UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
ESCOLA DE MINAS
COLEGIADO DE ENGENHARIA DE CONTROLE
E AUTOMAÇÃO – CECAU
Projeto de Implantação de um Sistema de Automação
para Silos de Armazenamento de Matéria Prima
MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE
CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Ouro Preto, 2012
RODRIGO AMARAL
PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO PARA
SILOS DE ARMAZENAMENTO DE MATÉRIA PRIMA
Monografia apresentada ao Curso de
Engenharia de Controle e Automação da
Universidade Federal de Ouro Preto como
parte dos requisitos para a obtenção do
Grau de Engenheiro de Controle e
Automação.
Orientador: Prof. Dr. Luiz Joaquim
Cardoso Rocha
Ouro Preto
Escola de Minas - UFOP
Novembro/2012
É melhor atirar-se à luta em busca de dias
melhores, mesmo correndo o risco de
perder tudo, do que permanecer estático,
como os pobres de espírito, que não lutam,
mas
também
não
vencem,
que
não
conhecem a dor da derrota, nem a glória de
ressurgir dos escombros.
Robert Nesta Marley
AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha família pelo apoio, em especial Negão e D. Constância.
A Escola de Minas e aos professores pelos ensinamentos, em especial Ronilson Rocha,
Henor Artur de Souza, Luiz Joaquim Cardoso Rocha, Karla Boaventura Pimenta
Palmieri e Paulo Monteiro pela paciência e pelo apoio durante o curso.
Edilson Macêdo e José Martins pela oportunidade, aprendizado e amizade.
A Fundação Gorceix, cujo apoio foi essencial para minha permanência em Ouro Preto.
Aos amigos da automação pela amizade e pelo companheirismo nas horas de estudo.
A República Penitenciaria e irmãos detentos pelos ótimos anos de convivência e
amizade.
RESUMO
Este trabalho foi desenvolvido durante o período de estágio obrigatório realizado na
empresa Trifilar Engenharia, situada em Belo Horizonte, Minas Gerais. A empresa é
prestadora de serviços na área de automação industrial e elétrica. Trata-se da
implantação de um sistema de automação para silos de armazenamento de matéria
prima utilizada no processo de fabricação de eletrodos para soldas industriais.
Sucintamente, o sistema envolve o monitoramento da vazão, temperatura e nível de três
silos que armazenam matéria prima que vai para a linha de produção. Além das
variáveis citadas anteriormente, também devem ser monitorados outros parâmetros,
como potência dissipada pelas resistências que mantém a temperatura dentro dos silos
em condições ideais e a variação de velocidade dos motorredutores responsáveis pela
agitação do material contido nos silos. Todos os fatores relevantes para a implantação
do projeto são descritos neste trabalho, de forma que se possa verificar o verdadeiro
papel de um engenheiro de controle e automação dentro de uma empresa e aplicação
dos conhecimentos adquiridos durante o curso de Engenharia de Controle e Automação
da Universidade Federal de Ouro Preto.
Palavras chaves: Vazão, temperatura, nível, velocidade, potência, Controlador Lógico
Programável, Interface Homem Máquina.
ABSTRACT
This work was developed during the period of mandatory internship performed in
Trifilar Engineering Company, located in Belo Horizonte, Minas Gerais. The company
provides services in the area of industrial automation and electrical. It is the
implementation of an automation system for storage silos for raw materials used in the
manufacturing process of industrial electrodes for welding. Briefly, the system involves
monitoring the flow, temperature and level three silos that store the raw material that
goes into the production line. In addition to the variables mentioned above, should also
be monitored other parameters such as power dissipated by the resistance that keeps the
temperature within the silos in ideal conditions and speed variation of motor reductors
gear responsible for stirring the material contained in silos. All factors relevant to the
project implementation are described in this work, so as to show the true role of a
control engineer and automation within an enterprise and application of knowledge
acquired during the course of Control Engineering and Automation University Federal
de Ouro Preto.
Keywords: Flow, temperature, level, speed, power, PLC, HMI.
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ................................................................................................... 12
1.1 Descrição do problema .......................................................................................... 12
1.2 Objetivos ............................................................................................................... 12
1.3 Justificativa ........................................................................................................... 13
1.4 Estrutura do trabalho ............................................................................................. 13
2
REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................... 14
2.1 Conceito de Automação ......................................................................................... 14
2.2 Controle Automático ............................................................................................. 14
2.3 Sensores ................................................................................................................ 15
2.3.1 Termopares ......................................................................................................... 15
2.3.2 Medidores de Vazão ........................................................................................... 16
2.3.3 Sensores de Nível ............................................................................................... 16
2.4 Relé de Estado Sólido ............................................................................................ 17
2.5 Inversor de Frequência .......................................................................................... 18
3 CARACTERÍSTICAS DO PROJETO ................................................................. 19
3.1 Matéria Prima ........................................................................................................ 19
3.2 Controle dos Motores ............................................................................................ 20
3.3 Sensores e Resistências .......................................................................................... 21
3.4 Função do CLP e IHM........................................................................................... 21
4
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS ...................................................................... 22
4.1 Montagem do Painel .............................................................................................. 22
4.2 Programação do CLP ............................................................................................. 27
4.3 Programação da IHM............................................................................................. 37
4.4 Projeto Elétrico do Sistema .................................................................................... 43
4.5 Projeto de Automação............................................................................................ 52
4.6 Testes .................................................................................................................... 55
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 58
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 59
ANEXOS
I – Lista de materiais
II – Componetes do projeto elétrico e de automação
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1- Princípio de funcionamento do termopar. .................................................. 15
Figura 2.2 - Medidor de vazão eletromagnético. .......................................................... 16
Figura 2.3 - Sensor de nível ultrassônico. .................................................................... 17
Figura 2.4 - Relé de estado solido. ............................................................................... 17
Figura 2.5 - Inversor de frequência. ............................................................................. 18
Figura 4.1-Painel pré-montado. ................................................................................... 23
Figura 4.2 - Componentes superiores do painel. ........................................................... 24
Figura 4.3 - Inversores de frequência e fiação sendo colocada. .................................... 25
Figura 4.4- Inversor de frequência e bornes. ................................................................ 26
Figura 4.5 - Botões de sinalização e comando. ............................................................. 26
Figura 4.6 – CLP Micrologix 1400 e módulos de expansão montados no painel. ......... 27
Figura 4.7- Configuração dos componentes do sistema ................................................ 33
Figura 4.8 - Tela principal do programa do CLP .......................................................... 34
Figura 4.9 - Tela de saídas do programa do CLP.......................................................... 34
Figura 4.10 - Estado de bombas e motorredutores. ....................................................... 35
Figura 4.11- Estado das variáveis analógicas. .............................................................. 36
Figura 4.12 - Tela de geração de relatórios. ................................................................. 36
Figura 4.13 - IHM Panel view Plus .............................................................................. 37
Figura 4.14 - Tela principal da IHM ............................................................................ 38
Figura 4.15 - Tela de visualização dos motorredutores. ................................................ 38
Figura 4.16 - Tela motorredutor 1. ............................................................................... 39
Figura 4.17-Comandos e estados da bomba 1. ............................................................. 40
Figura 4.18 - Tela de visualização dos silos. ................................................................ 40
Figura 4.19 - Tela de monitoramento do silo 1. ............................................................ 41
Figura 4.20 - Tela de acionamento das lampadas. ........................................................ 42
Figura 4.21 - Entrada e saída de material. .................................................................... 42
Figura 4.22 - Referencia padrão dos tipos de condutores.............................................. 48
Figura 4.23 - Esquema de entradas e saídas Micrologix 1400. ..................................... 53
Figura 4.24 - Ligações cartão módulo combinado. ....................................................... 53
Figura 4.25 - Padrão de ligação cartão termopar. ......................................................... 54
Figura 4.26 - Cartão de entrada. ................................................................................... 54
Figura 4.27 – Ligações do módulo de saída. ................................................................ 55
Figura 4.28 - Bancada de testes. .................................................................................. 56
Figura 4.29 - Operador fazendo testes no painel. ......................................................... 57
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 - Propriedades silicato de potássio. ............................................................. 20
Tabela 3.2 – Propriedades do silicato de sódio. ............................................................ 20
Tabela 4.3 - Lista de entradas digitais do CLP Micrologix 1400 – 20 pontos. .............. 28
Tabela 4.4 – Lista de entradas digitais modulo combinado 1762 IQ8OW6 – 8 pontos. . 29
Tabela 4.5 - Lista de saídas digitais do CLP Micrologix 1400 - 12 pontos. .................. 29
Tabela 4.6 - Saídas digitais módulo combinado 1762IQ8OW6 – 6 pontos. .................. 30
Tabela 4.7 - Entradas analógicas do CLP Micrologix 1400 - 4 pontos.......................... 30
Tabela 4.8 - Entradas analógicas módulo de expansão para termopar 1762IT4 - 4
pontos. ........................................................................................................................ 30
Tabela 4.9 - Entradas analógicas módulo de expansão para termopar 1762IT4 - 4
pontos. ........................................................................................................................ 30
Tabela 4.10 – Entradas analógicas módulo de expansão 1762IF4 - 4 pontos. ............... 31
Tabela 4.11 - Entradas analógicas módulo de expansão 1762IF4 - 4 pontos. ................ 31
Tabela 4.12 - Saídas analógicas Micrologix 1400 - 2 pontos ........................................ 31
Tabela 4.13 - Saídas analógicas módulo de expansão 1762OF4 - 4 pontos. .................. 31
Tabela 4.14 - Saidas analógicas módulo de expansão 1762OF4 - 4 pontos. .................. 32
Tabela 4.15 - Tabela de fatores de simultaneidade. ...................................................... 44
Tabela 4.16 - Tabela de fatores de utilização para equipamentos.................................. 45
Tabela 4.17 - Rendimento e fator de potência para motores trifásicos. ......................... 45
Tabela 4.18 – Capacidade de condução para os métodos de instalação A1, A2, B1, B2,
C e D. .......................................................................................................................... 50
Tabela 4.19 - Tabela de fatores de correção de temperatura para ambientes diferentes de
30°C. ........................................................................................................................... 51
Tabela 4.20 - Tabela de fatores de correção de agrupamento. ...................................... 52
1
INTRODUÇÃO
Este trabalho foi realizado durante o período de estágio supervisionado na empresa
Trifilar Engenharia, onde foram prestados serviços para a uma empresa fabricante de
eletrodos para soldas industriais. Trata-se de um projeto de um sistema de automação
aplicado ao fluxo de matéria prima armazenada em silos.
O sistema a ser implantado é composto de motores, resistências e sensores, que deverão
ser acionados através de um painel elétrico. Tal painel deverá cuidar tanto da parte
lógica quanto do monitoramento de temperatura, de volume e de vazão do material,
além do acionamento das cargas. Todo o sistema de controle e geração de relatórios será
feito através de uma Interface Homem Máquina - IHM situada na porta do painel.
1.1
Descrição do problema
Foram adquiridos três novos silos de armazenamento de matéria prima utilizada para a
fabricação de eletrodos de soldas industriais. A matéria prima utilizada no processo de
fabricação pode ser o silicato de potássio ou o silicato de sódio.
O sistema deve conter o monitoramento do fluxo de material e a geração de um relatório
indicando quanto material esta entrando e quanto material esta saindo dos silos.
Essas exigências se devem ao fato da não existência de um controle do fluxo de material
e também a não manutenção das condições ideais de armazenamento, o que prejudicava
o processo de fabricação dos eletrodos.
1.2
Objetivos
Este trabalho tem como objetivo descrever a implantação de um sistema de controle
desenvolvido com o objetivo de monitorar as variáveis envolvidas em um determinado
processo de fabricação. Tais variáveis são controladas para que haja a manutenção das
condições ideais de temperatura e nível do material que vai para a linha de produção.
13
1.3
Justificativa
A justificativa para implantação desse projeto foi decorrente de perdas no controle de
material utilizado em seu processo produtivo, tendo como consequência um grande
prejuízo.
Tal preocupação se deve a problemas que a empresa teve no passado, no que diz
respeito ao fluxo de matéria prima.
1.4
Estrutura do trabalho
No capitulo 1, faz-se uma introdução sobre do que se trata o trabalho, com a descrição
do problema proposto, objetivos do trabalho, justificativa do projeto e a estrutura que o
trabalho apresenta, ou seja, a ordem em que os tópicos estão descritos no texto.
No capítulo 2 tem-se a revisão de literatura, que abrange conceitos sobre sistemas de
controle, controle automático, sensores de temperatura (termopares), vazão e de nível,
conceitos de relés de estado sólido e inversores de frequência.
No capítulo 3 são descritas as características do projeto .
No capítulo 4 são descritos os procedimentos práticos utilizados para montagem do
painel, programação do Controlador Lógico Programável - CLP, programação da IHM,
projeto elétrico, projeto de automação e testes realizados.
No capítulo 5 são feitas as considerações finais sobre o trabalho.
2
2.1
REVISÃO DE LITERATURA
Conceito de Automação
Automação (do latim Automatus, que significa mover-se por si), é um sistema
automático de controle pelo qual os mecanismos verificam seu próprio funcionamento,
efetuando
medições e
introduzindo
correções,
sem
a
necessidade
da interferência do homem (HOLANDA,1975).
Automação é todo o processo que realiza tarefas e atividades de forma autônoma ou que
auxilia o homem em suas tarefas do dia a dia. As antigas rodas d’agua, os pilões e os
moinhos são considerados sistemas automatizados. Com o advento das máquinas,
principalmente após a chegada das máquinas a vapor, a automação estabeleceu-se
dentro das indústrias e, como consequência imediata, a elevação da produtividade e da
qualidade dos produtos e dos serviços. Ainda assim, a automação era muito dependente
do homem, pois havia maquinas automáticas espalhadas pelas fábricas, mas sem
integração entre elas (ROSÁRIO, 2009).
2.2
Controle Automático
Um sistema de controle é basicamente um sistema entrada(s)-saída(s). O sistema a ser
controlado é, em geral, chamado de processo ou planta. O processo é um sistema
dinâmico, ou seja, seu comportamento é descrito matematicamente por um conjunto de
equações diferenciais. Como exemplos de sistemas dinâmicos temos, entre outros:
sistemas elétricos, mecânicos, químicos, biológicos e econômicos. A entrada do
processo é chamada de variável de controle ou variável manipulada (MV) e a saída do
processo é chamada de variável controlada ou variável de processo (PV)
(KOBORI,2009).
A filosofia básica de um sistema de controle é unir o resultado da leitura dos elementos
sensores com a ação dos elementos atuadores. Eles recebem as informações lidas dos
sensores para saber o atual estado do processo, executa cálculos e lógicas pré-definidas
(também chamadas de lei de controle) e envia o resultado para os atuadores, de modo
que a situação atual do processo seja modificada para que se atinja um ponto de
operação próximo do desejado (KOBORI,2009).
15
2.3
Sensores
Segundo Mario Anderson de Oliveira, sensores são equipamentos pelos quais o
controlador monitora o processo. Também são considerados como transdutores, pois
realizam a conversão de grandezas físicas em grandezas elétricas.
2.3.1 Termopares
O termopar é um sensor de temperatura que consiste de dois metais diferentes unidos e
mantidos em temperaturas diferentes. O princípio de funcionamento do termopar é
baseado nos efeitos Thomson, Peltier e Seebeck. Deve-se então manter uma junção a
temperatura conhecida T1 (temperatura de referência) e submeter a outra junção à
temperatura T2 (temperatura de teste). Assim, mede-se o valor da tensão de Seebeck
para determinar a temperatura T2, conforme a Figura 2.1.
Figura 2.1- Princípio de funcionamento do termopar.
Fonte: OLIVEIRA, 2009.
A maior dificuldade na utilização do termopar é a baixa tensão de saída, sendo
necessário amplificá-la. Requer compensação da junção fria, porém possui uma maior
linearidade quando comparado a outros sensores. Os metais mais comuns usados na
fabricação de termopares são: ferro, platina, ródio, tungstênio, cobre, liga de níquel com
alumínio, liga de níquel e cromo, liga de cobre e níquel (OLIVEIRA,2009).
O tipo de termopar que foi escolhido para monitorar as condições de temperatura da
matéria prima que ficará armazenada dentro dos silos é o termopar do tipo T. Este
sensor consiste em um par formado por um fio de cobre e outro de constantan. Sua faixa
de utilização situa-se entre -200°C a 400°C. É atacado por soluções alcalinas aeradas,
amônia, peróxido de hidrogênio, sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre. Têm suas
16
aplicações em indústrias de refrigeração, pesquisas agronômicas e ambientais, química
e petroquímica.
2.3.2 Medidores de Vazão
A medição industrial de vazão requer um instrumento específico, conhecido como
medidor de vazão. A vazão é uma grandeza normalmente medida indiretamente, ou
seja, outra grandeza associada à vazão é a grandeza realmente medida, e a vazão é
calculada em função do valor obtido. Por isso, o medidor de vazão consiste de um
elemento primário, um elemento secundário e um transmissor de vazão (WIKIBOOKS,
2010). Na Figura 2.2, mostra-se o medidor de vazão.
Figura 2.2 - Medidor de vazão eletromagnético.
Fonte: CONTROLE & INSTRUMENTAÇÃO, 2005.
2.3.3 Sensores de Nível
Basicamente, os sensores de nível detectam o nível de substâncias contidas em um
recipiente. Tais substâncias podem ser líquidos, pastas, materiais granulares, e pós. A
substância a ser medida pode estar dentro de um recipiente ou pode ser na sua forma
natural, como por exemplo, um rio ou de um lago. A medição de nível pode ser tanto de
valores contínuos ou pontuais. Para valores contínuos os sensores atuam dentro de um
intervalo especificado e determinam a quantidade exata de substância em um
determinado lugar, enquanto o sensor ponto a ponto apenas indica se a substância está
acima ou abaixo do ponto de detecção. Geralmente este último detecta níveis que estão
acima ou abaixo da referencia (CASSIOLATO, 2005). Na Figura 2.3, tem-se o exemplo
17
de um sensor de nível ultrassônico, que tem o princípio de funcionamento a reflexão de
sinais de ultrassom.
Figura 2.3 - Sensor de nível ultrassônico.
Fonte: SUPPORT, 2012.
2.4
Relé de Estado Sólido
Segundo Newton C. Braga, os relés de estado sólido são dispositivos semicondutores
que possuem propriedades funcionais equivalentes as dos relés mecânicos
convencionais. A função do relé de estado sólido é comutar circuitos de potências
elevadas a partir de sinais de pequenas intensidades. Na Figura 2.4 mostra-se o relé de
estado sólido.
Figura 2.4 - Relé de estado solido.
Fonte: NOVUS, 2012.
Os relés de estado sólido têm sido utilizados em grande escala em equipamentos
industriais de todos os tipos. Isso se deve as características elétricas que esses
dispositivos possuem e que são importantes porque influenciam na velocidade de
18
comutação e também ao isolamento. Ao fazer uma comparação entre os relés de estado
sólido e os relés mecânicos tradicionais, os que são de estado sólido têm vantagens
como não possui partes móveis, a não existência de contatos que podem provocar arcos,
de materiais que se desgastam com o uso e de ruído acústico, além de ter uma vida útil é
maior (BRAGA,2009).
No entanto, também existem as desvantagens a serem consideradas como sensibilidade
do circuito de saída, podendo ser danificado por sobre tensões, a necessidade de uma
tensão e corrente mínima para a saída operar, o fato de em alguns casos poder ser mais
caros que os relés convencionais, entre outros.
2.5
Inversor de Frequência
Nos dias atuais, a necessidade de aumento de produção e diminuição de custos, se fez
dentro deste cenário surgir a automação. Com isto uma grande infinidade de
equipamentos foram desenvolvidas para as mais diversas variedades de aplicações e
setores industriais, um dos equipamentos mais utilizados nestes processos
conjuntamente com o CLP é o inversor de frequência, um equipamento versátil e
dinâmico.
Um inversor de frequência é um dispositivo capaz de gerar uma tensão e frequência
trifásicas ajustáveis, com a finalidade de controlar a velocidade de um motor de indução
trifásico (WIKIPÉDIA, 2011). Na Figura 2.5 mostra-se um inversor de frequência.
Figura 2.5 - Inversor de frequência.
Fonte: ROCKWELL AUTOMATION.
3
CARACTERÍSTICAS DO PROJETO
Para implantação do projeto, foram coletadas as configurações dos componentes e
equipamentos que seriam utilizados no sistema. Na descrição de materiais necessários,
estão incluídas quatro bombas que serão utilizadas para transportar a matéria prima que
será armazenada nos silos e que ira para a linha de produção, além de três
motorredutores. Os motorredutores fazem parte do sistema de agitação do material
contido no silo. O inversor de frequência que regula a velocidade do motorredutor fará o
controle de velocidade de uma hélice será movimentada para agitar o material contido
no silo.
As bombas funcionarão de modo que se tenha na entrada do sistema uma bomba
funcionando e outra reserva, caso a que esta funcionando venha a apresentar algum
problema. O mesmo ocorre na saída dos silos.
Um sensor de vazão na entrada e outro na saída do tanque serão responsáveis por
fornecer os valores das quantidades de matéria prima que esta sendo utilizada no
processo. Esses valores também vão para Interface Homem Máquina para que a mesma
possa gerar o relatório e fornecer a vazão instantânea do sistema.
Os elementos de , assim como as características do material a ser transportado para a
linha de produção, acionamento de cargas
3.1
Matéria Prima
As matérias-primas que são utilizadas no processo de fabricação da empresa requerente
do serviço são o silicato de potássio e o silicato de sódio. Para que se possam escolher
os tipos de equipamentos a serem utilizados no sistema é essencial que sejam
conhecidas as características dos materiais que serão armazenados nos silos. A
20
Tabela 3.1 mostra as propriedades do silicato de potássio e Tabela 3.2 as propriedades
do silicato de potássio.
21
Tabela 3.1 - Propriedades silicato de potássio.
PRODUTO
TIPO1
TIPO2
K2O (%)
11,0 - 14,5
9,0 - 10,0
SiO2 (%)
25,0 - 29,0
21,3 - 23,0
SiO2/K2O
1,90 - 2,25
2,10 - 2,40
Sólidos Totais (%)
36,0 - 43,5
30,0 - 33,0
Umidade (%)
56,5 - 64,0
67,0 - 70,0
1,370 - 1,410
1,260 - 1,300
°Be
39,0 - 42,0
30,0 - 33,0
Viscosidade (cP)
400 - 1300
20 - 50
Densidade (g/l)
Fonte: DIATOM,2012.
Tabela 3.2 – Propriedades do silicato de sódio.
PRODUTO
TIPO1
TIPO2
TIPO3
Na2O (%)
14,6 - 15,2
16,5 - 17,6
11,7 - 13,2
SiO2 (%)
32,0 - 34,0
35,0 - 38,3
29,0 - 31,5
Relação SiO2/Na2O
2,15 - 2,40
2,04 - 2,18
2,35 - 2,50
Sólidos Totais (%)
46,6 - 49,2
51,5 - 55,9
40,7 - 44,7
Umidade (%)
50,8 - 53,4
44,1 - 48,5
55,3 - 59,3
1,563 - 1,600
1,653 - 1,675
1,468 - 1,505
°Be
52,0 - 54,0
57,0 - 58,0
46,0 - 48,4
Viscosidade (cP)
900 - 1350
25000 - 35000
150 – 300
Densidade (g/l)
Fonte: DIATOM,2012.
Para dimensionamento dos equipamentos, foram consideradas os dados das matérias
primas do TIPO 1, exibidos nas duas tabelas.
3.2
Controle dos Motores
Neste tópico é descrito de que forma os motores serão acionados. Como características
dos motores que acionam os motorredutoras e as bombas utilizados no sistema tem-se
que os três motorredutores deverão possuir inversores de frequência para o controle de
velocidade. Além disso, as quatro bombas funcionarão com partida direta, sem controle
de velocidade e será utilizada a IHM para todas as operações relacionadas aos motores e
bombas.
22
3.3
Sensores e Resistências
O painel deverá possuir PLC que receba as informações recebidas de seis sensores de
temperatura do tipo termopar, três sensores de nível do tipo ultrassônico e quatro
sensores de vazão do tipo eletromagnético.
Os silos também possuirão resistências que deverão ser controladas pelo painel, com
controle para que a temperatura do material se mantenha dentro de um valor
estabelecido pelo operador na IHM. Deverá ser colocado módulo de potência para este
controle. Serão utilizadas quatro resistências por tanque, com potência de 2kW cada, em
440V, trifásicas. Ao todo teremos 12 resistências controladas pelo painel.
3.4
Função do CLP e IHM
O CLP é responsável por receber informações do sistema e atuar na planta de acordo
com a configuração da sua lógica de programação. Seus comandos são executados pelo
operados por meio da Interface Homem Máquina, que também fornece informações
sobre a velocidade dos motorredutores, vazão das bombas, potência instantânea de cada
resistência, temperatura e nível de material de cada silo.
O CLP também armazena informações de quanto material entrou e quanto saiu dos silos
em tempo real, além de ter um sistema de parada no caso de alguma emergência e de
mostrar os alarmes de defeitos, caso exista algum. Todos os dados citados acima são
fornecidos por meio da Interface Homem Máquina.
4
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS
Os procedimentos utilizados para execução do sistema foram realizados em três etapas.
A primeira etapa diz respeito à descrição da montagem física do painel, ordem em que
os componentes foram montados e eventuais modificações da posição dos componentes,
que estão no item 4.1 deste trabalho.
No item 4.2 é feita a descrição de como foi feita a lógica programação do CLP e quais
os métodos e funções utilizadas e no item 4.3 é descrita a programação da IHM e o
layout das telas que irão controlar o sistema.
4.1
Montagem do Painel
Após a elaboração do projeto, foi iniciada a etapa de construção do painel elétrico que é
responsável pelo funcionamento do sistema.
Para início da montagem, foi necessário que os componentes descritos na lista de
material tivessem entregues, pois a falta de algum item poderia interromper o processo
de montagem.
A primeira parte a ser feita foi a fixação dos trilhos nos quais se encaixariam os
componentes. Para isso foi necessário fazer um layout de como os dispositivos ficariam
dentro do painel e também a leitura dos manuais dos componentes para que se pudesse
pegar as medidas e esboçar de que forma os dispositivos ficariam acomodados dentro
do painel. Na Figura 4.1 tem-se a imagem do painel com alguns dispositivos já
montados.
Além do tamanho dos dispositivos, também foram considerados os diâmetros e a
quantidade de cabos que seriam utilizados. Foi retirada a placa de montagem de dentro
do painel, para que se pudessem fazer os furos que irão prender os trilhos e colocar os
componentes.
24
Figura 4.1-Painel pré-montado.
Após a fixação dos trilhos, foram colocados os componentes que fazem parte do sistema
de força e de controle do painel de forma sequencial, ou seja, de cima para baixo no
painel.
O primeiro item fixado foi o disjuntor em caixa Este dispositivo é responsável pela
proteção geral do painel, seguido da colocação dos sete disjuntores-motores
responsáveis pela proteção das bombas e dos motorredutores. Logo após foram
colocou-se os contatores, os relés, que funcionam de acordo com os comandos
estabelecidos pela programação do CLP, e os minidisjuntores responsáveis proteção dos
circuitos do painel. Na Figura 4.2 mostram-se os componentes do painel.
25
5
6
2
7
1
3
8
4
Figura 4.2 - Componentes superiores do painel.
Os componentes estão numerados e correspondendo aos seguintes componentes:
1. Minidisjuntores;
2. Disjuntor em caixa moldada;
3. Fonte 220/24Vcc;
4. CLP Micrologix 1400;
5. Relé de estado sólido;
6. Disjuntores motores;
7. Contatores e relés;
8. Módulos de expansão CLP.
Abaixo dos minidisjuntores, foram colocados, nessa ordem, a fonte 220V/24V, o CLP
Micrologix 1400 e os seus cartões de expansão. Os relés de estado sólido foram os
últimos itens a serem colocados no painel. Tal fato ocorreu devido à demora na entrega
pelo fornecedor. Foi necessário reorganizar alguns componentes do painel de forma a se
obter os melhores lugares para colocação dos relés de estado sólido. A seguir, foram
colocados os inversores de frequência, como mostra a Figura 4.3, que são responsáveis
pelo movimento das hélices que irão movimentar o silicato dentro dos silos. Este
equipamento além de ser fixado no painel, também teve que ser programado para
trabalhar com a variação de velocidade estabelecida pelo operador da IHM existente na
porta do painel.
26
Figura 4.3 - Inversores de frequência e fiação sendo colocada.
A programação foi feita através da interface existente na frente do inversor, de acordo
com manual fornecido pela Rockwell Automation. Os demais componentes instalados
foram os bornes relés e os bornes fusíveis. Tais dispositivos protegem todos os
componentes internos do painel de sobrecargas advindas dos equipamentos que estão
em campo. Foram colocados alguns bornes de reserva para adaptações ou dispositivos
que possam vir a ser acrescentados futuramente. A Figura 4.4 mostra os bornes e
inversores de frequência já instalados.
Após a parte de montagem dos componentes foram colocados os cabos que ligam os
componentes ao sistema elétrico. Para colocação dos cabos, devem ser seguidos os
procedimentos de identificação e segurança. Visto isso, foram utilizados os cabos
vermelhos para passagem de fases, os azuis para os neutros e os verdes para
aterramento. Também há presilhas numeradas e minicrachás identificando de onde estão
saindo e qual é o destino de cada cabo, seguindo orientações da NBR 5410 (ABNT,
2004). Após a colocação os cabos e efetuadas as ligações os mesmos foram colocados
nas canaletas e fechados, visto que a montagem na placa já estava encerrada.
27
Figura 4.4- Inversor de frequência e bornes.
Com todos os itens já montados na placa, a segunda parte consiste de colocar os botões
de sinalização e comando a serem fixados na porta do painel., como mostra na Figura
4.5. No piso foram colocados os transformadores que passam a tensão de 440V para
220 V. Na porta do painel foram colocados a IHM Panel ViewPlus 6 e os botões de
sinalização e comando.
Figura 4.5 - Botões de sinalização e comando.
A montagem dos componentes no painel foi feita seguindo o projeto inicial, porém, nem
sempre será possível que, após a montagem, o primeiro projeto reproduza fielmente as
medidas reais e a posição dos equipamentos. Portanto, após a montagem será necessário
28
fazer as correções no projeto para que aí sim seja feito o projeto definitivo do painel,
denominado “As Built”.
4.2
Programação do CLP
O CLP utilizado neste projeto foi o Micrologix 1400, da Rockwell. Na Figura 4.6
mostra-se o equipamento montado no painel e já com os módulos de expansão. O CLP
possui 20 entradas digitais, 12 saídas digitais, 4 entradas analógicas e 2 saídas
analógicas.
Figura 4.6 – CLP Micrologix 1400 e módulos de expansão montados no painel.
Para programar o CLP, foi utilizado o software RS Logix 500. O programa contém em
sua lógica intertravamentos entre os diversos dispositivos responsáveis pelo
deslocamento e agitação do silicato. Há também de um banco de dados que registra a
quantidade de material que saiu e entrou nos silos de armazenamento.
Como procedimento para organizar as variáveis, foi feita uma lista de entradas e saídas
que descreve os parâmetros que devem ser controlados. Essa lista e composta de quatro
partes: entradas discretas (digitais), saídas discretas, entradas analógicas e saídas
analógicas.
29
Todos os parâmetros a serem controlados e que estão dispostos na lista de I/O estão
devidamente identificados de acordo com o local em que se encontra e com o endereço
de suas entradas e saídas, no CLP ou nos módulos de expansão.
Para alimentação do CLP foi utilizada uma fonte para converter a tensão de entrada de
220V para uma saída de 24 Vcc, que é responsável pela alimentação dos cartões. Nas
Tabela 4.1, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13 e 4.14 mostram-se a relação
de entradas e saídas de cada equipamento relacionado com sua localização no CLP e
nos módulos de expansão.
Tabela 4.1 - Lista de entradas digitais do CLP Micrologix 1400 – 20 pontos.
NÚMERO
ENTRADA
EQUIPAMENTO/
FUNÇÃO
DESCRIÇÃO
I:0/0
MTR_01_DEF
Defeito Motorredutor 1
I:0/1
MTR_01_FUNC
Funcionando Motorreduto 1
I:0/2
MTR_02DEF
Defeito Motorredutor 2
I:0/3
MTR_02_FUNC
Funcionando motorredutor 2
I:0/4
MTR_03DEF
Defeito Motorredutor 3
I:0/5
MTR_03LIGADO
Funcionando Motorredutor 3
I:0/6
BMB_01_DEF
Defeito Bomba 1
I:0/7
BMB_01_FUNC
Funcionando Bomba 1
I:0/8
BMB_02_DEF
Defeito Bomba 2
I:0/9
BMB_02_FUNC
Funcionando Bomba 2
I:0/10
BMB_03_DEF
Defeito Bomba 3
I:0/11
BMB_03_FUNC
Funcionando Bomba 3
I:0/12
BMB_04_DEF
Defeito Bomba 4
I:0/13
BMB_04_FUNC
Funcionando Bomba 4
I:0/14
EMERGÊNCIA
Botão de Emergência
I:0/15
RESERVA
RESERVA
I:0/16
RESERVA
RESERVA
I:0/17
RESERVA
RESERVA
I:0/18
RESERVA
RESERVA
I:0/19
RESERVA
RESERVA
30
Tabela 4.2 – Lista de entradas digitais modulo combinado 1762 IQ8OW6 – 8 pontos.
NÚMERO
ENTRADA
EQUIPAMENTO/
FUNÇÃO
DESCRIÇÃO
I:1/0
RESERVA
RESERVA
I:1/1
RESERVA
RESERVA
I:1/2
RESERVA
RESERVA
I:1/3
RESERVA
RESERVA
I:1/4
RESERVA
RESERVA
I:1/5
RESERVA
RESERVA
I:1/6
RESERVA
RESERVA
I:1/7
RESERVA
RESERVA
Tabela 4.3 - Lista de saídas digitais do CLP Micrologix 1400 - 12 pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
ENTRADA
FUNÇÃO
O:0/0
MTR_01_LIGA
Liga Motorredutor 1
O:0/1
MTR_02_LIGA
Liga Motorredutor 2
O:0/2
MTR_03_LIGA
Liga Motorredutor 3
O:0/3
BMB_01_LIGA
Liga Bomba 1
O:0/4
BMB_02_LIGA
Liga Bomba 2
O:0/5
BMB_03_LIGA
Liga Bomba 3
O:0/6
BMB_04_LIGA
Liga Bomba 4
O:0/7
LAMP_01_LIGA
Liga Lampada 1
O:0/8
LAMP_02_LIGA
Liga Lampada 2
O:0//9
LAMP_03_LIGA
Liga Lampada 3
O:0/10
RESERVA
RESERVA
O:0/11
RESERVA
RESERVA
DESCRIÇÃO
31
Tabela 4.4 - Saídas digitais módulo combinado 1762IQ8OW6 – 6 pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
ENTRADA
FUNÇÃO
O:1/0
RESERVA
RESERVA
O:1/1
RESERVA
RESERVA
O:1/2
RESERVA
RESERVA
O:1/3
RESERVA
RESERVA
O:1/4
RESERVA
RESERVA
O:1/5
RESERVA
RESERVA
DESCRIÇÃO
Tabela 4.5 - Entradas analógicas do CLP Micrologix 1400 - 4 pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
ENTRADA
FUNÇÃO
I:0.4
MTR_01_VEL_1
Referência Velocidade do Motorredutor 1
I:0.5
MTR_02_VEL_2
Referência Velocidade do Motorredutor 2
I:0.6
MTR_03_VEL_3
Referência Velocidade do Motorredutor 3
I:0.7
RESERVA
RESERVA
DESCRIÇÃO
Tabela 4.6 - Entradas analógicas módulo de expansão para termopar 1762IT4 - 4
pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
ENTRADA
FUNÇÃO
I:2.0
TIT_01_SILO_1
Temperatura do Termopar 1 Silo 1
I:2.1
TIT_02_SILO_1
Temperatura do Termopar 2 Silo 1
I:2.2
TIT_01_SILO_2
Temperatura do Termopar 1 Silo 2
I:2.3
TIT_02_SILO_2
Temperatura do Termopar 2 Silo 2
DESCRIÇÃO
Tabela 4.7 - Entradas analógicas módulo de expansão para termopar 1762IT4 - 4
pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
ENTRADA
FUNÇÃO
I:3.0
TIT_01_SILO_3
Temperatura do Termopar 1 Silo 3
I:3.1
TIT_02_SILO_3
Temperatura do Termopar 2 Silo 3
I:3.2
RESERVA
RESERVA
I:3.3
RESERVA
RESERVA
DESCRIÇÃO
32
Tabela 4.8 – Entradas analógicas módulo de expansão 1762IF4 - 4 pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
DESCRIÇÃO
ENTRADA
FUNÇÃO /
I:4.0
LIT_01_SILO_1
Nível do Silo 1
I:4.1
LIT_02_SILO_2
Nível do Silo 2
I:4.2
LIT_03_SILO_3
Nível do Silo 3
I:4.3
RESERVA
RESERVA
Tabela 4.9 - Entradas analógicas módulo de expansão 1762IF4 - 4 pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
DESCRIÇÃO
ENTRADA
FUNÇÃO
I:5.0
FIT_01_BMB_1
Vazão da Bomba 1
I:5.1
FIT_02_BMB_2
Vazão da Bomba 2
I:5.2
FIT_03_BMB_3
Vazão da Bomba 3
I:5.3
FIT_04_BMB_4
Vazão da Bomba 4
Tabela 4.10 - Saídas analógicas Micrologix 1400 - 2 pontos
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
DESCRIÇÃO
ENTRADA
FUNÇÃO
O:0.4
RESERVA
RESERVA
O:0.5
RESERVA
RESERVA
Tabela 4.11 - Saídas analógicas módulo de expansão 1762OF4 - 4 pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
ENTRADA
FUNÇÃO
O:6.0
MTR_01_INV
DESCRIÇÃO
Variação Velocidade Inversor
Motorredutor 1
O:6.1
MTR_02_INV
Variação Velocidade Inversor
Motorredutor 2
O:6.2
MTR_03_INV
Variação Velocidade Inversor
Motorredutor 3
O:6.3
RESERVA
RESERVA
33
Tabela 4.12 - Saidas analógicas módulo de expansão 1762OF4 - 4 pontos.
NÚMERO
EQUIPAMENTO/
ENTRADA
FUNÇÃO
O:7.0
POT_GR01_SIL_01
DESCRIÇÃO
Potência Instantânea do Grupo 1 Silo 1
(Rele ES 1)
O:7.1
POT_GR02_SIL_02
Potência Instantânea do Grupo 2 Silo 2
(Rele ES 2)
O:7.2
POT_GR03_SIL_03
Potência Instantânea do Grupo 3 Silo 3
(Rele ES 3)
O:7.3
RESERVA
RESERVA
As tabelas com a esquematização das entradas e saídas do projeto são o primeiro passo
para organizar as variáveis do sistema que serão inseridas no programa do CLP. É
importante ressaltar que o tipo de CLP é escolhido de acordo com o tipo de aplicação do
mesmo. Portanto, a decisão sobre o tipo de controlador a ser utilizado só é tomada após
a criação destas listas.
Depois do levantamento de entradas e saídas foi dado inicio a configuração do sistema
através do campo IO configuration do programa. Nesta fase insere-se no software quais
são as características do sistema de controle, como tipo de CLP e módulos de expansão
que consigam suprir a quantidade de entradas e saídas do sistema. Na Figura 4.7
mostra-se como foi feita a configuração do sistema.
Primeiramente são selecionados o modelo de CLP e os cartões de expansão que farão
parte sistema de controle do painel. Para esta aplicação o primeiro item a ser escolhido
foi o controlador Micrologix 1400, e em seguida, um módulo combinado com oito
entradas e seis saídas, dois módulos específicos para termopar com quatro canais cada
um, dois módulos com quatro entradas analógicas cada um e dois módulos com quatro
saídas analógicas cada um.
É importante ressaltar que os cartões de expansão para termopar foram escolhidos
porque tem a propriedade de converter o sinal do termopar, em milivolt, para
miliampère, que é a leitura do controlador.
34
A função JSR e responsável por criar uma sub-rotina dentro do programa para os
dispositivos eletromecânicos da planta e direcionar seu fluxo dentro do programa
principal para outra sub-rotina. Isto é necessário para que se possa fazer o
intertravamento entre as bombas e motorredutores nas telas em que será descrita a
lógica de controle de cada um dos equipamentos
Figura 4.7- Configuração dos componentes do sistema
Na tela saída está a descrição de todas as saídas, tanto digitais quanto analógicas. Nas
saídas foram colocados os comandos que os equipamentos deverão obedecer de acordo
com a lógica de cada uma deles. A lógica foi feita de forma que cada uma das linhas foi
relacionada a um determinado equipamento através de um contato simples e um sinal
em série com o contato. Este sinal vai para o controlador e para a IHM. Na Figura 4.8
mostra-se a tela principal da programação do controlador.
35
Figura 4.8 - Tela principal do programa do CLP
Na Figura 4.9 mostra-se a configuração da tela das saídas do controlador.
Figura 4.9 - Tela de saídas do programa do CLP.
A programação é feita de forma que se tenha o intertravamento de cada equipamento
deste tipo com os outros equipamentos. Isso é necessário para que se um dos
equipamentos estiver com defeito, os outros não continuem funcionando e gerando
36
produtos defeituosos ou sobrecarregue algum componente. Na Figura 4.10 tem-se o
estado dos equipamentos do sistema.
Figura 4.10 - Estado de bombas e motorredutores.
A lógica das bombas também apresenta o mesmo principio utilizado para os
motorredutores. Isto acontece porque a programação utilizada é um padrão de
programação para motores, que é o caso tanto das bombas quanto dos motorredutores.
Em relação às entradas analógicas, tem-se a programação utilizando a função SCP, que
controla os valores máximos e mínimos em que as variáveis analógicas do sistema
devem estar contidas, correspondendo uma variação de zero a cem por cento da
capacidade do sistema. Na Figura 4.11 mostra-se o estado das variáveis analógicas.
37
Figura 4.11- Estado das variáveis analógicas.
A lógica utilizada para que o controlador pudesse fazer a geração de relatórios foi de
criar um banco de dados que a cada um segundo fizesse o registro do valor que a
variável tivesse naquele momento. Outra linha do programa acumula todos os registros
diários acumulando-os, até que cada mês seja fechado. Isso é feito para os doze meses
do ano. Ao encerrar um ciclo de doze meses, o banco de dados é zerado e se inicia uma
nova contagem a partir do mês de janeiro. Na Figura 4.12 mostra-se a tela de
configuração de geração de relatórios.
Figura 4.12 - Tela de geração de relatórios.
38
4.3
Programação da IHM
A IHM utilizada no projeto foi o modelo PanelView Plus 6, da Rockwell Automation
,como mostra-se na Figura 4.13 . Tal componente utiliza o software de programação
FactoryTalk View Machine Edition, feito pela mesma empresa. Este software tem a
função semelhante a do software utilizado para programar o CLP. Uma vez feitas as
telas que serão responsáveis pelo funcionamento e supervisão do sistema, estas devem
ser carregadas na IHM para que se torne efetivamente a parte de comando do mesmo.
Uma sequência hierárquica foi feita durante a programação para que se pudesse navegar
entre os componentes do sistema da tela principal para os equipamentos específicos,
além de ter um acompanhamento de quanto material está entrando e quanto está saindo
dos silos em tempo real.
Figura 4.13 - IHM Panel view Plus
Como o modelo de IHM utilizado não possui touchscreen, cada botão existente no
painel da mesma representa um componente ou função correspondente. Tal escolha fica
a cargo do programador. Na Figura 4.14 mostra-se a tela principal da IHM.
Ao clicar no botão “MOTORREDUTORES”, será aberta uma tela na qual é possível
ver a situação de cada um dos motorredutores, além de poder retornar para a tela
anterior utilizando-se o botão “VOLTA”. A tela de estados de cada motorredutor deve
ter como comandos as funções “ LIGA” e “VARIAÇÃO DE VELOCIDADE”, assim
como os estados indicadores de velocidade, funcionando e defeito para cada um dos três
motorredutores.
39
Figura 4.14 - Tela principal da IHM
Na Erro! Fonte de referência não encontrada. mostra-se a tela na qual se pode escolher qual
motorredutor do sistema a ser visualizado.
Figura 4.15 - Tela de visualização dos motorredutores.
40
Na Erro! Fonte de referência não encontrada. mostra-se como exemplo o layout da tela de
stados do motorredutor 1.
Figura 4.16 - Tela motorredutor 1.
A partir da tela principal, também é possível acionar o conjunto de bombas que
compõem o sistema através do botão “BOMBAS”. Tal botão permite acesso à tela em
que se encontram as quatro bombas do sistema.
O sistema de bombas deve ter um arranjo de forma que quando houver necessidade de
uma das bombas parar por qualquer motivo a outra continua o processo. Resumindo,
uma bomba será reserva da outra caso seja necessário. Na Figura 4.17 mostra-se o
display de comandos e estados da bomba 1.
41
Figura 4.17-Comandos e estados da bomba 1.
A função seguinte que a tela principal da IHM supervisiona é relativa ao estado dos
silos de armazenamento de matéria prima. A partir da tela principal a função “SILOS” é
acionada e a partir daí é possível escolher qual dos três silos se quer observar. Os
estados dos silos que devem ser monitorados, por determinação do solicitante, são as
temperaturas no topo e na base dos silos, nível e potência das resistências que aquecem
o silicato. Na Figura 4.18 mostra-se a configuração da tela na qual se visualiza os silos.
Figura 4.18 - Tela de visualização dos silos.
42
A seguir tem-se a supervisão relativa ao estado dos silos de armazenamento de matéria
prima. A partir da tela principal a função “SILOS” é acionada e a partir daí é possível
escolher qual dos três silos se quer observar. Os estados dos silos que devem ser
monitorados, por determinação do solicitante, são as temperaturas no topo e na base dos
silos, nível e potência das resistências que aquecem o silicato.
A função seguinte que a tela principal da IHM supervisiona é relativa ao estado das
variáveis dos silos de armazenamento de matéria prima. Os estados dos silos que
devem ser monitorados são as temperaturas no topo e na base dos silos, nível e potência
instantânea das resistências que aquecem o silicato. Na Figura 4.19 mostra-se as
variáveis que o “SILO 1” está monitorando.
Figura 4.19 - Tela de monitoramento do silo 1.
Também foi exigido que fossem incluídos na IHM uma tela de comando para acender
e apagar lâmpadas que servem para iluminar os silos de forma que fosse possível
visualizar o nível do silicato dentro dos silos durante a noite ou quando a iluminação
natural estivesse fraca. Na Figura 4.20 mostra-se a tela de acionamento das lâmpadas.
43
Figura 4.20 - Tela de acionamento das lampadas.
O campo total de entrada mostra a quantidade de matéria prima acumulada parcial e
totalmente que entrou nos silos de armazenamento durante um determinado mês. O
campo total de saída indica a quantidade de matéria prima que saiu dos silos de
armazenamento. O esquema é idêntico ao de entrada de matéria prima. Na Figura 4.21
mostra-se a tela de estados de entrada e saída de material.
Figura 4.21 - Entrada e saída de material.
44
4.4
Projeto Elétrico do Sistema
Para que fosse feito o projeto elétrico do sistema, foi feito um levantamento das
condições do ambiente de trabalho dos equipamentos para avaliar quais seriam mais
adequados para trabalhar sob as condições ambientais apresentadas pelo local e sob as
condições de alimentação de tensão da rede elétrica fornecida pela concessionária de
energia local. As condições apresentadas foram as seguintes:
Temperatura média ambiente: 35° C;
Altitude: 852 m (abaixo de 1000 m);
Sistema de alimentação: Concessionária local;
Frequência: 60 Hz;
Tensão nominal de alta tensão: 13,8 kV;
Ambiente de instalação dos motores normal (baixa poeira e pouca umidade);
Também foi efetuado o calculo da demanda de potência dos equipamentos a serem
utilizados.
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a determinação da
potência de alimentação é essencial para a concepção econômica e segura de uma
instalação, dentro de limites adequados de elevação de temperatura e de queda de
tensão. Na determinação da potência de alimentação de uma instalação ou de parte dela
devem ser computados os equipamentos de utilização a serem alimentados, com suas
respectivas potências nominais, e, em seguida, consideradas as possibilidades de não
simultaneidade de funcionamento destes equipamentos, bem como capacidade de
reserva para futuras ampliações, seguindo a NBR 5410 (ABNT, 2004).
Os equipamentos, como dito anteriormente, são três motorredutores que funcionam com
um motor trifásico de potência 20 cv e quatro bombas também movidas a um motor de
indução de 30 cv. Para efetuar o calculo de demanda dos equipamentos utilizamos a Eq.
(4.1):
(4.1)
45
onde: Dm é a demanda dos motores, em kVA; Pm a potência nominal, em cv; Fu o
fator de utilização; Fp o fator de potência; Fs o fator de simultaneidade; η o rendimento
e N a quantidade de motores de mesma potência.
Foram utilizadas no calculo da demanda a Tabela 4.13 e a
46
Tabela 4.14 para extrair os valores necessários para o cálculo de demanda. O fator de
simultaneidade, que é a relação entre a demanda máxima do grupo de equipamentos e a
soma das demandas individuais dos equipamentos do mesmo grupo, em um
determinado intervalo de tempo (MATSUMI, 2010). Como têm-se três motorredutores
de potência 20 CV e quatro bombas de 30 CV, pode-se utilizar o valor estimado para
oito aparelho que estão entre 20 e 40 CV. Tal valor para este fator é 0,75.
Tabela 4.13 - Tabela de fatores de simultaneidade.
Fonte: MOURA, 2006
O fator de utilização é o fator pelo qual deve ser multiplicada a potência nominal do
aparelho (em cv) para que se obtenha a potência média que o mesmo absorve. Na
47
Tabela 4.14 mostram-se os fatores de utilização para equipamentos. Os valores que
foram extraídos foram os de motores de 20 a 40 CV.
48
Tabela 4.14 - Tabela de fatores de utilização para equipamentos.
Fonte: MOURA, 2006
Na Tabela 4.15 tem-se os rendimentos e fatores de potência para os motores de potência
até 250 CV e com quantidade de pólos variando de dois a oito.
Tabela 4.15 - Rendimento e fator de potência para motores trifásicos.
Fonte: MOURA,2006
49
Utilizando-se a Eq.(4.1) , o calculo de demanda dos equipamentos ficou da seguinte
forma:

Para os motorredutores:

Para as bombas:
A seção mínima dos condutores elétricos deve satisfazer, simultaneamente, aos
seguintes critérios:

seção mínima;

capacidade de condução de corrente;

limite de queda de tensão;

sobrecarga

capacidade de condução da corrente de curto-circuito por tempo ilimitado;

contatos indiretos;
Inicialmente os condutores foram dimensionados pelos três primeiros critérios. Assim,
quando o dimensionamento das proteções tem como base as intensidades das correntes
de falta, devem-se analisar os valores destas e os respectivos tempos de duração com os
valores máximos admitidos pelo isolamento dos condutores utilizados.
De acordo as normas da NBR 5410 (ABNT, 2004) e com as especificações dos
componentes da planta, foi feito o dimensionamento da seção dos condutores do
circuito e de seus dispositivos de proteção.
50
Os fatores básicos que envolvem o dimensionamento de um condutor são:

tensão nominal;

frequência nominal;

potência ou corrente da carga a ser suprida;

fator de potência da carga;

tipo de sistema: monofásico, bifásico ou trifásico;

método de instalação dos condutores;

tipos de carga: iluminação, motores, capacitores, etc.;

corrente de curto-circuito.
Com base nesses fatores, foram feitos os cálculos para determinar a escolha dos
componentes elétricos com padrão comercial que mais se aproximasse do valor real de
tensão consumida pelos equipamentos. Tal procedimento é importante para que não haja
sobrecargas que venham a danificar os equipamentos do sistema.
A seção mínima dos condutores elétricos deve satisfazer, simultaneamente, aos três
critérios seguintes;

Critério da capacidade de corrente máxima.
Consiste em determinar o valor da corrente máxima que percorrerá o condutor,
levando em consideração o método de instalação.

Limites de queda de tensão de acordo com a NBR5410 (ABNT, 2004).
Dimensionada a seção do condutor pela capacidade de corrente, é necessário saber
se a seção encontrada pode ocasionar uma queda de tensão.
Influenciam, na definição da seção do condutor, além da potência consumida pela carga,
o método de instalação dos cabos.
51
De acordo com o critério de seção mínima de condutores, temos que obedecer duas
regras:

Condutores de Iluminação: seção mínima 1,5mm2

Condutores de Força: seção mínima 2,5mm2
O fator de correção de agrupamento de condutores é definido de acordo com o número
de circuitos e cabos multipolares e o método de instalação utilizado. O fator de correção
de temperatura depende do tipo de instalação (ambiente ou solo) e do tipo de isolação
do condutor.
Na Figura 4.22 mostra a referência padrão dos tipos de condutores utilizados em
instalações elétricas de acordo com o meio no qual o condutor está envolvido.
Figura 4.22 - Referencia padrão dos tipos de condutores.
Fonte: PIRELLI, 2008
Esta padronização é utilizada para que possamos utilizar a tabela que relaciona corrente
com a seção dos cabos que são comercialmente vendidos, como mostra a TAB.18. Os
circuitos para ligação de motores são caracterizados por serem geralmente trifásicos e
ligados a três condutores. No caso dos equipamentos utilizados nessa planta não é
diferente. Para dimensionar os componentes do circuito, utilizamos as Eqs. (4.2) e (4.3)
relacionadas a potência dos equipamentos industriais. Também foi levado em
consideração que o sistema de alimentação é trifásico:
52
√
(4.2)
(4.3)
Igualando-se as Eqs. (4.2) e (4.3) tem-se a Eq.(4.4):
√
(4.4)
Onde: P3 é a potência trifásica, VF a tensão de Fase, VL a tensão de linha, IL a corrente
de linha, η o rendimento e Fp o fator de potência.
Para calcularmos a corrente de projeto utilizaremos a Eq.(4.5):
(√
)
(4.5)
Serão utilizados 3 motorredutores de 20 CV, alimentados a uma tensão de 440 V
trifásico. Sua corrente de projeto (nominal) será:
Também serão utilizadas quatro bombas de potência 30cv, alimentadas a uma tensão de
440V trifásico. O valor de corrente de projeto para cada uma é:
I =23,2 A
53
No caso de circuitos para ligação de motores (Fator de serviço = 1) tem-se a Eq.(4.6),
que mostra a corrente total que passa pelo condutor que sai da central de comando de
motores – CCM .
(4.6)
∑
Utilizando-se a Eq. (4.6) tem-se:
Visto isso, utilizaremos como referência para dimensionamento os dados da Tabela 4.16
para que possa ser feito o dimensionamento de acordo com os valores comerciais
padrão para seção dos condutores.
Tabela 4.16 – Capacidade de condução para os métodos de instalação A1, A2, B1, B2,
C e D.
Fonte: MOURA, 2006.
54
O próximo passo é calcular a corrente admissível para o condutor. Para isso, utiliza-se a
Eq. (4.7):
(4.7)
Onde:
FCT - Fator de correção de temperatura
FCA - Fator de correção de agrupamento
Iadm - Corrente admissível
A Tabela 4.17 mostra os fatores de correção de temperatura e a Tabela 4.18 mostra os
fatores de correção relacionados com o número de circuitos de um sistema.
Tabela 4.17 - Tabela de fatores de correção de temperatura para ambientes diferentes de
30°C.
Fonte: MOURA, 2006.
55
Tabela 4.18 - Tabela de fatores de correção de agrupamento.
Fonte: ALTOQI, 2009.
Utilizando-se a Eq. (4.7), a corrente admissível ficará da seguinte forma para os
motorredutores:
E para as bombas:
A partir desses cálculos e da utilização das tabelas foram escolhidos os dispositivos de
proteção do sistema, assim como a escolha da espessura dos cabos condutores para cada
seção do circuito. Vale ressaltar que os dispositivos e cabos seguem um padrão
comercial pré-estabelecido.
4.5
Projeto de Automação
Para o projeto de automação foram utilizados os manuais do controlador e dos cartões
de expansão. Neles estão contidos os procedimentos para fazer as ligações do sistema
de automação. As ligações foram feitas relacionando os endereços da programação, que
estão nas tabelas, com os endereços contidos no manual. Na Figura 4.23 mostra-se o
esquema de entradas e saídas do CLP Micrologix 1400.
56
Figura 4.23 - Esquema de entradas e saídas Micrologix 1400.
Fonte: ROCKWELL AUTOMATION, 2009.
Para o módulo combinado 1762-IQ8OW6, que possui oito entradas e seis saídas o
esquema de ligação foi feito conforme o esquema da Figura 4.24. Todos os dispositivos
ligados em 24Vcc tiveram seus canais comum (COM) “jumpeados” e ligados no
comum da fonte de alimentação.
Figura 4.24 - Ligações cartão módulo combinado.
Fonte: ROCKWELL AUTOMATION, 2005.
57
Para o módulo termopar 1762-IT4, que tem capacidade para quatro termopares, ligouse os pólos positivos e negativos de cada um deles com a finalidade de traduzir o sinal
para enviar ao CLP. Na Figura 4.25 mostra-se como são feitas as ligações do cartão de
termopar.
Figura 4.25 - Padrão de ligação cartão termopar.
Fonte: ROCKWELL AUTOMATION, 2002.
O próximo passo a ser feito foi a realização das ligações dos dois cartões de entrada
1762-IF4 aos contatores seguindo o padrão de ligação mostrado na Figura 4.26.
Figura 4.26 - Cartão de entrada.
Fonte: ROCKWELL AUTOMATION, 2011.
58
Por fim, fez -se as ligações do modulo de saída 1762-OF4, seguindo orientações do
esquema de ligação da Figura 4.27.
Figura 4.27 – Ligações do módulo de saída.
Fonte: ROCKWELL AUTOMATION, 2011.
Neste capítulo demonstra-se apenas qual foi o padrão de ligação dos módulos de
expansão e do controlador que fazem parte do sistema para que fosse feito o projeto de
automação. Tal projeto foi feito utilizando-se o programa Autocad 2009 e nele estão
representados, através de desenhos, a disposição dos componentes, de onde vem cada
ligação e para onde vão as mesmas, com os respectivos canais e endereços de entrada e
saída. É necessário que se veja o projeto que está em anexo para maior entendimento e
acompanhamento desse item.
4.6
Testes
Assim que foi concluída a montagem do painel, a programação do CLP e da IHM
realizaram-se os testes do sistema elétrico e de automação do painel. Na Figura 4.28
mostra-se a bancada de testes do painel.
59
Figura 4.28 - Bancada de testes.
Primeiramente, energiza-se painel por meio de uma bancada de testes com a finalidade
de verificar o funcionamento do sistema elétrico. Constatado que sim, passou-se para a
fase de testes com os dispositivos de proteção. Deu-se uma pequena sobrecarga no
sistema para ver se os disjuntores iriam desarmar ao serem solicitados. Alguns pontos
foram identificados com falta de ligação adequada, devido a fios que estavam soltos.
Como foram poucos pontos, refez-se as ligações e o sistema de proteção funcionou
perfeitamente. A etapa seguinte consistiu em verificar o sistema de automação do
painel. O software Rs Logix 500, através do campo “online”, faz o teste para ver se os
comandos do controlador estão funcionando quando acionados. Inicialmente ligou-se
um cabo de rede no qual uma extremidade ficou no computador e outra no CLP. Esse
cabo levará as informações e comandos que são dados quando o sistema esta rodando
online. É possível ver também onde estão os pontos energizados do sistema.
Visto isso, são acionadas todas as saídas, verificando se os contatores obedecem aos
comandos. A maioria dos testes deu certo, porém alguns contatores, ao acionar-se a
função “liga” no programa, não estavam respondendo. Quando esse problema era
constatado, era feita a verificação ponto a ponto com o multímetro para solucionar o
problema. A maioria deles estava no tipo de ligação do contator. Por exemplo, o
comando do controlador era específico para um contato normalmente fechado e a
60
ligação do painel estava normalmente aberta. Depois de três horas e meia realizando os
testes todos os problemas foram solucionados e o painel estava pronto para ser entregue
no dia seguinte. Na Figura 4.29 mostra-se o operador fazendo os testes no painel.
Figura 4.29 - Operador fazendo testes no painel.
5
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A parte de fabricação do painel foi feita com sucesso e sem atrasos.
Por fim, os silos de armazenamento não foram entregues no prazo, não possibilitando
que o start up fosse feito no momento da entrega do painel.
Contudo, o trabalho foi de grande aprendizado e foi possível complementar o
conhecimento adquirido na universidade com a prática, verificando-se uma das funções
que um engenheiro de controle e automação faz dentro de uma empresa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Baixa Tensão: NBR 5410. Rio de Janeiro, 2004.
BRAGA,
NEWTON
C.
Relés
de
estado
sólido.
Disponível
em:<http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/1436-art210.html>.
Acesso em 25, jun,2012.
CONVERSOR DE FREQUÊNCIA. Disponível em:< http://pt.wikipedia.org/wiki/
Conversor_de_frequ%C3%AAncia>.Acesso 30, ago, 2012.
CASSIOLATO, CÉSAR. Medição de nível & nível de interface. Revista Controle &
Instrumentação, Edição nº 110, 2005.
HOLANDA,
AURÉLIO
BUARQUE
DE. Novo
dicionário
da
língua
portuguesa. 12a.impressão. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1975. p. 163.
INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS. .Notas de Aula. Disponível em:
<http://xa.yimg.com/kq/groups/18974840/1332293259/name/Condutores,+Dimensiona
mento+de,+notas+de+aula,+EXCELENTE.pdf> Acesso em: 12. Jul. 2012.
KOBORI, ANTONIO CARLOS., Eletrônica Industrial II, 2009.
MATSUMI,CARLOS T. Instalações Elétricas Industriais. Instituto Federal de Santa
Catarina.
MECÃNICA dos fluidos. Disponível em:< http://pt.wikibooks.org/ wiki /Mec% C 3%
A2nica_dos_fluidos/Classifica%C3%A7%C3%A3o_dos_medidores_de_vaz%C3%A3o
>Acesso em:20, mai.2012.
OLIVEIRA, M.A., Sensores. Instituto Federal de Educação Tecnológica/MT,
Cuiaba,2009.
63
PROPRIEDADES do silicato de sódio. Disponível em:<http://www.diatom.com.br/ptBR/produtos/silicato/silicato-de-sodio> Acesso em: 25. Jun. 2012.
PROPRIEDADES
do
silicato
de
potássio.
Disponível
em:<http://www.diatom.com.br/pt-BR/produtos/silicato/silicato-de-potassio>
Acesso
em: 25. Jun. 2012.
CATÁLOGO PIRELLI. Referencia padrão dos tipos de condutores. Pirelli, 2008.
ROCKWELL AUTOMATION. Installation Instructions MicroLogix 1762- OF4
Analog Output Module, 2011.
ROCKWELL AUTOMATION. Instruções
Programáveis MicroLogix 1400, 2009.
de
Instalação
Controladores
ROCKWELL AUTOMATION. Installation Instructions MicroLogix 1762- IF4
Analog Imput Module, 2011.
ROCKWELL AUTOMATION. DC-Input/Relay-Output Combination Module,
2005.
ROCKWELL AUTOMATION. Micrologix 1200 Thermocouple/mV Input Module ,
2002.
ROSARIO, J. M. Princípios de Mecatrônica, Editora Pearson Education, 2005.
ANEXOS
I - LISTA DE MATERIAL
Para a montagem do painel que controla o sistema forma utilizados os seguintes
equipamentos:

Inversores – Allen Bradley (Rockwell);

PLC –Allen Bradley (Rockwell) – Micrologix1400 ;

Disjuntores – Schneider (Telemecanique);

Contatores – Schneider (Telemecanique);

IHM – Allen Bradley (Rockwell) – PanewView Plus 6;

Módulo de potência Contemp;

Armário IP 65;

Botão de emergência vedado;

Disjuntor
em
caixa
moldada
Easypact,
3P,250A,
50kA/220-240Vca,
25kA/380Vca e 20kA/440Vca, IEC 60947-2.1 ;

Manopla rotativa prolongada, com possibilidade de colocação de cadeado para
disjuntores EZC250N/H;

Mini-disjuntor termomagnético 2p, 10A, 6kA/230Vca e 3kA/415Vca, curva C,
IEC 60947-2;

Conjunto completo de fusível retardado tipo Diazed, 6ª;

Transformador de potencial monofásico, 440/220V, 1000VA;

Transformador de potencial monofásico, 440/24V, 100VA;

Fonte de alimentação chaveada, entrada 220Vca, saída 24Vcc, 6A;

3 Motorredutores - 20CV/440V

Chave seccionadora porta-fusível, 160A;

Fusível tipo NH, ultrarrápido, tamanho 00, 50A;

Inversor de frequência PowerFlex 753, 27A para 20HP, 480Vca, com filtro de
RFI, IGBT para frenagem dinâmica, tecnologia V/HZ e Vector, temperatura de
operação 50 graus, IP20. Frame 3;

4 Bombas - 30CV/440V

Disjuntor-motor termomagnético, acionamento por manopla rotativa, 3P, reg.
30-40A, 100kA/230-415Vca, 50kA/440Vca, 10kA/500Vca, 5kA/690Vca;
65

Contator 3P eletromagnético, corrente nominal na cat. AC1 de 40A / AC3 de
25A, acionamento em 220Vca, 50/60Hz, classe 600V;

Contator 3P eletromagnético, corrente nominal na cat. AC1 de 32A / AC3 de
18A, acionamento em 220Vca, 50/60Hz, classe 600V;

Bloco aditivo de contatos auxiliares para contatores 2NA+2NF, frontal.

Temporizador eletrônico ao trabalho 0,05 seg, a 300H, 2NAF;
Dispositivos de Controle

Panel View Plus 6, colorido, 7 polegadas, teclado, alimentação Vcc,
comunicação Ethernet e RS232;

Controlador Programável Micrologix 1400 - 120/240Vca - 20 entradas digitais
24Vcc, sendo 12 rápidas. 12 saídas à relé, 4 entradas analógicas (tensão), 2
saídas analógicas (tensão). Portas de comunicação: 1 RS232/RS485, 1
Ethernet/IP;

Módulo com 4 entradas analógicas em tensão ou corrente para Micrologix
1100/1200/1400;

Módulo de saídas analógicas para Micrologix 1100 e 1200 com 4 saídas, 010Vcc ou 4 a 20mA;

Módulo com 8 saídas digitais a relé, para Micrologix 1200/1400;

Módulo com 32 entradas digitais, em 24 Vcc, para Micrologix 1200/1100/1400;

FACTORYTALK View Studio para ME - Software de configuração destinado
ao desenvolvimento e teste de aplicações de IHM (FACTORYTALK View ME
e Panelview Plus). Inclui RSLinx Enterprise;

Relé de estado sólido trifásico;

Dissipador de calor;
Dispositivos para a redua de bornes

Borne padrão linha parafuso, linha SNK, para cabos de até 4 mm² - 32ª;

Borne padrão linha parafuso, linha SNK,para cabos de até 10 mm² - 57ª;

Poste de fixação para bornes;
66

classe 600V, 2NA + 2NF;

Botão Tampa para bornes até 16mm²;
Dispositivos de sinalização e comando

Contator auxiliar eletromagnético, corrente nominal 10A, acionamento em
220Vca, cogumelo "tipo soco", Ø 30mm, girar para destravar, cabeçote
40mm,1NF, vermelho;

Sinaleiro luminoso, Ø 30mm, LED alto brilho (lâmpada BA9s inclusa),
24Vca/cc, vermelho;

Sinaleiro luminoso, Ø 30mm, LED alto brilho (lâmpada BA9s inclusa),
24Vca/cc, verde;

Sinaleiro luminoso, Ø 30mm, LED alto brilho (lâmpada BA9s inclusa),
24Vca/cc, amarelo;
Componentes do painel

Armário de aço auto sustentado nas dimensões 2200x1000x600 mm (AxLxP),
pintura eletrostática à pó na cor Cinza RAL 7032 e placa de montagem, na cor
Laranja RAL 2004. Bitola das chapas: 12MSG estrutura e placa de montagem;
14MSG porta, teto e fechamento traseiro. Base soleira, argolas de içamento,
tampa inferior, fecho do tipo cremona, grau de proteção IP-65;

Conjunto de ventilação, 220V, veneziana 255x255 e ventilador 185 m3;

Veneziana 255 x 255 mm, com filtro;

Conjunto de Iluminação Fluorescente(micro switch, lâmpada), 40W,220V;

Porta documentos formato A4;

Barramento retangular de cobre 269A;

Canaleta recorte aberto 80 x 80mm, 2 metros;

Trilho metálico de fixação, 2 metros;

Isolador em epoxi 25 x 30mm;

Demais cabos para conexões internas;

Acessórios diversos tais como parafusos,arruelas, porcas e etc;
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
Demais acessórios, se aplicáveis, tais como cabos internos, barramentos,
isoladores, etc, necessários ao perfeito funcionamento do painel fazem parte do
escopo de fornecimento.
II – COMPONENTES DO PROJETO ELÉTRICO E DE AUTOMAÇÃO
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