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  • 1. 141. INTRODUÇÃO Embora as concessões dos serviços de saneamento e abastecimento deágua à população no Brasil pertençam aos municípios, na maior parte do paíselas são operadas pelas empresas estaduais de saneamento, que exercem ummonopólio sobre todas as fases de produção, tratamento e distribuição destebem. As empresas estaduais ou até mesmo privadas, devido ao esgotamentode sua capacidade financeira de endividamento, enfrentam sérias dificuldadespara investir em expansão e melhorias para atendimento da população que nãopossui acesso ao serviço, nessa situação convive-se com as perdas (água nãocontabilizada, ou seja, incluem-se as perdas comerciais e perdas físicas), essasperdas ocorrem durante os vários processos que compõem a produção,reservação, distribuição e a comercialização da água. Reverter essa situação, obtendo controle automático dos níveis dosreservatórios de água, minimizando o desperdício, através de um controleoperacional mais eficiente de perdas, é uma questão estratégica de viabilizaçãofinanceira, econômica e operacional para as empresas brasileiras desaneamento. Com isso é necessário realizar-se investimento é tecnologia. Hoje aautomação é um processo que visa a mecanização, desburocratização e abusca pela excelência na execução de um serviço ou no processo produtivo deuma mercadoria, não podendo ser entendida apenas como uma instalação, mascomo um processo complexo que está totalmente ligada à tecnologia. Quando citamos o termo tecnologia, nos referimos da elevação do capitalsocial comum – o conhecimento - bem como a captação de recursos econseqüentemente um maior volume de investimentos. Ao trabalhar modelos de automação não podemos entendê-los comosinônimo de redução do quadro de funcionários, e, sim como benefício que umtrabalho menos repetitivo pode ser substituído ao se optar pelos benefícios datecnologia. Uma vez que os objetivos do uso de automação por CLP é a maiorprodutividade, controle, qualidade nos serviços e aumento de lucros.
  • 2. 15 Desta maneira, existe a situação: se não há controle de forma adequada,o processo não existe, com isso não existe gerenciamento eficiente.1.1 Objetivo geral Obter o controle automático dos níveis do reservatório de água dosistema de abastecimento da cidade de Manaus1.2 Objetivos específicos • Evitar o desperdício de água tratada no reservatório do bairro Jorge Teixeira II; • Eliminar constantes manutenções nos equipamentos em decorrência da operação inadequada; • Diminuir o custo de mão-de-obra para, posteriormente serem alocadas em outras áreas.1.3 Problema O município de Manaus, por meio da empresa que tem a autorização dedistribuição, apresenta, atualmente, grande dificuldade em controlar o seuproduto, a água. Diversas perdas com vazamento nas redes, transbordamentode reservatórios tem causado grandes constrangimentos, até falta d’água, jáque após o extravazamento as bombas dos reservatórios são desligadasentrando ar no sistema. Do volume total produzido hoje, 70% é perdido gerando prejuízo para aempresa de distribuição de água que é repassado para o consumidor final eeste tem que pagar inclusive pelo ar que entrou na tubulação decorrente dodesligamento das bombas, além de não ter fornecimento de água tratadaconstantemente para satisfazer suas necessidades primárias.
  • 3. 161.4 Justificativa Comentar o surgimento de novas tecnologias que permitem oaprimoramento do sistema de controle e acompanhamento do nível de águaexistente, buscando o funcionamento eficiente e efetivo na operação defornecimento de água, automaticamente. A necessidade de proprocionar economia em todo o sistema deabastecimento de água para a empresa de distribuição viabilizando controleautomático dos níveis dos reservatórios de rede e eliminando perdas de águapor extravasamento. Este se reflete na comunidade de forma geral que passaráa pagar valor mais justo, além de ter o líquido precioso em suas torneirasiniterruptamente, pois atualmente o município de Manaus tem encontradodificuldades em controlar seu produto, a água tratada. Perdas do produto sãofrequentes, o que ocasina prejuísos para a empresa que é refletida na conta deágua mensal do consumidor que, injustamente, tem que dividir com aorganização a conta que não lhe pertence, além de ter de pagar pelo ar quepassa pelo seu hidrômetro, pois o reservatório que secou assume ar no seusistema.
  • 4. 172. ENTENDENDO O CONTROLE DO NÍVEL DE RESERVATÓRIOS POR AUTOMAÇÃO Há diferentes formas de se obter água no seu estado bruto como por meiode poços, de rios, do mar e até mesmo do ar. Alguns podem ser usados emlarga escala e outros não. No município de Manaus existem duas formas decaptação. Por poços e diretamente do rio. Primeiramente a água é captada da fonte no seu estado bruto, passa a sermisturada com produtos químicos visando otimizar o processo de filtragem. Apartir daí passa pelos processos de filtragem, propriamente dito, e depois olíquido segue para ser distribuído para os reservatórios de distribuição eposteriormente para os consumidores; Figura 1 – Processo de tratamento de água Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012 O Sistema de Abastecimento de Água representa o "conjunto de obras,equipamentos e serviços destinados ao abastecimento de água potável de umacomunidade para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumoindustrial e outros usos".
  • 5. 18 Figura 2 – Fontes de obtenção de água no município de Manaus Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012 Dentro do Sistema de abastecimento a reservação materializada pelosreservatórios tem como objetivos: • Garantia da qualidade da água • Armazenamento para atender às variações de consumo (reserva de equilíbrio – C1). • Permite um escoamento com diâmetro uniforme na adutora, possibilitando a adoção de diâmetros menores. • Proporcionar uma economia no dimensionamento da rede de distribuição. • Armazenamento para atender às demandas de emergência (reserva de emergência – C2). • Evita interrupções no fornecimento de água, no caso de acidentes no sistema da adução, na estação de tratamento ou mesmo em certos trechos do sistema de distribuição. • Armazenamento para dar combate ao fogo (reserva de incêndio – C 3 ). • Oferece maior segurança ao abastecimento quando da demanda destinada a combate a incêndio • Melhoria das condições de pressão da água na rede de distribuição.
  • 6. 19 • Possibilitam melhor distribuição da água aos consumidores e melhores pressões nos hidrantes (principalmente quando localizados junto às áreas de máximo consumo). • Permite uma melhoria na distribuição de pressões sobre a rede, por constituir fonte distinta de alimentação durante a demanda máxima, quando localizado à jusante dos condutos de recalque. • Garante uma altura manométrica constante para as bombas, permitindo o seu dimensionamento na eficiência máxima, quando alimentado diretamente pela adutora de recalque. O Sistema de Abastecimento de Água da cidade de Manaus conta comum grande número de reservatórios, logo, prestar serviços para um metrópolecom quase 2 milhões de habitantes, (IBGE@cidades) resulta em uma série desituações problemas, detectadas nos reservatórios. Utilizado um controle de nível manual ou semi-automático eles em suagrande maioria falham ocasionado desperdício de 35% da água tratadaarmazenada, elevando número de serviços de manutenção em bombas e aconsequente insatisfação dos clientes. Atualmente os reservatórios são controlados por operador ousimplesmente não são controlados, o que ocasiona muitas falhas no processo,uma vez implantada a operação de processo por meio de Controlador LógicoProgramável - CLP, obteremos o controle operacional total de gerenciamento daestação. Obter o controle do funcionamento dos níveis de reservatórios de águaatravés do sistema de abastecimento. Em um sistema de abastecimento de água, a questão operacional é desuma importância tornando necessário determinar e controlar as perdas de águano sistema. O controle de nível das estações é fundamental para prolongar avida útil do sistema, melhorar a eficiência, reduzir as despesas operacionais(energia, produto químico, mão de obra).
  • 7. 202.1 Perdas de água O conceito de perdas varia de acordo com o país e organização.Determinados países como Japão e EUA, definem perdas de água somente nasituação em que as águas não são contabilizadas pela micromedição, enquantooutros países, como a Inglaterra, consideram como perdas de água somente asperdas físicas (devido vazamentos) já que somente uma pequena parte dasligações dos consumidores é medida. Essas perdas referen-se ao volume de água perdido por vários motivoscomo: perdas nas várias etepas que compõem um sistema de abastecimento(adução, reservação, tratamento e distribuição), esbanjamento na utilização deágua pelo usuário, erros de marcação de hidrômetros e qualquer outra formanão contabilizada pela empresa. Para determinação e acompanhamento de perdas é necessário que seconheçam os valores numéricos associados a perdas, ou seja, indicadores. A medição é um instrumento para controle, previsão, estimativa, tomadade decisão, identificação de problemas e avaliação de melhoramentos. A partirdela pode-se confirmar se o trabalho de melhoria obteve resultado e qual é esseresultado. A medição pode sinalizar onde é necessário uma melhoria e podeajudar na priorização dos alvos, para melhor utilização dos recursos. É umindicador entre a situação desejada e a atual. As perdas podem ser de produção onde ocorre perdas físicas de água noprocesso de tratamento; perdas reais, que são perdas físicas de água resultantede vazamento na rede de distribuição e extravazamento de reservatórios eperdas aparentes, que são perdas não-físicas decorrentes da submedição dehidrômetros, fraudes e falhas do cadastro comercial. A companhia de saneamento do município de Manaus produzmensalmente 18 milhões de metros cúbicos de água, porém grande parte dessaprodução é perdida por meio dos tipos expostos acima. O total perdido é de70%.
  • 8. 21 Figura 3 – Demonstrativo de perdas em relação ao total produzido Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012 Essa perda influencia diretamente na saúde da empresa já de que tudo oque é produzido, apenas 30% é faturado e retorna como lucro para a empresa.Dessa forma ela se vê abrigada a trabalha com recursos escassos, ficandopraticamente impossibilitada de prestar manutenção adequada à rede dedistribuição, investir em melhorias, contratar mão-de-obra, etc. É especialmente prejudicial ao consumidor, pois todo o prejuízo que égerado pelas perdas é, de certa forma, dividido entre todos os que pagam peloserviço de água tratada. O levantamento do que é desperdiçado pela empresa de saneamento écalculado a partir da diferença entre os dois tipos de medição existentes: • Macro medição: é a medição que é executada nas adutoras, na tubulação principal da distribuição de água; • Micro medição: é a medição em uma área específica, numa região. Todos esses problemas causam desgaste em diversas áreas daempresa, pois geram problemas, desperdícios, insatisfações dos clientes que deforma geral tem uma visão negativa da empresa e se sentem prejudicados. Alémde estarem cientes que, enquanto em uma região falta na outra regiãotransborda. Há grande número de ligações de reclamações no serviço de
  • 9. 22atendimento ao consumidor, o call center evidenciando problemas como pedidode manutenção, extravasamento e principalmente falta d’água. Figura 4 – Reclamações no Call Center Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012
  • 10. 233 REVOLUÇÃO INDUSTRIAL Segundo CAPELLI (2006, p.15) para entendermos a origem daautomação é preciso relembrar o movimento que deu origem à automaçãoindustrial e demais descobertas tecnológicas: A Revolução Industrial, que seutilizou da mecanização dos sistemas de produção da época, dando origem aosistema econômico atual, denominado Capitalismo, tendo seu inicio no séculoXVIII, neste período houve a popularização do uso de máquinas, o que nos dáum panorama de crescente avanço da automação de serviços no mundo. O uso de máquinas em grande escala foi implantado na Inglaterra a partirde 1760, aproximadamente. Teve profunda influência sobre a economia mundial,ocasionando significativas mudanças sociais, políticas e culturais para o homemcontemporâneo. A esse processo de alteração estrutural da economia, quemarcou o início da Idade Contemporânea, chamamos de Revolução Industrial.Para a sua eclosão, porém, foi decisiva a acumulação de capitais verificadaentre os séculos XV e XVIII. Uma vez consolidadas as práticas que envolviam produção em grandeescala através do automatismo o homem busca em seu ambiente cada vez maisaprimorar a tecnologia em seu ambiente de trabalho. A Revolução Industrial caracterizou-se basicamente, pela introdução demáquinas simples que surgiram para a substituição da força muscular pela forçamecânica e tarefas repetitivas executadas pelo homem. (SILVEIRA, 1998, p.4)
  • 11. 244 AUTOMAÇÃO Segundo Silveira (1998, p. 30) a automação assume variáveis positivas enegativas, ou seja, por que automatizar e por que não automatizar , do ponto devista positivo pode gerar maior enriquecimento pelo menor custo e aumentar aqualidade de vida, ao mesmo tempo que diminui os empregos disponíveis edesvaloriza o trabalho artesanal, mas uma afirmação do autor é da automação ésem dúvida singular: Trata-se de um processo de evolução tecnológicairreversível. Uma vez que convivemos em uma sociedade globalizada ávida por“prestação de serviço eficiente em menor espaço de tempo” Entende-se por automação qualquer sistema, apoiado em computadores,que substitua o trabalho humano em favor da segurança das pessoas, daqualidade dos produtos, da rapidez da produção ou da redução de custos, assimaperfeiçoando os complexos objetivos das indústrias de serviços. (MORAES,2007, p. 12). Automação ainda pode ser definida por FIALHO (2003, p.13) como“dinâmica organizada” a qual evidencia o progresso da ciência e intervençãohumana no meio industrial e social. Dentro do tema automação industrial MAMED ( 2002,p.590 ) comenta queé o enlace entre usuário e os programas de supervisão que compõe um sistema.4.1 CLP – Controlador Lógico Programável Para MAMED (2002), “os CLP’s são dispositivos que permitem ocomando de máquinas e equipamentos de maneira simples e flexível,possibilitando alterações rápidas no modo de operá-los, por meio da aplicaçãode programas dedicados, que ficam armazenados em sua memória”. Ainda existem muitas empresas do ramo da indústria de automação quepossuem pouca experiência com eles. A grande vantagem desse dispositivoesta na possibilidade de reprogramação sem necessidade de realizar
  • 12. 25modificações de hardware. Mais o que impulsionou a saída da automação dasindústrias para os prédios e residências foi a popularização e o desenvolvimentodos computadores pessoais. De fato, atualmente o que se busca é aconectividade entre os diversos dispositivos que integram um sistemaautomatizado e os computadores pessoais. O CLP começou a ser usado no ambiente industrial desde 1960 emboraainda existam muitas empresas do ramo da indústria de automação quepossuem pouca experiência com eles. A grande vantagem dos controladoresprogramáveis é a possibilidade de reprogramação, motivo pelo qual substituíramos tradicionais painéis de controle a relês. Esses painéis necessitavam demodificações na fiação cada vez que se mudava o projeto, o que muitas vezesera inviável, tornando-se mais barato simplesmente substituir todo painel por umnovo. Os CLP’s permitiram transferir as modificações de hardware emmodificações no software. A General Motors, em meados de 1969, surgiu com os primeiroscontroladores baseados numa especificação resumida a seguir: • Facilidade de programação; • Facilidade de manutenção com conceito plug-in; • Alta confiabilidade; • Dimensões menores que painéis de Relês, para redução de custos; • Envio de dados para processamento centralizado; • Preço competitivo; • Expansão em módulos; • Mínimo de 4000 palavras na memória. A partir da década de 70, com a inclusão de microprocessadores dentrodos controladores, eles passaram a se chamar de Controladores Programáveis(CLPs), dez anos a frente na década de 80, suas funções foram aperfeiçoadas epassaram a utilizar a rede de comunicação de dados. (MORAIS e CASTRUCCI,2001). De acordo com (NATALE, 2004, p.11), o CLP “É um computador com asmesmas características conhecidas do computador pessoal, porém, [é utilizado]em uma aplicação dedicada [...]”. Segundo a ABNT (Associação Brasileira de
  • 13. 26Normas Técnicas), o CLP é um equipamento eletrônico digital com hardware esoftware compatíveis com aplicações industriais. Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), CLP é umequipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis comaplicações industriais. Já, segundo a National Electrical ManufacturersAssociation (NEMA), CLP é um aparelho eletrônico digital que utiliza umamemória programável para o armazenamento interno de instruções paraimplementações específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização,contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entradas e saídas,vários sensores e atuadores. Esse equipamento foi batizado, nos Estados Unidos, comoProgrammable Logic Controller (PLC), em português Controlador LógicoProgramável (CLP) e este termo é registrado pela Allen Bradley (fabricante deCLP). Segundo Mamed (2002), os Controladores Lógicos Programáveis podemser empregados em diversos setores da indústria. Utilizados sozinhos ouacoplados a outras unidades, no caso de projetos que ocupam grandesextensões, eles operam sincronizadamente fazendo todo o controle doprocesso. Nesses casos, “a automação assume uma arquiteturadescentralizada, dividindo-se a responsabilidade do processo por váriasunidades de CLP, localizadas em pontos estratégicos da instalação”. Figura 5 - Diagrama de blocos simplificado de um CLP Fonte: WEG (2002)
  • 14. 27 A figura acima mostra através do diagrama de blocos, como o CLP atuano sistema: os sensores alimentam o CLP (processador), a cada instante, comos dados (variáveis de entrada) informando, através de níveis lógicos, ascondições em que se encontram. Em função do programa armazenado em suamemória, o CLP atua no sistema por meio de suas saídas. As variáveis de saídaexecutam, a cada instante, os acionamentos dos atuadores no sistema,(NATALE, 1995). NATALE (1995), ainda afirma que “o processamento é feito emtempo real, ou seja, as informações de entrada são comparadas com asinformações contidas na memória, as decisões são tomadas pelo CLP, oscomandos ou acionamentos são executados pelas saídas, tudoconcomitantemente com o desenrolar do processo”. De forma geral, os controladores lógicos programáveis (CLPs) sãoequipamentos eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas deautomação flexível. Estes permitem desenvolver e alterar facilmente a lógicapara acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, pode-seutilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída desinal (cargas). Figura 6 - CLP de pequeno porte Fonte: (SCHNEIDER, 2007)4.1 Funcionamento do CLP O funcionamento de um CLP corresponde a três etapas distintas, asquais são: entradas, processamento e saídas. Com essa finalidade o CLPpossui uma arquitetura bastante conhecida baseada em microcontroladores emicroprocessadores.
  • 15. 28 Figura 7- Estrutura básica de funcionamento de um CLP Fonte: SILVA FILHO, 2000. O hardware de um CLP é formado por 3 unidades distintas, as quais são:fonte de alimentação, CPU (Unidade Central de Processamento, e interfaces deentrada e saídas ou I/O), e interfaces de I/O. Cada unidade que compõe um CLPé responsável pelo seu funcionamento. • Fonte de Alimentação: A alimentação de energia do CLP utiliza umafonte chaveada e uma única tensão de saída de 24 V. Esse valor já é utilizadocom a finalidade de alimentar os módulos de entrada e saída de dados e a CPUao mesmo tempo. Outra característica importante é que normalmente asmáquinas industriais, funcionam com essa tensão por ser bem menos suscetívela ruídos. Outro ponto destacável, é que essa tensão já é compatível com osistema de comunicação RS-232. • CPU: Segundo MORAES E CASTRUCCI (p.31, 2001), é “responsávelpela execução do programa do usuário, atualização da memória de dados ememória-imagem das entradas e saídas”. Inicialmente com a 2ª geração de CLP(barramento de dados, endereço e controle), a CPU era constituída por ummicrocontrolador. A opção por microcontroladores baseava-se pelo custo-benefício, facilidade de manuseio, e também pela baixa complexidade dossoftwares. Com exceção dos CLPs de pequeno porte, geralmente, os CLPsapresentam um microprocessador na forma de um CI (Circuito Integrado)dedicado. Interfaces de I/O: As entradas e saídas de um CLP podem ser divididas em duas categorias: as analógicas e digitais.
  • 16. 29 Figura8-Interfaces de I/Odigitais eanalógicas Fonte:DAHER, 2003. Existem diversos tipos de módulos de entrada e saída que se adaptam asnecessidades do sistema a ser controlado. Os módulos de entrada e saídas sãocompostos de grupos de bits, associados em conjuntos de 8 bits (1 byte) ouconjuntos de 16 bits, de acordo com o tipo de CPU. As entradas analógicas são referentes aos dispositivos que trabalhamcom grandezas analógicas, como por exemplo, temperatura, umidade relativa,pressão, entre outras. Para que a CPU trabalhe com esses valores analógicos énecessário que essas entradas sejam convertidas usando conversores A/D(analógico para digital). Operacionalmente, a CPU lê os dados de entradas dos dispositivos decampo através dos módulos de entrada, e então executa, ou realiza os controlesde programa que tinham sido armazenados na memória. Os programas normalmente são escritos na linguagem LADDER, a qualassemelha-se muito a um esquema elétrico baseado em relês. Os programassão colocados na memória da CPU em forma de operações lógicas, aritméticasetc. Baseado nesses programas o CLP escreve ou atualiza o estado dassaídas atuando nos dispositivos de campo (cargas). Este processo, conhecidocomo ciclo de operação, continua na mesma seqüência sem interrupções.
  • 17. 30 Figura 9 - Ciclo de Processamento do CLP Fonte: SILVA FILHO, 2000. O CLP é formado por uma fonte de alimentação, uma CPU, e interfacesde I/O, porém pode-se considerá-lo como uma pequena caixa contendocentenas ou milhares de relês separados, tais como contadores, temporizadorese locais de armazenamento de dados. O que acontece é que o CLP simulaessas funcionalidades, utilizando os registradores internos da CPU, onde:
  • 18. 31 Figura 10 - Funcionalidades de um CLP Fonte : SILVA FILHO, 2000. • Relês de entrada (contatos): Conectados com o mundo externo.Existem fisicamente e recebem sinais de interruptores, sensores etc.Normalmente não são relês e sim transistores munidos de isolamentoóptico. No caso do CLP TP-02 da WEG Automação, o símbolo na linguagemLADDER que representa este tipo de relé é a letra “X”; • Relês de utilidade interna (contatos): Não recebem sinais domundo externo e não existem fisicamente. São relês simulados quepermitem eliminar relês de entrada externos (físicos). Também há algunsrelês especiais que servem para executar só uma tarefa, como relês depulso, temporizadores etc. Outros são acionados somente uma vez duranteo tempo no qual o CLP permanece ligado e tipicamente são usados parainicializar dados que foram armazenados. No caso do CLP TP-02 o símbolona linguagem LADDER que representa este tipo de relê é a letra “C”; • Contadores: Estes não existem fisicamente. São contadoressimulados e podem ser programados para contar pulsos. Normalmente,estes contadores podem contar para cima (incrementar), ou abaixo(decrementar), ou ambos. Considerando que são simulados, os contadoresestão limitados na velocidade de contagem. Alguns fabricantes tambémincluem contadores de alta velocidade baseados em Hardware, podendo serconsiderados como fisicamente existentes.
  • 19. 32 • Temporizadores (Timers): Estes também não existem fisicamente. Omais comum é o tipo com “Retardo no Ligamento”. Outros incluem “Retardo nodesligamento” e tipos retentivos e não-retentivos. Os incrementos variam de ummili-segundo até um segundo; • Relês de saída: Estes possuem conexão com o mundo externo eexistem fisicamente. Enviam sinais de ON/OFF a solenóides, luzes, etc., podemser transistores, Relês ou Triacs, dependendo do modelo de CLP. No caso doCLP TP-02, o símbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de relé éa letra “Y”; • Armazenamento de dados: Normalmente há registros designadossimplesmente para armazenar dados. Eles são usados como armazenamentotemporário para manipulação matemática ou de dados. Podem ser usadosquando houver ausência de energia no CLP.4.1.2 Linguagem de Programação No âmbito geral a linguagem é um meio de transmissão de informaçõesentre dois ou mais elementos com capacidade de se comunicarem. Na área de computação, defini-se instrução como um comando quepermite a um sistema com capacidade computacional realizar determinadaoperação. Com isso utiliza-se linguagem de programação que padroniza oconjunto de instruções que o sistema computacional é capaz de reconhecer. A programação dos controladores lógicos programáveis é atualmentemais simples e flexível, pois foram desenvolvidas ou aperfeiçoadas incluindovariações em Ladder e Lista de instruções. A inexistência em relação aslinguagens de programação fez surgir inúmeras variantes destas ao longo dotempo. Quando a empresa necessitava realizar a substituição do CLP antigo,devido ao aumento de demanda ou para incorporar novos recursos , eranecessário investimento, com aquisição e desenvolvimento de software,hardwares e em treinamento de pessoal envolvido., gerando alto custo paraempresa.
  • 20. 33 A comunidade industrial internacional reconheceu a necessidade deestabelecer um padrão para os CLP`s visando a uniformização deprocedimentos dos diversos fabricantes.. Foi criado um grupo de trabalho no IECpara estabelecer normas e todo o ciclo de desenvolvimento do CLP, incluindoprojeto de hardware, instalação, testes, programação e comunicação. No inicio da década de 1990 o IEC publicou várias partes da norma IEC1131, que cobre o ciclo de vida completo dos CLP`s Alguns anos depois essanorma foi revisada e recebeu o número IEC 61131.cuja a terceira parte IEC61131-3 trata das linguagens de programação. Onde definiu cinco linguagens deprogramação: • Diagrama de Blocos ( FBD – Function Block Diagram) • Liguagem Ladder (LD – Ladder Diagram) • Sequenciamento Gráfico de Funções (SFC – System Function Chart) • Lista de Instruções ( IL – Instruction List) • Texto Estruturado ( ST – Structured Text) • Linguagem Ladder – Ladder Diagram (LD) Linguagem Ladder – Ladder Diagram (LD) Ë uma linguagem gráfica baseada na lógica de relés e contatos elétricospara realização de circuitos de comandos de acionamento. Ë a mais difundida eencontradas em quase todos os CLP`s da atual geração. Ela foi desenvolvida com os mesmos conceitos dos diagramas decomandos elétricos. A função principal de um programa em linguagem Ladder écontrolar o acionamento de saídas dependendo da combinação lógica doscontatos de entrada. O nome Ladder significa escada em inglês pois o diagrama final separece com uma escada cujos trilhos são as linhas de alimentação e cadalógica associada a uma bobina chamada de degraus em inglês rung. A linha
  • 21. 34vertical a esquerda representa o pólo positivo e a outra linha paralelaparalela representa o pólo negativo. Vantagens Possibilita rápida adaptação (semelhança com diagramas elétricosconvencionais com lógica a relés.• Técnica de programação mais difundida e aceita industrialmente• Símbolos padronizados e mundialmente aceitos pelos fabricantes e usuários.• Fácil visualização dos estados das variáveis• Desvantagens• Edição mais lenta.• Programadores não familiarizados com a operação de relés tendem a ter dificuldades com esta linguagem.• Sua utilização em lógicas mais complexas é bastante dificil. Lista de Instruções Inspirada na linguagem assembly e de características seqüencial. Ëindicada para pequenos CLP`s ou para controle de processos simples ondeexistem poucas quebras no fluxo de execução do programa. Cada instrução deve começar em uma nova linha, que pode serpreenchida por um rótulo sendo composta de operador e operando. Vantagens: Execução do programa de forma rápida Documentação mais compacta em relação a lógica de relés.
  • 22. 35 Desvantagens:• Conhecimento em álgebra de Booleana• Noção de programação em assembly• Dificuldade em realizar alterações no código já implementado. . Grafcet / SCF O Grafcet foi desenvolvido a parti da s redes de Petri. Trata-se de umaferramenta de modelagem comportamental aplicável a diversos tipos desistemas. A modelagem pode ser aplicada em um número praticamente ilimitadode sistemas desde que sejam seqüenciais e evoluam discretamente. Todos os estados do sistema têm um elemento de memória denominadoetapa. Cada etapa tem comportamento especifico do sistema que é função domodo como as entradas evoluem seqüencialmente no tempo. Assim o sistemaseqüencial não muda de etapa enquanto não sofre excitação externa. Vantagens• Facilidade de interpretação• Linguagem ideal para processos sequenciais Desvantagens• Conhecimento em Rede de Petri• Só inicia-se a próxima etapa ao término da etapa ativa4.2 Teoria do Inversor de Freqüência De forma simples podemos dizer que os inversores de freqüência sãoequipamentos eletrônicos que permitem variar / controlar a velocidade de ummotor.
  • 23. 36 Atualmente, a necessidade de aumento de produção e diminuição decustos, se fez dentro deste cenário surgir à automação, ainda em fase inicial noBrasil, com isto uma grande infinidade de equipamentos foram desenvolvidospara as mais diversas variedades de aplicações e setores industriais, um dosequipamentos mais utilizados nestes processos conjuntamente com o CLP é oInversor de Freqüência, um equipamento versátil e dinâmico, na figura 7 vaiexpor agora o princípio básico do funcionamento do inversor de freqüência.4.2.1 O que são os drives CA - Inversores de freqüência? Os inversores de freqüência, também conhecidos como conversores defreqüência são dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da redealternada senoidal, em tensão contínua de amplitude e freqüência constantes efinalmente converte esta última, numa tensão de amplitude e freqüênciavariáveis. A denominação Inversor ou Conversor é bastante controversa, sendo quealguns fabricantes utilizam Inversor e outros Conversor. Inerentemente aoprojeto básico de um Conversor de Freqüência, teremos na entrada o blocoretificador, o circuito intermediário composto de um banco de capacitoreseletrolíticos e circuitos de filtragem de alta freqüência e finalmente o blocoinversor, ou seja, o inversor na verdade é um bloco composto de transistoresIGBT, dentro do conversor. Na indústria, entretanto, ambos os termos sãoimediatamente reconhecidos, fazendo alusão ao equipamento eletrônico depotência que controla a velocidade ou torque de motores elétricos. Eles são usados em motores elétricos de indução trifásicos para substituiros rústicos sistemas de variação de velocidades mecânicos, tais como polias evariadores hidráulicos, bem como os custosos motores de corrente contínuapelo conjunto motor assíncrono e inversor, mais barato, de manutenção maissimples e reposição profusa. Os conversores costumam ser dimensionados mais precisamente, pelacorrente do motor. O dimensionamento pela potência do motor pode também serfeito, entretanto, a corrente é a principal grandeza elétrica limitante nodimensionamento. Importante também notar outros aspectos da aplicação,
  • 24. 37durante o dimensionamento, como, por exemplo, demanda de torque (constanteou quadrático), precisão de controle, partidas e frenagens bruscas ou emintervalos curtos ou muito longos, regime de trabalho, filtros EMC/RFI paracompatibilidade eletromagnética, indutores CA para redução de harmônicaproteção do retificador, e outros aspectos particulares de cada aplicação. Os conversores de Freqüência têm uma vasta aplicação na indústria demáquinas e processos em geral. Com a capacidade inerente de variar avelocidade de motores elétricos trifásicos de Corrente Alternada, permitem aosprojetistas, desenvolver máquinas que sem os mesmos, seriam praticamenteimpossíveis de serem fabricadas. Os conversores de Freqüência de última geração, não somente controlama velocidade do eixo de motores elétricos trifásicos de corrente alternada, comotambém, controlam outros parâmetros inerentes ao motor elétrico, sendo que umdeles é o controle de Torque. Através da funcionalidade que os microprocessadores trouxeram osconversores de Freqüência hoje, são dotados de poderosas CPUs ou placas decontrole microprocessadas, que possibilitam uma infindável variedade demétodos de controle, expandindo e flexibilizando o uso dos mesmos. A Vacon conseguiu implementar sua própria estratégia de controle, demodo a obter domínio total sobre o comportamento do eixo do motor elétrico,permitindo em muitos casos que motores elétricos trifásicos de correntealternada, substituírem Servo Motores em muitas aplicações. Os benefícios sãodiversos, como redução no custo de desenvolvimento, custo dos sistemas deacionamento, custo de manutenção. Muitos conversores hoje são dotados de opcionais que permitemimplementar técnicas de controle de movimento, manipulação de várioseixos de acionamento, Posicionamento e Sincronismo de Velocidade ouSincronismo de Posição. Modernas técnicas de chaveamento da forma de onda de tensão etambém da freqüência aplicada sobre o estator do motor elétrico, permitemo controle com excelente precisão, sobre o eixo do motor. Uma das técnicasmais conhecidas é o PWM ou (Pulse Width Modulation – Modulação delargura de pulso). Tais técnicas são sempre aliadas ao modelamento
  • 25. 38matemático preciso do motor elétrico. Os conversores de última geraçãofazem medições precisas e estimativas dos parâmetros elétricos do motor,de modo a obter os dados necessários para o modelamento e conseqüentecontrole preciso do motor. Os Conversores de Freqüência, por serem dispositivos dotadoscomumente de uma ponte retificadora trifásica a diodos, ou seja, tratam-sede cargas não lineares, geram harmônicas. Os fabricantes de Conversoresde Freqüência disponibilizam filtros de harmônicas, alguns já integrados aoproduto, outros opcionais. Existem várias técnicas para filtragem deharmônicas, que vão desde as mais simples e menos custosas, comoindutores na barra DC ou indutores nas entradas do conversor, antes daponte retificadora, passando pelos retificadores de 12 ou 18 diodos oupulsos, utilizando transformadores defasadores até chegar aos filtros ativosou retificadores a IGBT, para diminuição ou até mesmo eliminação dasharmônicas tanto de corrente quanto de tensão elétrica. Devido à tecnologia de desenvolvimento de semicondutores e técnicasinovadoras de refrigeração, alguns equipamentos já são comercializados, comtotal segurança e garantia de operação, utilizando refrigeração à água. Isso fazcom que algumas potências se conseguem uma redução de até 70% dotamanho do equipamento quando comparado com um de mesma potência,porém com refrigeração a ar.4.2.2 Funcionamento de um inversor O avanço da Eletrônica de Potência permitiu o desenvolvimento deconversores de freqüência com dispositivos de estado sólido, inicialmente comtiristores e atualmente estamos na fase dos transistores, mais especificamenteIGBT, onde sua denominação é transistor bipolar de porta isolada. Os ciclos conversores antecederam de certa forma os atuais inversores,eles eram utilizados para converter 60 hz da rede em uma freqüência maisbaixa, era uma conversão CA-CA, já os inversores utilizam à conversão CA-CCe por fim em CA novamente. Os inversores podem ser classificados pela suatopologia, esta por sua vez é dividida em três partes, sendo a primeira para o
  • 26. 39tipo de retificação de entrada, a segunda para o tipo de controle do circuitointermediário e a terceira para a saída. Na abaixo apresentamos um circuito emblocos de um inversor com a topologia tipo PWM, esta topologia é a maisutilizada nos inversores de freqüência atuais. Figura 11 - Princípio básico do funcionamento do inversor de freqüência. Fonte: Manual WEG. Lembrando que no primeiro estágio na entrada da linha CA, o módulo deentrada (conversor), a tensão é transformada pelo retificador de entrada emcontínua pulsada (onda completa). As figuras abaixo mostram detalhadamente ocircuito elétrico dos três estágios de um inversor de freqüência. Figura 12 – Primeiro estágio do funcionamento do inversor de freqüência. Fonte: manual Weg No segundo estágio temos o circuito intermediário o capacitor (filtro)transforma-a em tensão contínua pura de valor aproximado de Vdc=√2xVrede.
  • 27. 40 Figura 13 - Segundo estágio de um inversor de freqüência. Fonte: Manual Weg No último estágio contamos com o módulo de saída (inversor), com estatensão contínua é conectada ciclicamente aos terminais de saída pelostransistores do inversor, que funcionam no modo corte ou saturação (como umachave estática). O controle desses transistores é feito pelo circuito de comando,de modo a obter um sistema de tensão pulsada, cujas freqüências fundamentaisestão defasadas de 120°. A tensão e a freqüência de saída são escolhidas demodo que a tensão seja proporcional à freqüência para o fluxo, seja constante eo torque também o seja, deveremos então chavear os transistores de saída pelamodulação de largura de pulso para obtermos uma forma de tensão CAsintetizada e de freqüência variável, com isto estamos apto a variar a velocidadedo motor. Figura 14 - Terceiro estágio de um inversor de frequência. Fonte: manual Weg A partir desses três estágios podemos ter o circuito completo de uminversor de freqüência, desde a parte de entrada do circuito, à parte depotência, comando até a saída onde varia-se tensão e corrente. A variabilidade freqüência é muito grande, atualmente seu valor estáentre 0 e 400 HZ, esta podendo ser escalar ou vetorial.
  • 28. 41 Figura 15 - Diagrama de Blocos típico de um Inversor Fonte: Manual Weg4.3 Tipos de Inversores de Freqüência • Inversor Escalar O funcionamento dos inversores de freqüência com controle escalar estábaseado numa estratégia de comando chamada “V/F constante”, que mantém otorque do motor constante, igual ao nominal, para qualquer velocidade defuncionamento de um motor. A escalar como o próprio nome sugere, é uma relação direta entrefreqüência e tensão. No gráfico abaixo mostramos de forma mais breve estadescrição.
  • 29. 42 Figura 16 - Relação entre freqüência e tensão. Fonte: MAMED FILHO, 2007 • Inversor Vetorial Em aplicações onde se faz necessária uma alta performa dinâmica,respostas rápidas e alta precisão de regulação, o motor elétrico deverá forneceressencialmente um controle preciso de torque para uma faixa extensa decondições de operação. Para tais aplicações os acionamentos de correntecontínua sempre mrepresentaram uma solução ideal, pois a proporcionalidadeda corrente de armadura, do fluxo e do torque num motor de corrente contínuaproporcionam um meio direto para o seu controle. Vantagens do Inversor comcontrole Vetorial:a) Elevada precisão de regulação de velocidade;b) Alto desempenho dinâmico;c) Controle de torque linear para aplicações de posição ou de tração;d) Operação suave em baixa velocidade e sem oscilações de torque,mesmo com variação de carga. • Inversores Vetoriais de Fluxo Os Inversores Vetoriais de Fluxo produzem uma saída trifásica comtensão(V) e freqüência (F) controladas independentemente, não seguindouma curva V/F pré-fixada. A idéia é manter o fluxo magnético do motor constante e controlardiretamente o torque do eixo do motor controlando-se a corrente rotórica domesmo. Os Inversores Vetoriais de Fluxo possuem dois controladores, umcontrola a corrente de magnetização e o outro a corrente do motor. O torqueno motor será imposto e controlado diretamente, ao contrário dos InversoresEscalares onde o torque é conseqüência do escorregamento do motor. Os inversores Vetoriais de Fluxo estão divididos em duas categorias: come sem realimentação. A realimentação ou "Feedback", permite "enxergar" omovimento do eixo do motor possibilitando controlar a velocidade com altaprecisão e também o torque em velocidade zero. A operação com realimentaçãoé também conhecida como controle de malha fechada e sem realimentação
  • 30. 43como controle de malha aberta. A realimentação é realizada utilizando umgerador de pulsos, também conhecido com "Encoder". Alguns equipamentospermitem a utilização dos dois modos, sendo necessário uma placa opcionalpara a operação de malha fechada. A operação de malha aberta, ou sem realimentação é também conhecidacomo "Sensorless", nesse caso o algoritmo de controle torna-se mais complexo,pois o inversor deve calcular através de artifícios matemáticos a velocidade reale o escorregamento do motor. A operação sem realimentação possuiperformance inferior à operação com realimentação. Os Inversores Vetoriais de Fluxo necessitam da programação de todos osparâmetros do motor como, resistências elétricas, indutâncias, correntesnominais do rotor e estator, dados esses normalmente não encontrados comfacilidade. Para facilitar o set-up, alguns inversores dispõem de sistemas deajustes automáticos também conhecidos como "Auto-tunning", não sendonecessário a pesquisa de dados sobre o motor. Hoje existem vários tipos de tecnologias disponíveis no mercado, bastasaber quando usar, que tipo de inversor usar, qual aplicação irá usar e, outrosmeios de aplicações. A figura abaixo mostra detalhadamente os tipos deinversores disponíveis. Figura 17 - Tipos de inversores disponíveis no mercado.
  • 31. 444.4. Motores Elétricos Segundo MAMED(2007) o motor elétrico é uma máquina que transformaenergia elétrica em energia mecânica de utilização, que dividem-se em doisgrupos: os de corrente contínua e os de corrente alternada, ambos que tomam ovalor de tensão como a base de sua classificação, cada um com característicasdistintas do outro. Os Motores de Corrente Continua são acionados através de uma fonte decorrente contínua, sendo utilizados nas industriais quando se faz necessáriomanter o controle fino da velocidade num processo qualquer de fabricação. Sãofabricados motores de corrente contínua com três características. • Motor Serie - Sua corrente de carga é utilizada também como correntede excitação com as bobinas de campo ligadas em serie com as bobinas doinduzido, por isso não podem operar a vazio, pois sua velocidade tenderia aaumentar indefinidamente, danificando a máquina; • Motores em Derivação - Seu campo esta diretamente ligado a fonte dealimentação em paralelo com o induzido. Sob tensão constante, desenvolvendouma velocidade constante e um conjugado variável de acordo com a carga; • Motores Compostos - São aqueles em que o campo é constituído deduas bobinas, sendo uma ligada em serie e outra ligada em paralelo com oinduzido. Estes motores acumulam as vantagens do motor serie e do motor dederivação, isto é, possuem o elevado conjugado de partida e velocidadeaproximadamente constante num acionamento de cargas variadas. Os Motores de Corrente Alternadas são acionados através de uma fontede corrente alternada e utilizados em um grande número de aplicações do ramoindustrial, isso se dá pelo fato de seu simples processo de construção, uma vidaútil longa, bem como o benefício do custo reduzido de compra e manutenção.
  • 32. 45 Os Motores que são alimentados por um sistema trifásico a três fios, sãoclassificados como Motores Trifásicos, esses tem as suas tensões estãodefasadas de 120 elétricos e representam na grande maioria dos motoresempregados nas instalações industriais, sendo por indução ou síncrono. Sendoconstituídos por duas partes básicas: estator e rotor. Figura 18 - Motor de Indução Trifásico Fonte MAMED, 2007. O primeiro formado por três elementos: carcaça, núcleo de chapas eenrolamentos. A carcaça constitui-se de uma estrutura de construção robusta,geralmente fabricada em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente àcorrosão sua superfície é aletada e tem por função suportar as partes fixas emóveis do motor. O núcleo de chapas constituído de chapas magnéticasadequadamente fixadas ao estator e finalmente os enrolamentos que sãodimensionados em material condutor isolado, dispostos sobre o núcleo e ligadosà rede de energia elétrica de alimentação. A segunda parte, o rotor, constitui-se também de três elementos básicos:eixo, núcleo de chapas, barras e anéis e enrolamentos. O eixo é o componenteresponsável pela potencia mecânica gerada no motor. O núcleo de chapaspossui chapas magnéticas que de fixam adequadamente no eixo. As barrasanéis de curto circuito podendo ser denominada motor de gaiola é feita dealumínio injetado sobre pressão. Enrolamentos ou motor bobinado são feitoscom material condutor que ficam dispostos sobre o núcleo.
  • 33. 46 Os Motores de Correntes Alternadas ainda possuem outros componentesque completam sua estrutura, esses componentes são ligados aos componentesprincipais, estado entre eles o ventilador, a tampa defletora, terminais,rolamentos e caixa de ligação. Figura 19 - Classificação dos motores elétricos Fonte: MAMED, 2007.4.5 Sensores Existem diversos tipos de sensores utilizados em equipamentoseletrônicos. Pode-se usar simples chaves ou dispositivos de acionamentomomentâneo do tipo mecânico, até transdutores especiais que convertemalguma grandeza física em uma grandeza elétrica, como, por exemplo, umatensão. Estes sensores servem para informar um circuito eletrônico a respeitode um evento que ocorra externamente, sobre o qual ele deve atuar, ou a partirdo qual ele deva comandar uma determinada ação. Os principais tipos de sensores se encontram em aplicações eletrônicassendo alguns deles: Sensores Mecânicos, Sensores do tipo Reed-Switch,Sensores Ultra-sônicos, Sensores Capacitivos , Sensores de Pressão.
  • 34. 47 • Sensores Mecânicos Denomina-se sensores mecânicos aqueles que sensoriam movimentos,posições ou presença usando recursos mecânicos como, por exemplo, chaves(switches).Nesta categoria inclui-se os micro switches e chaves de fim-de-curso.Estes sensores, como o nome sugere, são interruptores ou mesmo chavescomutadoras que atuam sobre um circuito no modo liga / desliga quando umaação mecânica acontece no seu elemento atuador. É possível usar estessensores de diversas formas, como para detectar a abertura ou fechamento deuma porta, a presença de um objeto em um determinado local, ou ainda quandouma parte mecânica de uma máquina está numa certa posição. Uma variação deste tipo de sensor é o “sensor de fim-de-curso” que,conforme o próprio nome indica, detecta quando uma parte mecânica de umdispositivo atinge seu deslocamento máximo. A finalidade da chave de fim-de-curso é evitar que o motor do sistema, por exemplo, continue atuando mesmodepois que a peça que ele movimenta chega ao seu ponto máximo. Isso poderiaforçar o mecanismo ou ainda causar uma sobrecarga do motor ou do própriocircuito de acionamento. • Sensores do tipo Reed-Switch Estes sensores podem ser utilizados para detectar a posição de umapeça ou de uma parte de um mecanismo pela posição de um pequeno ímã queé preso a ela. Pode-se classificar estes sensores também como sensoresmagnéticos, uma vez que eles atuam com a ação de um campo, mas como sãointerruptores acionados por campos, será melhor separá-los em uma outracategoria, dentro de uma classificação de atuação mais simples. Este tipo de sensor que tanto pode ser utilizado para detectar a simplesaproximação de uma peça quanto gerar pulsos de controle a cada passagem deuma peça móvel. Caracteriza-se por sua velocidade de ações limitada e tambémpela pequena capacidade de corrente que os tipos comuns apresentam. Nestasaplicações destacam-se, por exemplo, sua utilização como sensor de fim-de-curso, para detectar quando uma peça atinge seu deslocamento máximo,atuando sobre o sensor pela ação de um pequeno ímã. • Sensores Ultra-sônicos
  • 35. 48 Este é um tipo de sensor bastante útil na detecção de objetos a uma certadistância, desde que estes não sejam muito pequenos, e capazes de refletir estetipo de radiação. O princípio de funcionamento deste sensor é o seguinte:transdutor emite ondas ultra-sônicas em freqüência normalmente em torno de 42kHz. O resultado é um comprimento de onda da ordem de alguns centímetros, oque permite detectar objetos relativamente pequenos. As ondas refletidas peloobjeto são captadas pelo sensor, fornecendo assim um sinal que pode serprocessado trazendo informações sobre o objeto no qual ocorreu a reflexão. Os exemplares mais comuns de sensores deste tipo são os que utilizamuma lâmina ressonante de modo que eles funcionam tanto como transdutoresemissores quanto microfones, mas sendo capazes de selecionar porressonância, uma estreita faixa de freqüências, normalmente em torno de 42kHz. O outro tipo de sensor /emissor é o que faz uso de cerâmicaspiezelétricas. Observe que, enquanto o primeiro é indutivo de baixa ou médiaimpedância, o segundo tem características capacitivas de alta impedância.Estes sensores são bons para detectar a presença de objetos a curtasdistâncias sendo por isso usados em aplicações onde outros meios mais sujeitosa interferência não funcionam bem. Isso acontece pois os ultra-sons,diferentemente de luz e sinais elétricos, não são afetados por interferênciaselétricas ou mesmo luz ambiente. • Sensores Capacitivos A capacitância de um capacitor (sensor) depende da distância entre duasplacas. Se uma delas for móvel, é possível associar à sua posição um valor decapacitância que pode ser usado para processar informações sobre a distânciaem que ela se encontra. Então, um sensor deste tipo pode ser elaboradosimplesmente mantendo-se uma armadura fica e prendendo-se a armaduramóvel ao objeto que se pretende sensoriar. É possível sensoriar também o deslocamento deste objeto pela superfícieefetiva do capacitor que o sensor representa. Dessa maneira possível sensoriardeslocamentos laterais de uma das armaduras do capacitor. Finalmente, tem-seuma possibilidade interessante, que é aproveitada no sensoriamento de líquidos
  • 36. 49de um reservatório, onde o próprio nível do liquido representa a armadura móvel.Conseqüentemente, tem-se um capacitor virtual, cuja armadura que semovimenta é o próprio liquido ou meio cuja posição ou nível deve sersensoriado. Os sensores capacitivos encontram aplicações em alarmes,sensores de posição, sensores de níveis de líquidos em reservatórios, etc. • Sensores de Pressão Há várias tecnologias que permitem a elaboração de sensores de pressãopara aplicações na indústria, eletrônica de consumo, eletrônica médica,eletrônica embarcada, etc. O ar externo pressiona o diafragma que vai ter uma posição que dependedo valor da pressão externa. A posição do diafragma é então sensoriada por umdispositivo sensor de posição que pode ser uma bobina ou uma placa, caso emque se usa um sensor capacitivo. Uma deformação do material faz com que apareçam tensões elétricasnas faces do material. Esta tensão pode ser amplificada de modo a fornecerinformações sobre a grandeza sensoriada. Com essa estrutura podem serobtidos sensores que sensoriam a pressão absoluta caso em que numa dasfaces tem-se uma câmara de vácuo que serve de referência, ou com ar a umapressão de referência, ou ainda relativos, em que existem duas entradas depressão. Neste caso, o dispositivo sensoria a diferença de pressão entre as duasentradas, podendo assim indicar uma pressão relativa, por exemplo de umaautoclave ou bomba de ar. Este tipo de sensor também pode ser usado nosensoriamento do nível de líquidos em um reservatório. Sensores modernos como estes também fazem uso de tecnologiamagneto-resistiva, onde um ímã cria um campo que atua sobre um padrão delinhas que apresentam uma certa resistência. Uma deformação desta estruturafaz com que a resistência elétrica apresentada se modifique, fornecendo dessemodo um sinal de saída a um circuito de monitoramento ou controle. • Protetores de Surto A causa mais freqüente da queima de equipamentos eletrônicos – comocomputadores, placa eletrônica de controle por exemplo – é a sobretensãocausada por descargas atmosféricas ou manobras de circuito. Contudo, estes
  • 37. 50problemas estão com os dias contados. Os avanços da tecnologia já permitem aimplementação de uma proteção eficaz contra estes efeitos. Instalados nosquadros de luz, os Dispositivos de Proteção contra surtos (DPS), são capazesde evitar qualquer tipo de dano, descarregando para a terra os pulsos de alta-tensão causados pelos raios. Utilizado para limitar as sobretensões edescarregar os surtos de corrente originários de descargas atmosféricas nasredes de energia. Os dispositivos são aplicados na proteção de equipamentosconectados à redes de energia, informática, telecomunicações etc. Fixaçãorápida por engate em trilho, atendendo ao sistema N - modular standard.Principais Vantagens  A mais completa e variada linha de DPS para aplicação emsistemas de energia do mercado nacional;  Fabricação local dos modelos mais vendidos, da classe II;  Disponibilidade de modelos com bases mono (só classe II), bi, tri etetrapolares, porém com modulo de reposição individual;  Produzidos com a mais moderna tecnologia disponível atualmenteno mundo, empregando componentes ativos (varistores e centelhadores) dealtíssima qualidade e procedência idônea (Epcos/Siemens);  Ampla gama de acessórios para facilitar a montagem em conjuntocom outros componentes (barramentos para ligação com disjuntores e DR’s emodulo de inversão de ligação);  Sinergia completa com os demais produtos Siemens ET,configurando-se no mais completo portfólio de produtos para instalações dopaís, com forte posição de liderança em minidisjuntores e DR’s;  Certificação Internacional KEMA (CENELEC).
  • 38. 515 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOSO fluxograma a seguir mostra toda a metodologia do projeto. Figura 20 – Fluxograma do PDCA Fonte: Campos, (1996) Esta metodologia fica melhor representada no tradicional desenhoesquemático do ciclo PDCA. O esquema mostra as quatro etapas básicas dociclo PDCA: P (PLAN) – Planejar: estabelecimento de plano com a definição deobjetivos, metas, estratégias e recursos. D (Do) – Desenvolver / Executar:preparação (execução e treinamento) das pessoas para execução de tarefasconforme previsto no plano e execução das mesmas, registrando-se dados quepermitam o controle do projeto. C (Check) – Checar / verificação dos resultadosda tarefa executada, comparando-os com o planejado. A (Action) – Agir paracorrigir ou melhorar ou prevenir: definição de ações para corrigir erros,eliminando definitivamente as causas fundamentais e revisando procedimentos;ou agir no sentido de melhorias, estabelecendo novas diretrizes. O PDCA trará aorganização de todo o andamento de projeto.
  • 39. 525.1 Coleta de dados A análise de documentos foi realizada no período inicial da pesquisa,após a leitura de reclamações de clientes originadas de serviço de call center daempresa abastecedora de água, bem como e-mails relatando problemas deabastecimento do reservatório do Bairro Jorge Teixeira II. A coleta de dados se deu no período de agosto-outubro/2012, período decalor intenso e maior fluxo de reclamações dos usuários, onde verificou-se osistema atual e suas características de funcionamento. Os instrumentos utilizados para análise foram tabelas e gráficos de leiturabem como relatórios de desperdício de água, reclamações de clientes e pedidosde manutenção ou substituição de bombas fornecidas pela companhia de água. Após a leitura de documentos, foram extraídas as reclamações maisfreqüentes verificando-se o problema de maior incidência. Em seguida passou-se a segunda etapa da pesquisa, a pesquisa de campo, que contou com visitasno período crítico, verificação da estrutura de abastecimento e levantamento deserviços realizados para solucionar o transbordamento do reservatório eposterior falta de água para a comunidade. As visitas oportunizaram uma melhor visão do espaço e condições deserviços oferecidos, assim como suas deficiências. Figura 16 - Estrutura Básica dos Reservatórios Figura 21 – Modelo de reservatório Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012
  • 40. 535.2 Definições das estratégias. Para realizarmos o projeto, levantaremos algumas metas para seremrealizadas. Etapa I - Buscar e implementar dispositivos que realizem o acionamentoautomático das estações de campo. Etapa II - Estudar e implementar lógica de funcionamento doequipamento, que deverá ser o gerente das estações de campo.5.3. Conhecimentos Teóricos Definido o trabalho de conclusão de curso, partimos para etapa de coletade informações em busca da identificação do problema e que nos desseembasamento teórico do assunto a ser abordado. Pesquisamos os assuntos referentes ao principio de funcionamento doCLP (controlador lógico programável), sensores de nível, fonte de alimentação,dispositivos de proteção e o controle de reservatórios que é a nossa idéia deimplantação. Foi necessário pesquisar os assuntos em livros, na internet, manuais eapostilas que nos desse uma orientação na estrutura teórica e de como montar aestrutura de operação do CLP.5.4. Materiais e métodos Realizamos algumas pesquisas dos equipamentos que seriam viáveis aserem utilizados na realização deste projeto, onde procuramos encaixar todos ositens do projeto de automação, com menor custo e mais didático possível hajavista que encontramos grande dificuldade para definirmos o tipo de CLP queseria utilizado, pois não tínhamos conhecimento suficiente para definirmos qualequipamento teria o melhor desempenho em nossa aplicação.
  • 41. 54 Os equipamentos utilizados foram organizados no quadro demonstrativo1, a quantidade necessária para a instalação, o preço individual de cada item e opreço total do investimento a ser realizado na Elevatória. Quadro 1 - Demonstrativo de Equipamentos Fonte: Dados da empresa Manaus Ambiental O material para a confecção foi adquirido com recursos próprios em lojasespecializadas da cidade Manaus. Sendo os componentes do painel: Protetoresde surto, contator auxiliar, Motor Elétrico, CLP Twido, módulo de expansãoanalogico fonte de alimentação 24Vcc e inversor de freqüência. Com base no levantamento dos preços dos equipamentos do protótipo,percebe-se que o valor investido no projeto é práticável se considerar aeconomia com o não-desperdício de água, locomoçào de mão-de-obra eproporcionando maior qualidade no serviço e satisfação por parte dos clientes. • Transmissor de Nível – Hidrostático Este instrumento foi desenvolvido para medir continuamente e comgrande precisão o nível em tanques ou reservatórios contendo produtos líquidos.Não apresenta qualquer parte móvel uma vez que seu princípio de operação étotalmente baseado na medição da pressão exercida pela coluna de líquido quefica acima do sensor. Um circuito eletrônico converte o sinal que vem do sensorde pressão em corrente 4-20 mA. Por isto, pode ser utilizado em tanques compresença de espuma, turbulência ou gases/vapores além de não ser afetado porcaracterísticas do fluído que possam sofrer mudanças como viscosidade ouconstante dielétrica
  • 42. 55 A versão pendular é composta somente por um sensor preso a um cabo,sendo submerso até o fundo do tanque. Sua principal aplicação é a medição deágua, tanto em tanques ou reservatórios como em poços profundos, uma vezque devido ao seu tamanho reduzido, permite ser introduzido através de bocaisde pequeno diâmetro. Características:  Não cotem partes móveis;  As partes que serão molhadas são confeccionadas em aço inox ePP (versão pendular) e Aço Inox cerâmica (versão lateral);  Saída 4-20;  Saída 4-20 mA a 2 fios;  Não é afetado pela presença de espuma, turbulência ougases/vapores;  Fácil instalação. Aplicações  Monitoramento contínuo do nível de tanques ou reservatórios;  Líquidos como água, produtos químicos, entre outros;  Medição do nível de poços profundos (versão pendular). Dados Básicos para dimensionamento  Tensão nominal do DPS: Uc;  Sobretensões temporárias suportáveis TOV: Ur ;  Nível de proteção de tensão: Up;  Capacidade de descarga:- DPS classe I - Iimp- DPS classe II - In- DPS classe III – Uoc  Capacidade de descarga da corrente subsequente Ifi (classe I)- Proteção de back-up • CLP Twido
  • 43. 56 O CLP utilizado na confecção do projeto foi Twido modeloTWDLCAA40DRF – de médio porte, da marca Schneider, possuindo 24entradas 24 VCC e 16 saídas a relé, permitindo até quatro módulos deexpansão. As entradas e saídas digitais constituem as ligações físicas doControlador com o mundo externo. Para muitos, são simples terminais deconexão, mas para o Controlador elas representam um sistema que transformaum sinal elétrico em um: estado lógico (0 ou 1), O controlador Twido possui dois tipos de LEDs:  os LEDs de estado de operação interna,  os LEDs de entradas e saídas. O CLP Twido pode ser equipado com um Relógio de Tempo Real(opcional), possibilitando a utilização de instruções de gerenciamento de tempoe assim operar as máquinas de acordo com um calendário. A alimentação elétrica do equipamento é em 220Vca. Para obtenção dosinal analógico, foi necessário acrescentar módulo de expansão TWDAMM3HTcom 2 entradas analógicas e 1 saída sendo:  1 entrada analógica - ligação do transmissor de nível  2 entrada analógica – ligação do transmissor de nível  1 saída analógica – controle de rotação do inversor A alimentação elétrica do módulo de expansão é realizada em 24Vcc. • Motor Elétrico Motor de indução trifásica, 6 pontas fechamento interno em delta com asseguintes características:  Marca: WEG  Tensão: 220V  Corrente: 2,1 A  Potencia: 0,5CV  Rotação: 1710 RPM  Fator de Serviço:1.15  Isolamento: B
  • 44. 57  Proteção: IP54 • Inversor de Frequência Inversor utilizado marca WEG CFW-08 com características técnicasabaixo:  Fonte de alimentação: 200Vca a 240Vca (trifásica)  Corrente: 7 A  Potencia: 2,7 Kva  Freqüência: 50/60Hz5.5 Esquema Elétrico De acordo com a idéia realizada no papel de como seriam o esquemaelétrico, optamos por utilizar o software paint, acessível a todos usuários,ondenele demonstramos toda parte de ligação elétrica de cada módulo, como elesestão ligados as entradas/saídas e circuito de potência.Conforme diagramasabaixo: Figura 22 – Diagrama de Comando do Protótipo. Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012
  • 45. 58 Figura 23 - Diagrama de Funcionamento do CLP do Protótipo. Fonte: Empresa Manaus Ambiental5.6 Princípios de Funcionamento Procedimento de operação e programação Configurando o CLP Configurando o Inversor de freqüência Exemplo de lógica combinacional O monitoramento do nível do reservatório será feito através de umtransmissor de nível hidrostático, alimentação a dois fios 24 Vcc e sinal de saídade 4 a 20 mA. O transmissor de nível envia um sinal de corrente 4 a 20 mA, proporcionalao range do sensor.Este sinal de corrente é proporcional a pressão no nível
  • 46. 59dentro do reservatório e será enviada para a entrada analógica do CLP. Este iráler monitorar e interpretar, de acordo com os parâmetros determinados, omomento em que deverá ligar e desligar o conjunto moto bomba. Com base nessas informações, o controlador irá comparar o valordesejado (SP) com o valor do processo (PV) e determina com base no set-pointde controle, o valor de correção na saída do controlador para que o valor doprocesso (PV) se aproxime do valor desejado (SP), fornecendo sempre umadeterminada rotação, não permitindo assim que o reservatório fique seco. Estaoperação só é permitida, pois o CLP utilizado possui recurso de controle PID(Proporcional Integral Derivativo).5.7 Simulação Através do TwidoSuite_V2. 0 é possível simular o funcionamento doprograma, como se o computador estivesse conectado ao PLC, monitorandoa execução do mesmo. Serão abordadas as seguintes situações. Procedimento de operação e programação Passo 1 A figura demonstra qual CLP será utilizado na aplicação