode-se dizer que o controle



61

seqüencial está passando da fase do PLC de simples substituição de painéis de relés

(primeira geração) para o PLC de alto nível (segunda geração).

Dentro do método de diagrama de circuitos, os mais adotados são o de equação lógica, que

proporciona grande facilidade na representação de circuito a relés, e o de diagrama ladder.

Assim, no presente item, será efetuada a explanação sobre o procedimento para

programação, fundamentando-se nesses dois métodos.

a) Significado de seqüência para PLC

Por princípio, a parte interna de um controlador programável é uma concentração de

componentes eletrônicos como o LSI (Large Scale lntegration), de sorte que não há bobinas

e contatos como no caso dos circuitos a relés, e, além disso, as fiações que unem os

contatos’ com as “bobinas”, são processadas pelo software. Por outro lado, em se tratando

de acionamento, o PLC é completamente diferente da seqüência de relés, onde, com a

excitação da bobina, ocorre o fechamento de um contato com a ativação do circuito. No

caso do PC, trata-se do método em que se faz a exploração (scanning) periódica da

memória com uma freqüência determinada e, procedendo a leitura do seu conteúdo,

executa a operação conforme determinado pelo mesmo. Portanto, quando se for elaborar o

programa da seqüência para o PLC, ter-se-á que levar esse fato em conta. Por outro lado,

ao se utilizar a seqüência elaborada, tendo em mente a ação dos relés, será necessário

introduzir no PLC algumas adaptações. Os programas para PLC assim elaborados serão

doravante denominados “sequência para PLC”.

8.5.3. Seqüência de Programação

O programa deverá ser elaborado obedecendo a seguinte rotina:

- Distribuição das entradas e saídas;

- Elaboração do diagrama de conexão de entradas e saídas;

- Elaboração da seqüência para PLC;

- Distribuição das saídas internas, temporizadas e contadores;

- Codificação (coding) e carregamento (loading)



62

a) Distribuição das entradas e saídas

Inicialmente, deve-se classificar o número dos equipamentos externos que serão

conectados às unidades de entradas e saídas e, efetuando uma nova classificação, de

acordo com as especificações elétricas, deve-se definir a quantidade de módulos de

entradas e saídas necessárias. No que se refere aos módulos de E/S, geralmente cada

módulo pode controlar 8 ou 16 pontos dos equipamentos externos. Assim, deve-se dividir o

total de pontos a serem controlados pelo número de pontos de cada módulo e, definir a

quantidade de módulos de entradas e saídas.

Assim que a quantidade de módulos E/S for definida, deve-se definir o seu lay-out. Para

tanto, é necessário distribuir os módulos nas posições que facilitam a execução da fiação

dos equipamentos externos.

b) Elaboração do diagrama de conexão de entradas e saídas

O diagrama de conexão de entradas e saídas torna-se um instrumento fundamental para a

programação e obra de fiação, o mesmo deve ser elaborado em primeiro lugar, juntamente

com a distribuição das entradas e saídas.

Figura 8.10 – Diagrama de conexão das entradas e saídas

c) Elaboração da seqüência para PLC

Inicialmente, na elaboração da seqüência para PLC, não há necessidade de se pensar em

economia de contatos, como no caso da seqüência de relés, bastando que se transfiramdiretamente para a seqüência as ações ou operações do sistema a ser controlado. Por outro

lado, se houver uma seqüência de relés já pronta, deve-se então reelaborá-la para o PLC.



63

Figura 8.11 – Elaboração de sequência para PLC

Baseando-se no diagrama de seqüência do circuito de partida/parada indicado na figura

8.11, será explanada a rotina de elaboração do programa (seqüência lógica). Existem as

botoeiras para parada (b0) e partida (b1), que estão conectadas aos terminais 100 e 101,respectivamente, do módulo de entradas e a saída conectada ao terminal 300 do módulo de

saídas. Por conseguinte, o programa será elaborado utilizando-se esses números. A entrada

100 utiliza um contato abridor, e a 101 um fechador.

8.6. Sistema de Controle Com Plc’s

Os controladores programáveis inicialmente desenvolvidos para substituir os circuitos de

relés e outros dispositivos liga-desliga se desenvolveram nos últimos anos a tal ponto quehoje são muito utilizados em controle contínuo.

Uma das grandes vantagens dos PLC’s em relação a outros sistemas de controle é a sua

maior viabilidade de utilização em processos nos quais o número de pontos liga-desliga

superam bastante o de malhas de controle contínuo não críticos.

Figura 8.12 - Estrutura do sistema mínimo de controle com PLC



64

8.6.2. Sistema supervisório utilizando PLC

O sistema supervisório instalado no microcomputador faz aquisição de dados no controlador

programável transferindo para a tela do monitor os dados do processo. Através do teclado

do microcomputador pode-se acessar o controlador para alterar parâmetros de controle ou

simplesmente buscar novas informações. Permite uma total integração com o chão de

fábrica graças à popularização das redes industriais.

Figura 8.13 – Sistema de controle e monitoração de nível de um tanque

Todo sistema supervisório deve permitir a configuração de telas que facilitam a operação.

Algumas dessas telas têm suas funções descritas abaixo.

- Tela de vista geral: Apresenta os set-points e os desvios, podendo ser constituída de

várias páginas;

- Tela de grupo: Apresenta informações sobre pontos em grupos de funções com os

mesmos detalhes dos visores de instrumentos analógicos;

- Tela de vista geral: Visualização de um grupo em particular, selecionado;

- Telas de Malhas: Apresenta uma representação gráfica da malha em detalhe. Nela pode-

se visualizar e/ou alterar as principais variáveis da malha;

- Telas de alarme: Mostra ao operador as principais anomalias do processo e/ou do sistema.

- Telas de tendências:

Tempo Real: Registra a mudança dos valores das variáveis num intervalo de tempo

reduzido;



65

Histórica: Registra a mudança dos valores das variáveis num intervalo de tempo grande

(dias, semanas, etc);

Figura 8.14 – Diagrama em blocos de um sistema supervisório mínimo



66

9. BIBLIOGRAFIA

APOSTILAS

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pessoal em manutenção, SENAI / CST – Arcelor Brasil, 1999.

- Instrumentação Básica I Pressão e Nível, Programa de certificação de pessoal em

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http://www.bibvirt.futuro.usp.br/textos/tem_outros/cursprofissionalizante/tc2000/automacao/,

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LIVROS

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- Bonacorso, Nelso G. e Noll, Valdir . - Automação Eletropneumática - Érica - 1997;

- Porras, A. e Montanero, A.P. - Autómatas Programables - Mc Graw Hill ; 1992

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- Otter, Job Den – Programmable Logic Controller – Prentice Hall,1988

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MANUAIS

- Programmable Controller - Manual do usuário - Allen Bradley - 1984;

- Programação Ladder Série H -Actsip - H - Hitachi - 1996;

- Manual de Operação do CPW-A080 - Weg - 1989;

- Hardware Manual - FXo / FXon - Mitsubihi Eletric - 1997;

- Manual do Melsec FX - Mitsubishi Eletric - 1997;

- Manual do Melsec A1S - Mitsubishi Eletric - 1997;

- Manual do programador Altus AL3800 - Altus - 1994.



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- Manual do programa Lookout - Evaluation Guide - National Istruments

- Manual de Hardaware e Software do PLC MODICON – QUANTUM

- Manual do Concept 2.1 XL – Groupe Schneider

- Manual de Hardware e Software do PLC OMRON – SYSMAC

- Manual de Hardware e Software do PLC GE-FANNUC

- Manual de Hardware e Software do PLC SIEMENS – S7

ARTIGOS:

- Braga, Newton C. - Como Funcionam os Relés, Revista Saber Eletrônica(www.sabereletronica.com.br), acessado em 14/09/2006.

- Anotações de aulas dos cursos de PLC, Automação e Controle – SENAI-ES

- Apostilas de Automação básica do SENAI – ES;

- Construa um CLP com o Basic Stamp - Revista Saber Eletrônica - nº 288 / 1997;

- O Controlador Lógico Programável – Pedro Luis Antonelli

- Controladores Lógicos Programáveis - Revista Saber Eletrônica - nºs 303/304/305;

- Micro-DX - Controlador Programável - Revista Saber Eletrônica nºs 258/259 ;

- Sistema Micro - PLC - Revista Elektor Eletrónica - Portugal - Maio - 1996;

- Programação PLC - Revista Elektor Electrónica - Portugal - Maio/Junho – 1996.

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Introducao Controle Automacao