Introdução à Engenharia ElétricaProf. Rodrigo Rimoldi

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Representações:

C0nfigurações: SPST: Single Pole SingleThrow

(Chave on/off de 1 estado)

SPDT: Single Pole DoubleThrow

(Chave on/off de 2 estados)

DPST: Double Pole SingleThrow

(Chave on/off de 2 pólos)

DPDT: Single Pole SingleThrow

(Chave on/off de 2 pólos e 2 estados)

Termos:

Pole – Número de partes móveis que se conectam ou número de circuitos individuais;

Throw – Número de estados da chave.

Principais tipos:

Classes:

24 volts AC/DC;

48 volts AC/DC;

120 volts AC/DC;

Aula 1 - Introdução à Automação Industrial 6

230 volts AC/DC;

TTL level (transitor-to-transistor ±5 V);

Isolated input.

Chave cuja operação é ativada de maneira eletromagnética.

Suas saídas (forma de contatos de relés) são acionadas quando uma contagem pré-estabelecida é atingida.

Ex.: Contagem de 5 subidas de borda.

Utilizado para temporizar eventos, fechando os contatos após um tempo pré-programado.

Ex.: Acionamento da saída após 5 segundos.

Controle Mecânico – eixos, direcionadores, etc.;

Controle Pneumático – pistões e válvulas de ar comprimido, etc.;

Controle Eletromecânico – chaves, relês, temporizadores, contadores, etc.;

Controle Eletrônico – chaves eletrônicas;

Controle Computadorizado.

Exemplo de controle de processo:

Um processo inicia ligando um motor (R2), cinco segundos após uma peça

tocar uma chave de limite (LS1). O processo termina automaticamente

quando a peça terminada toca uma segunda chave de limite (LS2). Uma

chave de emergência (PB1) termina o processo a qualquer instante, quando

for acionada.

Sistema automático: o resultado é definido previamente e o sistema se encarrega de atingi-lo sem a intervenção de um controlador externo (usuário);

Sistema rígido: não há possibilidade de alteração do processo depois da definição do sistema e de seus componentes após início da operação;

Sistema flexível: é possível fazer alterações no sistema e em seus componentes (como incluir entradas ou saídas, por exemplo) após início da operação.

Processo: conjunto de operações e/ou transformações realizadas sobre um ou mais materiais, com a finalidade de variar pelo menos uma de suas propriedades físicas ou químicas.

Processo de produção:

Seguir uma receita, usando utensílios para transformar ingredientes básicos num produto;

Para esta transformação é necessária alguma forma de energia;

Ingredientes: matéria-prima de entrada ou insumos;

Pó de café;

Água.

Utensílios: equipamentos necessários à produção;

Cafeteira;

Coador;

Filtro de papel;

Jarra refratária.

Fonte de energia: calor usado na transformação dos ingredientes;

Receita:

Determina a sequência de preparo, os intervalos de tempo e a quantidade de matéria-prima envolvida;

Mostra como fazer sempre um cafezinho com as mesmas características ou bem semelhantes (padronização do processo).

Insumos: combinação dos fatores de produção (matérias-primas, horas trabalhadas, energia consumida, taxa de amortização, etc.) que entram na produção de determinada quantidade de bens ou serviços;

Matéria-prima: substância bruta principal e essencial com que é fabricada alguma coisa;

Energia: propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho.

Produção em massa: sistema de produção de um produto com variação mínima;

Exemplo: automóveis e eletrodomésticos.

Produção em lote: sistema de produção de uma quantidade média de um produto que pode ser repetido periodicamente;

Exemplo: livros e roupas.

Processo descontínuo: é aquele cuja operação se dá em etapas;

Em primeiro lugar ocorre a alimentação do processo com matéria-prima;

Depois ocorre algum tipo de reação;

Finalmente é feita a retirada do produto final.

Exemplo de processo descontínuo: etapas de produção em indústrias químicas e de manufatura com características de produção em massa (seriada) ou em lotes.

Processo contínuo: É aquele em que existe uma entrada contínua de matéria-prima, um processamento e uma saída também contínua do produto final.

Exemplo de processo contínuo: destilação de álcool.

Exemplo de processo contínuo: destilação de álcool.

A saída de produto é constante (Álcool hidratado) dependendo da quantidade de matéria-prima de entrada (caldo de cana fermentado) e da energia fornecida ao sistema (vapor de água supersaturado);

Um produto sobra nesse processo, o vinhoto. Parte dele é reprocessado, isto é, volta ao topo da coluna. O que sobra é usado como fertilizante nas plantações de cana-de-açúcar.

São entidades matemáticas associadas a fenômenos físicos/químicos, geralmente através de letras ( x, y, z, V, I, R, t, etc.);

Podem ser associadas a:

Pressão

Temperatura;

Posição;

Vazão;

Velocidade;

Nível;

pH;

Etc.

Variáveis analógicas (contínuas): podem assumir infinitos valores (dentro de uma faixa de valor máximo e mínimo) durante um intervalo de tempo.

Variáveis digitais (discretas): podem assumir um número limitado de valores durante um intervalo de tempo.

Relacionada com as variáveis analógicas.

O conjunto formado pelo resistor variável e a bóia(elemento sensor) informa continuamente ao indicador aquantidade de combustível existente no tanque.

Relacionada com as variáveis digitais.

A medição descontínua normalmente é feita por sensoresdo tipo chave com dois estados, ativo ou não ativo.

No exemplo, é utilizada para segurança evitando o transbordamento ou esvaziamento abaixo de determinada posição mínima.

SP (Set Point) – é o valor desejado; ponto em que se deseja manter a variável controlada, no caso ajustada para o nível permanecer em torno de 50%;

PV (Process Variable) – é a variável de processo que está sendo medida pelo elemento sensor presente no transmissor de nível (LT) e transmitida para o controlador;

MV (Manipuled Variable) – é a variável manipulada, no caso o sinal enviado pelo controlador (LIC) para o elemento final de controle (LCV) que regula a quantidade de combustível que entra no tanque. A este fluxo de fluido chamamos vazão.

Técnica: uso de um computador para comandar o caminho de uma ferramenta cortante de um torno mecânico ou uma máquina fresadora;

Resultado: alta precisão no produto final e alta repetibilidadecom um mesmo programa;

CNC:

Técnica que permite a operação automática de uma máquina por meio de uma série de instruções codificadas que contêm números, letras e outros símbolos;

Máquinas CNC podem ser facilmente reprogramadas para atender a novos projetos e podem ser adaptadas a diferentes situações de produção.

Definição (NEMA - National Electrical ManufacturersAssociation): aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos;

Usados para controlar uma sucessão de eventos (entradas e saídas);

Elementos que realizam a interação entre o mecanismo controlador e a variável (grandeza) monitorada;

Tipos: Contínuos – efetuam medições contínuas de

variáveis (ex.: termopar);

Discretos – podem apresentar somente dois padrões de resposta: atuados ou não (ex.: chaves).

Auto alimentados – produzem um sinal elétrico de saída sem a necessidade de alimentação externa (ex.: termopar); Com alimentação externa – requerem

entrada de energia para gerar um sinal de saída (ex.: sensores capacitivos e indutivos).

Temperatura; Pressão; Força; Velocidade e

aceleração; Posição e

deslocamento; Umidade; Nível;

Fluxo; Vibração e impacto; Viscosidade; Ruído acústico; Radiação e ópticos; Biosensores; Sensores químicos; Nano sensores.

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Elementos que produzem movimento a partir de um comando recebido do dispositivo controlador; Convertem os sinais elétricos do

controlador em ações (movimentos);Atuam diretamente no processo,

modificando as suas condições;

Empregados em sistemas onde se requer altas velocidades nos movimentos, com pouco controle sobre o posicionamento final, em aplicações onde o torque exigido é relativamente baixo;

Tipos:

Lineares – Pistões de simples e dupla ação;

Rotativos – Motores pneumáticos;

Válvulas de controle pneumáticas – regulam a vazão de um fluído (líquido, gás ou vapor) que escoa através de uma tubulação, por meio do posicionamento relativo de um obturador que obstrui a área livre de passagem do fluído.

Utilizados principalmente em sistemas onde são requeridos elevados torques, sobretudo no acionamento de máquinas de grande porte e em robôs de alta velocidade de posicionamento;

Comandados por eletro válvulas que monitoram os fluxos de líquido do mecanismo, controlando os movimentos;

Características:

Alto torque desenvolvido;

Alta relação torque/peso;

Alta performance;

Baixa manutenção.

Motor de passo: Baixo torque com acionamento simples;

Baixa relação peso/potência;

Aplicação típica:▪ Sistemas que operam e malha aberta, não

exigindo a presença de sensores ou controladores mais elaborados;

▪ Controle de posicionamento mais preciso;

▪ Periféricos para informática.

Motor de Corrente Contínua:

Controle preciso de velocidade;

Acionamento e controle também são bastante simples.

Motor de indução (CA):

Utilizado quando se deseja imprimir movimento a um equipamento ou estrutura acoplados ao seu eixo;

Bastante robusto e versátil.

1. GONZAGA, A., “Introdução à AutomaçãoIndustrial”, notas de aula, Departamento deEngenharia Elétrica – USP, disponível em:http://iris.sel.eesc.usp.br.

2. BALBINOT, A. & Brusamarello, V. J.,“Instrumentação e Fundamentos de Medidas”,Vol. 1, LTC, Rio de Janeiro, 2006.

3. BALBINOT, A. & Brusamarello, V. J.,“Instrumentação e Fundamentos de Medidas”,Vol. 2, LTC, Rio de Janeiro, 2006.