SISTEMA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL. Objetivo geral da disciplina. Objetivos específicos: Aulas de laboratório

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1 SISTEMA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Objetivo geral da disciplina Entender os princípios básicos da automação a nível industrial e residencial, no contexto da utilização dos microprocessadores como elemento central de todo este processo, com avaliações consistentes quanto às necessidades de suas aplicações em determinadas partes de um sistema elétrico, atendendo as recomendações técnicas, econômicas, segurança e no contexto da eficiência energética. Objetivos específicos:. Conhecer, analisar e definir as principais características dos controladores programáveis, tais como: capacidade de memória, tipo de memórias, parâmetros de entradas/saídas, linguagens de programações existentes, tipos de comunicações e programações via CLP dos principais circuitos existentes: operações lógicas, aritméticas (+, - * e / ), circuitos de memórias, temporizadores, contadores, sistemas analógicos, sistema PID, dentre outros;. Conhecer, analisar e definir as principais características e as lógicas internas dos circuitos eletrônicos dos transdutores: temperatura, pressão, gás, deslocamento, velocidade e posição, entre outros;. Conhecer, analisar e definir o princípio de funcionamento dos inversores de frequências, com controle microprocessados PWM e programar os seus parâmetros básicos de funcionamento, num sistema de automação;. Desenvolver um projeto básico de como funciona um sistema supervisório, dentro do contexto da automação;. Avaliar a automação dentro do contexto da eficiência energética, via inversores de frequência, controladores programáveis e sensores.. Ter a consciência da necessidade da formação da equipe interdisciplinar na elaboração de qualquer projeto; Aulas de laboratório As aulas de laboratório serão desenvolvidas na sala 103, Bloco D, Departamento de Engenharia Elétrica da UFMT. Os alunos matriculados serão divididos em no máximo 8(oito) turmas que irão desenvolver as atividades nos módulos didáticos montados no Laboratório de Eletrotécnica Industrial e Sistema de automação industrial. O Laboratório da disciplina Sistema de Automação Industrial, consta atualmente com 8(oito) módulos didáticos, representando um sistema elétrico industrial. Estes módulos são sistematizados e trabalhados na disciplina. Para que o aluno consiga um bom aproveitamento nas aulas de laboratório, os módulos são

2 trabalhados em grupo de no máximo 2(dois) alunos e como consequência no máximo de 16 alunos/semestre. Ao longo do semestre, de acordo com a sequência pré-estabelecida, os alunos percorrem os 8 (oito) módulos. Utilizando-se em média 5(cinco) aulas por módulo, perfazendo um total de 80 horas de aulas de laboratório ao longo do semestre. Dentro da especificidade de cada módulo os conceitos teóricos serão trabalhados separadamente para cada módulo. Genericamente os assuntos trabalhados nos painéis encontram-se assim divididos: 1ª AULA.O aluno irá avaliar o objetivo do módulo didático, dentro do contexto de um sistema de automação;.avaliar o princípio de funcionamento do equipamento a ser utilizado: tais como: capacidade de memória, entradas e saídas digitais e analógicas, tensão de alimentação, tensão de alimentação das entradas digitais, tipo de entrada analógica, tipo de saída analógica, conexão CLP x Sistema de energia, Conexão CLP x Microcomputador, linguagens de programações;.programar as lógicas convencionais: portas lógicas E, OU, Não E, Não OU, Biestável e circuitos de memórias. 2ª AULA Programações dos diferentes tipos de temporizadores: com retardo na energização, com retardo na desenergização, cíclico, de tempo limitado e curta duração. 3ª AULA De acordo com o módulo didático, realizar as programações de entradas e saídas analógicas. 4ª AULA De acordo com o módulo didático, realizar as programações de estudos de casos de aplicativos em automações de processos. 5ª AULA De acordo com o módulo didático, realizar as programações de estudos de casos de aplicativos em automações de processos.

3 QUADRO RESUMO DAS ATIVIDADES DA DISCIPLINA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Grupos / P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 alunos A B C D E F G H MÓDULO EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NOS MÓDULOS 01 Módulo didático de um sistema de bombeamento-clp TWIDO 02 Módulo didático de um controlador de temperatura CLP NOVUS + N Módulo didático de automação residencial via Controlador lógico programável DEXTER 04 Módulo didático via IHM x Controlador lógico programável ATOS 05 Módulo didático de um elevador CLP TWIDO 06 Software de um sistema Scada Software Elipse Scada 07 Módulo didático de um Inversor de frequência ( SIEMENS + WEG + DANFOSS) x CLP 08 Módulo didático de um sistema de controle de um portão de um estacionamento CLP TWIDO OBS: 1. As atividades desenvolvidas durante o semestre serão realizadas conforme quadro acima, onde os alunos serão divididos em grupos (A, B, C, D, E, F, G e H) de no máximo 2 alunos/cada. 2. As sequências dos projetos (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 e P8) para cada grupo são realizadas conforme quadro indicativo.

4 MÓDULO 1 SISTEMA DE BOMBEAMENTO O módulo didático do sistema de bombeamento é composto basicamente dos seguintes materiais e ou equipamentos: IHM, moto bomba, válvula tipo gaveta, válvula de retenção, sensor de pressão, sensor de vazão, reservatório superior, válvula solenoide, sensor ultrassônico, reservatório inferior, sensor inferior de nível, resistor de aquecimento, sensor Pt100, painel de controle contendo, botão de emergência, CLP TWIDO e Inversor frequência. Será desenvolvido programações para acionamento do sistema de bombeamento para diversas configurações, utilizando-se dos recursos disponíveis no módulo, como exemplos:. Acionamento do sistema no MANUAL. Acionamento do sistema no AUTOMÁTICO. Acionamento de um sistema de RACIONAMENTO.Controle de temperatura e bombeamento.controle de um sistema via PID Figura do sistema de bombeamento

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6 MÓDULO 2 SISTEMA DE AQUECIMENTO Este módulo tem a finalidade de simular um sistema de aquecimento, monitorado por um sensor Pt100 e controlado via relé de temperatura N1100 (Novus). O relé de temperatura deverá acionar uma entrada analógica do CLP NOVUS, assim como, um Controlador de Potência tiristorizado da (VARIXX). Desenvolvendo-se as seguintes atividades:.análises das principais características do CLPDVP-10SX-NOVUS : Tensão de alimentação, tensão de alimentação das entradas digitais, tipo de saída, capacidade de memória, linguagem de programação, interligação CLP / processo, interligação CLP / terminal e/ou micro, software de programação.. Programações de contato série, contato paralelo, série-paralelo, paralelo-série, memória e flags.. Programações de temporizadores típicos: - com retardo na energização - com retardo na desenergização - com tempo limitado. Programação de um temporizador cíclico - Programação de um contador - Programação de um JK. operações ( + -- / * ). Entradas e saídas analógicas no contexto da necessidade de operação de um processo de um sistema de aquecimento - Entradas analógicas no contexto da eficiência energética Figura do sistema de aquecimento

7 EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS. 01 microcomputador. 01 controlador lógico programável DVP -10 SX Novus. 01 Controlador de temperatura N1100, Novus. 01 Controlador de Potência, VARIXX. 01 sensor de temperatura Pt fonte cc de 24 volts. 04 chaves comutadoras. 02 potenciômetros. 02 lâmpadas de 220V. 01 motor monofásico ( ventilador ). 01 Resistência de aquecimento de 1000 W / 127 V. 01 multímetro MÓDULO 3 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL O controlador programável µdx 200 (DEXTER) é baseado em um microcontrolador de 16 bits com muitos periféricos incorporados e possui uma série de proteções em suas entradas e saídas. Com isso está preparado para enfrentar ambientes industriais e residenciais, onde ruído elétrico e temperaturas são elevadas. Sua caixa metálica, além de conferir robustez ao equipamento, forma uma blindagem elétrica eficiente. A rede de comunicação permite a comunicação entre controladores até 1500 metros. E pode-se conectar até 32 dispositivos sem a necessidade de ampliação. Este módulo tem como objetivos centralizar a aplicações em um sistema de automação residencial, com as seguintes atividades:.análises das principais características do CLP PROGRAMÁVEL µdx 200 (DEXTER): Tensão de alimentação, tensão de alimentação das entradas digitais, tipo de saída, capacidade de memória, linguagem de programação, interligação CLP / processo, interligação CLP / terminal e/ou micro, software de programação.. Programações de circuitos de memórias. Programações de temporizadores típicos: - com retardo na energização. - com retardo na desenergização - com tempo limitado.

8 - cíclicos. Programação de um contador. Programação de um semáforo eletrônico. Programação da função Keypad. Programação da função Macro. Programações de entradas e saídas analógicas. Programações de entradas e saídas analógicas no contexto da necessidade de operação de um processo - Programações de entradas analógicas no contexto da eficiência energética EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS. 01 microcomputador. 01 controlador lógico programável µdx DEXTER.. 01 módulo de expansão. 01 multiplexador. 01 conjunto keypad. 01 fonte cc de 24 volts. 08 chaves comutadoras. 01 potenciômetro. 13 conjuntos de leds em 24 Vcc. 01 multímetro Figura do sistema de automação residencial

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10 MÓDULO 4 IHM x CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL 4004G (ATOS) A interface homem-máquina, conhecida como IHM, é um equipamento eletrônico responsável por permitir a interação entre o usuário e o sistema, seja para ele obter informações do funcionamento do sistema, dos estados das variáveis ou até mesmo para realizar de forma simples o acionamento de uma carga, por exemplo. Percebe-se que a IHM tem papel fundamental no processo como um todo, pois facilita ao usuário a obtenção de informações importantes da situação do sistema como um todo. No caso do módulo em estudo há uma IHM incorporada ao conjunto CLP, com as seguintes fundamentações trabalhadas neste módulo:. Análises das principais características do CLP 4004G(ATOS): Tensão de alimentação, tensão de alimentação das entradas digitais, tipo de saída, capacidade de memória, linguagem de programação, interligação CLP / processo, interligação CLP / terminal e/ou micro, software de programação, entrada e saída analógica. Programações de circuitos de memórias e temporizadores. Programação da IHM com os seus respectivos acionamentos - Programações de operações aritméticas (soma, subtração, multiplicação e divisão) - Programação de uma entrada analógica para um sistema de aquecimento. Programação de um estacionamento ou semáforo. Entradas e saídas analógicas no contexto da necessidade de operação de um processo. Entradas analógicas no contexto da eficiência energética Figura da IHM x CLP ATOS

11 EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS. 01 microcomputador. 01 IHM. 01 controlador lógico programável 4004G ATOS. 01 módulo de entradas e saídas analógicas. 01 módulo Ethernet. 01 fonte cc de 24 volts. 08 chaves comutadoras. 02 potenciômetros. 08 lâmpadas de 220V. 01 multímetro MÓDULO 5 SISTEMA DIDÁTICO DE UM ELEVADOR PARA 4 PAVIMENTOS A importância desse equipamento, está centrada na facilidade do transporte vertical de pessoas e de bens materiais, tornando viável viver e trabalhar em edificações de altura elevada. Além disso, os elevadores são essenciais para fazer com que escritórios, apartamentos e outros tipos de estabelecimento se tornem acessíveis para pessoas com necessidades especiais. Dada a importância desses equipamentos e a escassez de referências técnicas sobre o mesmo, este módulo tem como objetivo representar o funcionamento de um elevador, com o objetivo principal de possibilitar o estudo em diversas áreas as quais esse equipamento está envolvido, como por exemplo, programação de Controladores Lógicos Programáveis (CLP), acionamento elétrico através de inversores de frequência, sistemas supervisórios de monitoramento, entre outras. O elevador é basicamente um compartimento ligado a um sistema de elevação com o propósito de transportar pessoas ou objetos de uma cota para outra. O sistema de elevador trabalha de maneira automática, com uma intervenção mínima do usuário, sendo necessário apenas que o usuário realize uma chamada com um simples toque no botão, onde todo o processo de atendimento à chamada é realizado de maneira automática pelo sistema. O módulo didático do elevador é composto basicamente dos seguintes materiais e equipamentos: botões de impulso nos pavimentos e na cabine, sensores indutivos nos pavimentos, sinalizações em todos os pavimentos e na cabine, inversor de frequência e um CLP TWIDO. Será desenvolvido programações para acionamento do elevador com controle de subida e descida, oportunizando ao aluno a noção de como funciona um elevador, desde a concepção e lógica de acionamento, como exemplos:. Controle de abertura e fechamento da porta do elevador. Acionamento da cabine do elevador no MANUAL, do térreo para o 3º andar

12 . Acionamento do elevador no AUTOMÁTICO. Acionamento do elevador com variação de velocidade Figura interna do módulo do elevador

13 MÓDULO 6 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS Os sistemas supervisórios permitem que sejam monitoradas e rastreadas informações de um processo produtivo ou instalação física. Tais informações são coletadas através de equipamentos de aquisições de dados e, em seguida, manipulados, analisados, armazenados e posteriormente, apresentados ao usuário. Estes sistemas são chamados de SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition). Atualmente os sistemas de automação industrial utilizam tecnologias de computação e comunicação para automatizar a monitoração e controle dos processos industriais, efetuando coleta de dados em ambientes complexos, eventualmente dispersos geograficamente, e a respectiva apresentação de modo amigável para o operador, com recursos gráficos elaborados. Em 10 horas de aula serão executadas as seguintes atividades:. Programação do Elipse Scada de sistemas FIXOS. Programações do Elipse Scada de sistemas ANIMADOS. Programações do Elipse Scada de sistemas em MOVIMENTOS. Programações do Elipse Scada para visualizações de variáveis de um processo. Programação de um sistema real (bombeamento / armazenamento / bebidas / transportes de produtos ) EQUIPAMENTOS E MATERIAIS UTILIZADOS. 01 microcomputador. 01 licença do software Elipse Scada ou a versão DEMO Figura de um sistema supervisório

14 MÓDULO 7 INVERSOR DE FREQUÊNCIA (SIEMENS, WEG, DANFFOS e ALLEN BRADLEY) x CLP O avanço da eletrônica permitiu o desenvolvimento de conversores de frequência com dispositivos de estado sólido, tais como, os transistores de potência. Os inversores comerciais de baixa tensão, normalmente promovem uma conversão indireta da frequência, ou seja, a corrente alternada é retificada para corrente contínua, a partir desta retificação controlada ou não, a tensão contínua é chaveada para obter um trem de pulso que alimenta o motor. Devido a natureza indutiva do motor, a corrente que circula tem um aspecto de corrente alternada. Atualmente o inversor de frequência com circuito intermediário a tensão constante é muito utilizado para variar e controlar a velocidade de motores elétricos de indução com rotor em gaiola. O mais comum é o inversor PWM, compactos e podem ser utilizados nas mais diversas aplicações que exijam controle de velocidades. Geralmente o próprio inversor agrega proteções específicas, além de permitir as parametrizações em sistemas complexos via CLP s, redes de comunicações específicas e monitorados via sistema supervisórios. Neste módulo são as seguintes atividades desenvolvidas:.programações diversas para acionamento de um motor de indução trifásico via inversor de frequência da Siemens.. Programações diversas para acionamento de um motor de indução trifásico, via inversor de frequência da WEG.. Programações diversas para acionamento de um motor de indução trifásico, via inversor de frequência da ALLEN BRADLEY..Programações diversas para acionamento de um motor de indução trifásico, via inversor de frequência da DANFOSS.. Acionamento de um Inversor de frequência via CLP em várias velocidades Figura dos inversores de frequência

15 MÓDULO 8 PORTÃO DE GARAGEM DE UM ESTACIONAMENTO O Portão de Garagem com CLP forma um conjunto que disponibiliza uma área de trabalho para simular uma automação de um portão de garagem através de sensores industriais e controlador programável Twido. Permite o desenvolvimento de diversas situações, otimizando o aprendizado em CLP s. Atividades desenvolvidas:. Análise da lógica de funcionamento de um portão.. Acionamento da trava de segurança.. Acionamento automático do portão.. Acionamento manual do portão.. Programação de um botão para 3 finalidades no portão.. Programação de um portão para entrada e saída de um estacionamento.