Controlador Lógico Programavel (CLP)

O Controlador Lógico Programável, ou simplesmente PLC

(Programmable Logic Controller), pode ser definido como um dispositivo de

estado sólido - um Computador Industrial, capaz de armazenar instruções para

implementação de funções de controle (seqüência lógica, temporização e

contagem, por exemplo), além de realizar operações lógicas e aritméticas,

manipulação de dados e comunicação em rede, sendo utilizado no controle de

Sistemas Automatizados

Os principais blocos que compõem um PLC são:

· CPU (Central Processing Unit - Unidade Central de Processamento):

compreende o processador ( microprocessador, microcontrolador ou processador

dedicado), o sistema de memória (ROM e RAM) e os circuitos auxiliares de

controle;

· Circuitos/Módulos de I/O ( lnputlOutput — Entrada/Saída): podem

ser discretos (sinais digitais: 12VDC, 127 VAC, contatos normalmente abertos,

contatos normalmente fechados) ou analógicos (sinais analógicos: 4-20mA, 0-

10VDC, termopar);

· Fonte de Alimentação: responsável pela tensão de alimentação

fornecida à CPU e aos Circuitos/Módulos de I/O. Em alguns casos, proporciona

saída auxiliar (baixa corrente).

· Base ou Rack: proporciona conexão mecânica e elétrica entre a

CPU, os Módulos de I/O e a Fonte de Alimentação. Contém o barramento de

comunicação entre eles, no qual os sinais de dados, endereço, controle e tensão

de alimentação estão presentes.

Pode ainda ser composto por Circuitos/Módulos Especiais: contador

rápido (5kHz, 10kHz, 100kHz, ou mais), interrupção por hardware, controlador de

temperatura, controlador PID, co-processadores (transmissão via rádio,

posicionamento de eixos, programação BASIC, sintetizador de voz, entre outros)

e comunicação em rede, por exemplo.

A figura a seguir mostra um PLC comercial.

1.1 - Operação Básica do CLP

A CPU executa a leitura dos status (condições, estados) dos

dispositivos de entrada meio dos Circuitos/Módulos de I/O. Esses status são

armazenados na memória (RAM) para serem processados pelo Programa de

Aplicação (desenvolvido pelo usuário e armazenado em memória RAM, EPROM

ou EEPROM no PLC). Após a execução do Programa de Aplicação, o

processador atualiza os status dos dispositivos de saída por meio dos

Circuitos/Módulos de I/O, realizando a lógica de controle.

A programação do PLC é feita por meio de uma Ferramenta de

Programação que pode ser um Programador Manual (Terminal de Programação,

Handheld Programmer), ou um PC com Software de Programação específico

(ambiente DOS® ou Windows® ). A Linguagem Ladder (RLL - Relay Ladder

Logic, Lógica de Contatos de Relê), muito popular entre os usuários dos antigos

sistemas de controle a relês, é a mais utilizada. Esta linguagem é a representação

lógica da seqüência elétrica de operação, como ilustrado nas figuras a seguir.

A lógica implementada pelo PLC é muito similar à convencional, sendo

que os dispositivos de entrada (elementos B0 e B1) são conectados ao

Circuito/Módulo de Entrada e o dispositivo de saída (elemento L0), ao

Circuito/Módulo de Saída. O Programa de Aplicação determina o acionamento da

saída em função das entradas (B0 . B1 = L0). Qualquer alteração desejada nesta

lógica é realizada por meio de alterações no programa, permanecendo as

mesmas ligações (conexões) nos Circuitos/Módulos de I/O.

1.2 - Histórico

Na década de 60, o aumento da competitividade fez com que a

indústria automotiva melhorasse o desempenho de suas linhas de produção,

aumentando tanto a qualidade como a produtividade. Fazia-se necessário

encontrar uma alternativa para os sistemas de controle a relês. Uma saída

possível, imaginada pela General Motors, seria um sistema baseado no

computador.

Assim, em 1968 , a Divisão Hydramatic da GM determinou os critérios

para projeto do PLC, sendo que o primeiro dispositivo a atender às especificações

foi desenvolvido pela Gould Modicon em 1969.

As principais características desejadas nos novos equipamentos de

estado sólido, com a flexibilidade dos computadores, eram:

· Preço competitivo com os sistemas a relês;

· Dispositivos de entrada e de saída facilmente substituíveis;

· Funcionamento em ambiente industrial (vibração, calor, poeira,

ruídos);

· Facilidade de programação e manutenção por técnicos e

engenheiros;

· Repetibilidade de operação e uso.

Inicialmente, os CLPs, ouPLCs eram chamados PCs - Programmable

Controllers, mas com o advento dos Computadores Pessoais (PCs - Personal

Computers), convencionou-se PLCs para evitar conflitos de nomenclatura.

Originalmente os PLCs foram usados em aplicações de controle discreto (onloff -

liga/desliga), como os sistemas a relês, porém eram facilmente instalados,

economizando espaço e energia, além de possuírem indicadores de diagnósticos

que facilitavam a manutenção. Uma eventual necessidade de alteração na lógica

de controle da máquina era realizada em pouco tempo, apenas com ‘mudanças’

no programa, sem necessidade de alteração nas ligações elétricas.

A década de 70 marca uma fase de grande aprimoramento dos PLCs.

Com as inovações tecnológicas dos microprocessadores, maior flexibilidade e um

grau também maior de inteligência, os Controladores Lógicos Programáveis

incorporaram:

1972 - Funções de temporização e contagem;

1973 - Operações aritméticas, manipulação de dados e comunicação

com computadores;

1974 - Comunicação com lnterfaces Homem-Máquina;

1975 - Maior capacidade de memória, controles analógicos e

controle PID;

1979/80 - Módulos de I/O remotos, módulos inteligentes e

controle de posicionamento.

Nos anos 80, aperfeiçoamentos foram atingidos, fazendo do PLC um

dos equipamentos mais atraentes na Automação Industrial. A possibilidade de

comunicação em rede (1981) é hoje uma característica indispensável na indústria.

Além dessa evolução tecnológica, foi atingido um alto grau de integração, tanto no

número de pontos como no tamanho físico, que possibilitou o fornecimento de

minis e micros PLCs (a partir de 1982).

Atualmente, os PLCs apresentam as seguintes características:

· Módulos de I/O de alta densidade (grande número de Pontos de I/O

por módulo);

· Módulos remotos controlados por uma mesma CPU;

· Módulos inteligentes (coprocessadores que permitem realização de

tarefas complexas: controle PID, posicionamento de eixos, transmissão via rádio

ou modem, leitura de código de barras);

· Software de programação em ambiente Windows® (facilidade de

programação);

· Integração de Aplicativos Windows® (Access, Excel, Visual Basic)

para comunicação com PLCs;

· Recursos de monitoramento da execução do programa, diagnósticos

e detecção de falhas;

· Instruções avançadas que permitem operações complexas (ponto

flutuante, funções trigonométricas );

· Scan Time (tempo de varredura) reduzido (maior velocidade de

processamento) devido à utilização de processadores dedicados;

Como instalar lâmpadas incandescentes com interruptor simples.

No circuito da figura acima temos uma lâmpada comanda

por interruptor simples, sendo que esta lâmpada é alimentada

por uma tensão ou corrente contínua, que poderá ser uma

bateria, pilha ou outra fonte de tensão ou corrente contínua

qualquer.

Quando o interruptor é fechado, o sentido da corrente

será indicado pela seta, ou seja, do terminal + para o terminal

-, fazendo com que a lâmpada acenda.

Como a transmissão de energia elétrica é feita em tensão

ou corrente alternada, as instalações elétricas, quer sejam

prediais, residenciais, comerciais ou industriais, recebem

alimentação nesta modalidade de energia.

O comando por interruptor simples é feito para comandar

uma lâmpada ou mais, por um único local, ou ponto de

comando.

PRECAUÇÃO: os aparelhos e lâmpadas elétricas, em

geral, são construídos para funcionarem em uma determinada

tensão. Verifique se a tensão do seu equipamento é compatível com a da sua rede elétrica.

Interruptor de uma Tecla Simples de Embutir

 REPRESENTAÇÃO DE ESQUEMAS

MULTIFILAR E UNIFILAR

Vamos representar os esquemas multifilar e unifilar do

comando de uma lâmpada incandescente de 60 W / 127 V,

com interruptor simples.

Na realização dos exercícios, consideramos os dois traços

acima do esquema, como um sendo o neutro e o outro a

fase, sendo que esses dois condutores sempre vêm de um

quadro terminal de luz. Na prática, sempre o condutor vivo, ou

seja, a fase é que deverá ser seccionada pelo elemento de

comando, que neste caso será o interruptor.

Lei de Faraday

Sempre que ocorrer uma variação do fluxo magnético através de um circuito fechado, será estabelecida nesse circuito uma cor­rente induzida.

Quando o fluxo está aumentando, a corrente tem sentido con­trário ao que ela apresenta quando o fluxo está diminuindo.

Analisando a experiência mostrada na figura que segue, veri­fica-se que o aparecimento da corrente induzida está de acordo

com a lei de Faraday: na figura (a), existe um fluxo magnético através da bobina, mas ele não está variando e o ímã está parado. Portanto, não há corrente induzida nas espiras; na figura (b), ao afastar-se o ímã, o fluxo magnético através da bobina diminuirá, e esta variação do fluxo faz aparecer uma corrente induzida, que o amperímetro indica; na figura (c), aproximando-se o ímã da bobina, o fluxo através dela aumenta e a cor­rente induzida aparece em sentido contrário ao ante­rior, como indicado no amperímetro.

Uma corrente induzida é gerada sempre que um circuito é atravessado por um campo magnético externo que, por qualquer razão, varia com o tempo. Afastando os dois circuitos, a quantidade de linhas do campo mag­nético gerado pelo circuito indutor na bobina do cir­cuito induzido diminui. Aproximando os circuitos, o número dessas linhas no circuito induzido aumenta. 

Lei de Lenz

A corrente induzida em um circuito aparece sempre com um sentido tal que o campo magnético que ela cria tende a contrariar a variação do fluxo mag­nético através da espira.

A Lei de Lenz fornece um meio para se determinar o sentido da corrente induzida, porém sua interpretação difere conforme a causa que a produz.

Se a corrente for devida ao deslocamento relativo entre um condutor e um campo magnético (1º e 2º processo), ela dá origem, com o circuito fechado, a um sentido tal, que tende a frear o deslocamento do condutor.

– Se a corrente induzida é devida à variação do fluxo (3º processo), observamos que o sentido da corrente em relação ao fluxo ocorre do seguinte modo:

a – tem sentido oposto ao fluxo, quando aumenta;

b – tem o mesmo sentido do fluxo, quando diminui.

A regra de Fleming, ou “da mão direita”, estabelece uma maneira prática de se verificar o sentido da corrente induzida, sabendo-se o sentido de deslocamento do condutor e o sentido do fluxo: dispõem-se os dedos polegar, indicador e médio da mão direita em ângulos retos, de modo que o indicador aponte no sen­tido do fluxo e o polegar no sentido do deslocamento do condutor.

Contatores

Contatores são dispositivos que se utilizam de princípios eletromagnéticos para

acionar contatos, da seguinte forma:

• Uma bobina ao ser percorrida por uma corrente elétrica produz um fluxo magnético,

que atrai um núcleo móvel.

• Ao ser aberto o circuito elétrico desta bobina o

fluxo magnético é interrompido, fazendo com

que cesse a força de atração, e o núcleo móvel

volta a sua posição de repouso, pela ação de

uma mola.

• Junto com este movimento são “arrastados” os

contatos, fazendo com que se abram ou se

fechem.

(5 A), chamados de contatos auxiliares, que são destinados para fazer o automatismo. A

quantidade destes contatos varia de acordo com o modelo e o fabricante do contator, sendo

que em muitos casos se pode colocar blocos adicionais destes contatos.

Contatos principais

Contatos auxiliares

Os contatores possuem três

contatos NA, chamados de contatos

principais ou de força, destinados a

fechar e a abrir as três fases de

alimentação de um motor trifásico.

Sabendo-se que para cada potência de

motor é solicitada uma corrente diferente

da rede, os contatores devem ser

especificados de acordo com esta

corrente nominal. Além destes três

contatos, que têm que ter a corrente

nominal coerente com a corrente do

motor, os contatores possuem outros

contatos auxiliares (NA) ou (NF),

acionados pelo mesmo núcleo, com

capacidade de corrente fixa normalmente

A maioria dos fabricantes utiliza a seguinte numeração dos contatos:

• Contatos Principais: L1/T1; L2 /T2; L3/T3, ou 1/2, 3 /4, 5/6

• Contatos Auxiliares: NA com finais 3 e 4 e NF com finais 1 e 2. Ex.: contatos NA 13/14

e 43/44 e NF 21/22 e 31/32.



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Queda de Tensão

Os aparelhos de utilização de energia elétrica são

projetados para trabalharem em determinadas tensões, com

uma tolerância pequena.

Estas quedas são função da distância entre a carga e o

centro de distribuição e a potência da carga.

A queda de tensão provocada pela passagem de

corrente nos condutores dos circuitos de uma instalação deve

estar dentro de limites pré - fixados, a fim de não prejudicar o

funcionamento dos equipamentos de utilização ligados aos

circuitos terminais.

A queda de tensão ( total ) é considerada entre a origem

da instalação e o último ponto de utilização de qualquer terminal.

As quedas de tensão admissíveis são dadas em

percentagens da tensão nominal ou de entrada :

Pela NBR 5410 admitem - se as seguintes quedas de

tensão :

a ) para instalações alimentadas diretamente por um

ramal de baixa tensão, a partir da rede de distribuição pública

de baixa tensão :

• iluminação :4%

• outras utilizações : 4%

QUEDA DE TENSÃO

b ) instalações alimentadas diretamente por uma

subestação de transformação a partir de uma instalação de

alta - tensão ou que

possuam fonte própria :

• iluminação : 7%

• outras utilizações : 7%

Obs. : Em qualquer

dos casos, a queda de

tensão parcial nos

circuitos terminais para

iluminação deve ser igual

ou inferior a 2%.

Quedas de tensão acima das especificadas, desde que

dentro dos limites permitidos em suas normas

correspondentes, são admitidas nos seguintes casos :

• motores, durante a partida;

• equipamentos com corrente de partida elevada

Para o cálculo das quedas de tensão nos circuitos devem

ser utilizados os valores da cargas determinadas conforme

NBR 5410.

Manutenção em rede de Alta Tensão

Chave Seccionadora

As chaves seccionadoras são dispositivos elétricos que servem para fechar ou abrir um circuito. Elas são construídas de forma diferente de interruptores, pois é necessário que se vejam seus contatos quando estão abertos ou fecha­dos.

Para maiores detalhes, você conhecerá o conceito de chave seccionadora, segundo as normas da ABNT.

A chave seccionadora é um dispositivo elétrico de manobra mecânica ma­nual que, para evitar risco de acidentes, garante, na posição desligada (aberta), uma distância entre seus contatos, capaz de não permitir a passagem da corren­te elétrica. São constituídas de uma base isolante, com contatos móveis e fixos, bornes de conexão e punho ou manípulo de acionamento.

As chaves seccionadoras têm a função de permitir ao eletricista fazer a manutenção com o circuito desligado. Por isso, é necessário – conforme o esta­belecido no conceito – que se mantenha uma distância de isolamento entre seus contatos, capaz de não permitir a passagem da corrente elétrica; caso contrário, ela não ofereceria segurança ao eletricista.

Além disso, estas chaves não são próprias para comando direto de má­quinas, pois é preciso primeiro desligar as máquinas, para depois desligar as chaves seccionadoras.

Fusíveis

São dispositivos usados nas instalações elétricas com a função de proteger os

circuitos contra os efeitos de curto-circuito ou sobrecargas.

Simbologia

Constituição

São partes da constituição dos fusíveis: o contato, o corpo isolante, o elo de fusão

e o indicador de queima. (Fig. 1.2)

Contatos

Servem para fazer a conexão dos fusíveis com os componentes das instalações

elétricas. Feitos de latão ou cobre prateado, para evitar oxidação e mau contato.

Corpo isolante

É feito de material isolante de boa resistência mecânica, que não absorve umidade.

Geralmente de cerâmica, porcelana ou esteatita. Dentro do corpo isolante se

alojam o elo fusível e, em alguns casos, o elo indicador de queima, imersos por

completo em material granulado extintor - areia de quartzo de granulometria

adequada de (acordo com a corrente máxima circulante).

Elo de fusão- Material condutor de corrente elétrica e baixo ponto de fusão, feito

em forma de fios ou lâminas.

Em forma de fio- A fusão pode ocorrer em qualquer ponto do elo (fio).

Em forma de lâmina - Assumem diversas formas de seção, conforme descrito a

seguir.

Elo fusível com seção constante - A fusão pode ocorrer em qualquer ponto do elo.

Elo fusível com seção reduzida normal - A fusão sempre ocorre na parte onde a

seção é reduzida. 

Elo fusível com seção reduzida por janelas - A fusão sempre ocorre na parte entre

as janelas de maior seção. 

Elo fusível com seção reduzida por janelas e um acréscimo de massa no centro -

A fusão ocorre sempre entre as janelas. 

Elo indicador de queima - É constituído de um fio muito fino, que está ligado em

paralelo com o elo fusível. No caso de fusão do elo fusível, o fio do indicador de

queima também se fundirá, provocando o desprendimento da espoleta. (Fig. 1.8)

Indicador de queima

Facilita a identificação do fusível queimado. Desprende-se em caso de queima do

fusível.

Funcionamento

O funcionamento dos fusíveis é baseado na fusão do elo fusível, condutor de

pequena seção transversal que sofre um aquecimento maior que o dos outros

condutores à passagem da corrente. Para uma relação adequada entre seção do

elo fusível e o condutor protegido, ocorrerá a fusão do metal do elo quando o

condutor atingir uma temperatura próxima da máxima admissível (especificada

para cada fusível, de acordo com sua aplicação e corrente nominal).

Características dos fusíveis quanto ao tipo de ação

Os fusíveis podem ser de:

· ação rápida ou normal;

· ação ultra-rápida;

· ação retardada.

Fusíveis de ação rápida ou normal

Neste caso a fusão do elo ocorre após alguns instantes da sobrecarga. Os elos

podem ser de fios com seção constante ou de láminas com seção reduzida por

janeIas. São próprios para proteger circuitos com cargas resistivas.

·Exemplo

Proteção de circuitos com lâmpadas incandescentes e resistores em geral.

Fusíveis de ação ultra-rápida

Neste caso a fusão do elo é imediata, quando recebem uma sobrecarga, mesmc

sendo de curta duração. São próprios para proteger circuitos eletrônicos, quando

o dispositivos são semicondutores. Os semicondutores são mais sensíveis e

precisam de proteção mais eficaz contra sobrecarga, mesmo sendo de curta

duração.

Fusíveis de ação retardada

A fusão do elo na ação retardada só acontece quando há sobrecargas de longa

duração ou curto-circuito.

São próprios para proteger circuitos com cargas indutivas e/ou capacitivas (motores,

trafos, capacitores e indutores em geral).

Características elétricas dos fusíveis

· Corrente nominal (In).

· Tensão nominal (Vn).

· Resistência de contatos.

· Limitação de corrente.

· Capacidade de ruptura.

· Característica tempo x corrente.

· Influência da temperatura ambiente.

Corrente nominal (In)

Especifica a máxima corrente que o fusível suporta continuamente sem se queimar.

Geralmente vem escrita no corpo do componente.

Existe um código de cores padronizado para cada valor da corrente nominal. As

cores estão numa espoleta indicadora de queima, que se encontra presa pelo elo

indicador de queima.

Cor Corrente nominal(A)

Rosa  2

Marrom  4

Verde  6

Vermelho  10

Cinza  16

Azul  20

Amarelo  25

Preto  35

Branco  50

Laranja  63

Tensão nominal (Vn)

Especifica o valor da máxima tensão de isolamento do fusível. É uma característica

relacionada com o corpo isolante do dispositivo.

Resistência de contatos

A resistência de contatos entre a base e o fusível é responsável por eventuais

aquecimentos porque se opõe à passagem da corrente, podendo causar a

queima do fusível.

Limitação de corrente

Sob altas correntes, os fusíveis atuam tão rapidamente que a corrente de impulso

de curto-circuito não pode ocorrer. O valor instantâneo máximo da corrente

alcançado durante o processo de interrupção denomina-se corrente de corte In. A

limitação de corrente é representada, nos catálogos, por meio de diagramas de

corrente de corte.

Como funciona o motor monofásico

Os motores monofásicos de fase auxiliar podem ser de
dois tipos: motores de partida sem capacitor e com capacitor.
Nos motores de partida sem capacitor, durante a partida
o enrolamento auxiliar fica ligado diretamente em paralelo
com o enrolamento principal. Quando o motor atinge certa
velocidade, cerca de 75% da velocidade normal, um interruptor
automático desliga o enrolamento auxiliar, passando o
motor a funcionar apenas com o enrolamento principal.

Os motores de partida com capacitor têm funcionamento
igual ao acima descrito, tendo apenas ligado em série com
o enrolamento auxiliar um capacitor.

A velocidade dos motores monofásicos depende do número
de pólos e da freqüência da rede de alimentação.
Os motores monofásicos de fase auxiliar são
normalmenteencontrados com 2,4 e 6 pólos, para as freqüências
de 50 a 60 Hz.
Os motores monofásicos de fase auxiliar dotados de
capacitor possuem um torque (arranque) mais vigoroso. Normalmente,
o capacitor é usado em motores que partem com
carga considerável.
Podem-se encontrar motores de fase auxiliar com dois,
quatro ou seis terminais de saída, que podem combinar-se
para várias tensões de rede e para inversão da rotação por
meio de chave reversora.
Quando o motor monofásico está parado, as molas fazem
com que as massas centrífugas empurrem o carretel sobre
os contatos, fechando o circuito do bobinado de arranque.
O motor está assim em condições de arrancar. Quando
o motor alcançar aproximadamente 75% de sua velocidade
de funcionamento a força centrífuga desloca as massas, arrastando
o carretel e abrindo os contatos que desligam o
bobinado de arranque. A partir daí o motor passa a funcionar
somente com o bobinado principal. Ao desligar o motor o dispositivo
age de forma inversa, deixando o motor em condições
de um novo arranque.