APOSTILA AUTOMAÇÃO

AUTOMAÇÃO I - MATERIAL DIDÁTICO

ESCOLA TÉCNICA ELECTRA

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ÍNDICE 1 – INTRODUÇÃO 2 – FUNÇÕES LÓGICAS/INTRODUÇÃO A LINGUAGEM LADDER 2.1 – Função E ou AND 2.2 – Função OU ou OR 2.3 – Função NÃO ou NOT 2.4 – Funções Derivadas 2.4.1 – Função NÃO E ou NAND 2.4.2 - Função NÃO OU ou NOR 2.5 – Funções Combinacionais 2.5.1 – Função OU EXCLUSIVO ou EXOR 3 – PROJETOS DE AUTOMAÇÃO A PARTIR DA LÓGICA COMBINACIONAL 3.1 – Expressões Booleanas, Circuitos Lógicos e LADDER’s Obtidos a Partir de Tabelas da Verdade 3.1.1 – Soma de Produtos 3.2 – Simplificação de Circuitos Combinacionais Através do Diagrama de Vietch-Karnaugh 3.2.1 – Diagrama para Duas Variáveis 3.2.2 – Diagrama para Três Variáveis 3.2.3 – Diagrama para Quatro variáveis 4 – CIRCUITOS DE COMANDO ELÉTRICO 4.1 – Introdução 4.2 – Dispositivos de comando dos Circuitos 4.3 – Dispositivos de Proteção 4.4 – Funcionamento Básico de um Dispositivo Eletromagnético 4.4.1 – Contactores e Chaves Magnéticas 4.4.2 – Identificação dos Bornes dos Contactores 4.4.3 – Identificação dos Bornes do Relé Térmico 4.5 – Circuitos com Comandos Elétricos 4.5.1 – Comando dos Contactores 4.5.2 – Intertravamento de Contactores 4.6 – Dispositivos de Desligamento e Acionamento de Motores 4.6.1 – Chave de Partida Direta 4.6.2 – Chave de Partida Direta com reversão do Sentido de Rotação 4.6.3 – Chave de Partida Triãngulo/Estrêla 5 – BIBLIOGRAFIA



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1 - INTRODUÇÃO

Definição Automação industrial pode ser definida como a tecnologia que se ocupa da utilização de sistemas mecânicos, eletroeletrônicos e computacionais na operação e controle da produção. Inclui a idéia de usar potência elétrica ou mecânica para acionar algum tipo de máquina, adicionando à máquina algum tipo de inteligência para ela executar a tarefa de modo eficiente, seguro e econômico, sem ou com a mínima interferência do homem. Vantagens da automação - Automação reduz mão de obra, mas ainda é necessário operador - Automação cria alguma outra atividade - Em vez de fazer a tarefa diretamente, o operador monitora a máquina que faz automaticamente a tarefa. - Altera habilidades e exigências do operador

Quando se faz necessário automatizar o processo - Quando a atividade profissional apresenta risco aos operadores - Quando se necessita aumentar a produção - Quando se necessita reduzir os gastos, mesmo que a médio e longo prazo - Quando a atividade exige raciocínio numérico, etc. Vantagem da máquina sobre o homem - Trabalha sob qualquer condição climática - Trabalha sob qualquer condição ambiental - Não chega atrasada - Não necessita de salário - Não faz greve Desvantagem da máquina - Capacidade limitada de tomar decisões - Precisa de programação para operar - Requer ajustes periódicos - Requer manutenção periódica - Aumenta o consumo energia elétrica - Custo de aquisição Classificação da Automação Industrial

A Automação Industrial teve seu “pontapé” inicial com Revolução Industrial, que consistiu em um conjunto de mudanças tecnológicas com profundo impacto no processo produtivo em nível econômico e social. Iniciada no Reino Unido em meados do século XVIII, expandiu-se pelo mundo a partir do século XIX.

Ao longo do processo (que de acordo com alguns autores se registra até aos nossos dias), a era da agricultura foi superada, a máquina foi superando o trabalho humano, uma nova relação entre capital e trabalho se impôs, novas relações entre nações se estabeleceram e surgiu o fenômeno da cultura de massa, entre outros eventos. Essa transformação foi possível devido a uma combinação de fatores, como o liberalismo econômico, a acumulação de capital e uma série de invenções, tais como o motor a vapor por James Watt. O capitalismo tornou-se o sistema econômico vigente.

Máquina a vapor inventada pelo escocês James Watt



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A Revolução Industrial é comumente dividida em 3 partes: primeira (1780-1830), segunda (1860-1945), conhecida chamada de Revolução Tecnológica ou Automação Clássica, e terceira (1970 até hoje), também chamada de Revolução Digital ou Automação Digital. A atribuição de datas varia muito de autor pra autor. Classificação da automação industrial É possível classificar as diferentes formas de automação industrial em três áreas não claramente delimitadas: a automação fixa, a automação programável e a automação flexível. Fixa ou Rígida: A automação fixa está baseada numa linha de produção especialmente projetada para a fabricação de um produto específico e determinado. É utilizada quando o volume de produção deve ser muito elevado, e o equipamento é projetado adequadamente para produzir altas quantidades de um único produto ou uma única peça em forma rápida e eficiente, isto é para ter uma alta taxa de produção. Um exemplo de automação fixa é encontrado nas indústrias de automóvel. O equipamento é, em geral, de custo elevado, devido a alta eficiência e produtividade. Porém devido à alta taxa de produção, o custo fixo é dividido numa grande quantidade de unidades fabricadas. Assim os custos unitários resultantes são relativamente baixos se comparados com outros métodos de produção. O risco que se enfrenta com a produção fixa é que, devido ao investimento inicial ser alto, se o volume de vendas for menor do que o previsto, então só custos unitários serão maiores do que o previsto, e conseqüentemente a taxa interna de retorno de investimento será menor. Outra dificuldade existente ao adotar um sistema de automação fixa é que o equipamento é especialmente projetado para produzir um produto ou peça específica, e se o ciclo de vida do produto acabar, por mudanças de projeto ou modelo, por exemplo, o equipamento pode tornar obsoleto. Portanto a automação fixa não é adequada para produtos com ciclo de vida breve ou para produções de baixo ou médio volume.

Programável: A automação programável está baseada num equipamento com capacidade para fabricar uma variedade de produtos com características diferentes, segundo um programa de instruções previamente introduzido. Esse tipo de automação é utilizado quando o volume de produção de cada produto é baixo, inclusive para produzir um produto unitário especialmente encomendado, por exemplo. O equipamento de produção é projetado para ser adaptável às diferentes características e configurações dos produtos fabricados. Essa adaptabilidade é conseguida mediante a operação do equipamento sob o controle de um programa de instruções preparado para o produto em questão. Esse programa, freqüentemente, pode ser introduzido no sistema através de um teclado numérico, por meio de um programa de computador, entre outras possibilidades. Assim, a operação do equipamento operatriz sempre dependerá das instruções indicadas por esse programa de controle. Em termos de economia, o custo do equipamento pode ser diluído num grande número de produtos, mesmo que estes tenham diferentes configurações ou, em alguns casos, sejam completamente diferentes. Devido às características de programação e adaptabilidade, vários produtos diferentes podem ser fabricados em pequenos lotes ou inclusive em forma unitária.

Flexível: A automação flexível, que pode ser entendida como uma solução de compromissos entre a automação fixa e a programável e, em geral, parece ser mais indicada para um volume médio de produção. Os sistemas de produção baseados na automação flexível têm algumas características da automação fixa e outras da automação programável. Assim, por exemplo, um sistema de manufatura flexível pode ser projetado para produzir uma única peça, mas com dimensões diferentes, ou diferentes materiais, entre outras variações, certamente limitadas.

Uma das características que distinguem a automação programável da automação flexível (embora esta distinção nem sempre possa ser estabelecida nos casos práticos), é que, nos sistemas que utilizam à primeira, os produtos são fabricados em lotes. Quando a fabricação de um lote é completada, o equipamento é reprogramado para processar o próximo lote. Nos sistemas de produção baseados na automação flexível, deferentes produtos podem ser fabricados ao mesmo tempo no mesmo sistema de fabricação: é só programar o computador central para desviar as diferentes peças e materiais para as estações de trabalho adequadas. Essa característica permite um nível de versatilidade que nem sempre é possível encontrar na automação programável, tal como foi definida aqui.

2 - FUNÇÕES LÓGICAS / INTRODUÇÃO À LINGUAGEM LADDER Neste momento pretendemos revisar as principais funções lógicas, bem como introduzir os conceitos iniciais da linguagem ladder, a primeira linguagem destinada especificamente à programação de CLPs. Por ser uma linguagem gráfica baseada em símbolos semelhantes aos encontrados nos esquemas elétricos (contatos e bobinas), as possíveis diferenças existentes entre os fabricantes de CLPs, quanto à representação das instruções, são facilmente assimiladas pelos usuários, como exemplificados abaixo.

CONTATO NA

CONTATO NF

CONTATO NA

CONTATO NF

O nome Ladder deve-se à representação da linguagem se parecer com uma escada (ladder em inglês), na qual duas barras verticais paralelas são interligadas pela Lógica de Controle formando os degraus (rung) da escada. Portanto, a cada Lógica de Controle existente no Programa de Aplicação dá-se o nome de rung, a qual é composta por Colunas e Linhas, conforme apresentado abaixo:



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A quantidade de Colunas e Linhas, ou Elementos e Associações, que cada rung pode ter é determinada pelo fabricante do PLC, podendo variar conforme a CPU utilizada. Em geral, este limite não apresenta uma preocupação ao usuário durante o desenvolvimento do Programa de Aplicação, pois os softwares de Programação indicam se tal quantidade foi ultrapassada, por meio de erro durante a compilação do Programa de Aplicação. 2.1- FUNÇÃO E ou AND

É aquela que assume valor “0” quando uma ou mais variáveis forem iguais a “0” e só assume valor “1” quando todas as variáveis forem iguais a “1”. Podemos dizer que a função em questão executa a operação de multiplicação. A expressão algébrica que representa a função é: S = A . B ou AB (para duas variáveis), lida da forma: S = A e B. O circuito abaixo representa a função de forma análoga:

Podemos agora construir uma tabela de estados possíveis das chaves com a respectiva situação da lâmpada, e esse processo chamaremos de TABELA DA VERDADE.

A B S

0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Os símbolos que representam as funções lógicas são chamados de PORTAS e o caso acima é referente a PORTA E de duas entradas que executa a tabela da verdade da função E.

Antiga Atual

Função AND em Linguagem ladder:

& A

S

B



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2.2 FUNÇÃO OU ou OR É a função que assume o valor “1” quando uma ou mais variáveis forem iguais a “1” e só assume o valor “0” quando todas as variáveis forem iguais a “0”. Sua representação algébrica fica da seguinte forma:

S = A+B (para duas variáveis) e lê-se: S = A ou B

Vejamos o esquema elétrico abaixo que representa a função OU:

Para que a lâmpada fique acesa basta uma das chaves estarem fechada (1), e a situação de lâmpada apagada (0) só ocorrerá quando as duas chaves estiverem abertas (0).

Logo podemos montar a tabela da verdade :

A B S

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

A porta que executa a função é a PORTA OU e seu símbolo é assim representado:

Antiga Atual

Função OR em Linguagem ladder:

2.3 - FUNÇÃO NÃO ou NOT

É também chamada de função complemento, pois o seu resultado será sempre o número que falta para se chegar ao último algarismo do grupo de algarismos do sistema numérico em questão. Sendo o sistema binário constituído de apenas dois algarismos, podemos dizer que o resultado é o inverso da variável, quando igual a “0”assume o valor “1” e quando igual a “1” assume o valor “0”, surgindo então outra denominação que é a de função inversora.

É representada algebricamente da seguinte forma:

S = A ou S = A' e lê-se: “A” BARRADO ou NÃO “A”. O circuito a seguir funciona de forma análoga a função NÃO:

≥ 1 A

S

B



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Quando a chave está aberta (0) a lâmpada está acesa (1) e quando a chave está fechada (1) a lâmpada esta apagada (0). A tabela da verdade da função é expressa da seguinte forma:

A A

0 1 1 0

O bloco lógico que executa a função é chamado de PORTA NÃO ou, mais conhecido, PORTA INVERSORA e sua simbologia é assim representada:

Antiga Atual Função NOT em Linguagem ladder:

2.4 - FUNÇÕES DERIVADAS 2.4.1– FUNÇÃO NÃO E ou NAND É o complemento (inverso) da função E, e é representada algebricamente como:

S = AB (para duas variáveis) e lê-se: S = A e B barrados.

O circuito abaixo demonstra o equivalente elétrico da função:

A lâmpada só ficará apagada (0) quando as duas chaves estiverem fechadas (1). A tabela da verdade da expressão acima é a seguinte:

A B S

0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0



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A porta que executa a função é a PORTA NAND e esta poderá ter duas ou mais variáveis de entrada. Sua simbologia é a seguinte:

Antiga Atual Função NAND em Linguagem ladder: OU

2.4.2 - FUNÇÃO NÃO OU ou NOR É o complemento (inverso) da função OU, e é representada algebricamente como:

S = BA + (para duas variáveis) e lê-se: S = A ou B barrados. Observe abaixo o circuito análogo à função OU:

Para que a lâmpada fique apagada (0) basta que uma das chaves esteja fechada (1).

A tabela da verdade é assim expressa:

A B S

0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

A porta que representa a função é a PORTA NOR e esta poderá também ter duas ou mais variáveis de entrada. Sua simbologia é a seguinte:

Antiga Atual

& A

B

S

≥ 1 A

B

S



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Função NOR em Linguagem ladder:

2.5- FUNÇÕES COMBINACIONAIS

2.5.1– FUNÇÃO “OU EXCLUSIVO” ou EXOR

É aquela que assume o valor “1” na saída, quando as duas variáveis de entrada forem diferentes entre si, ou seja, uma das entradas deve ser exclusiva.

Sua representação algébrica é a seguinte:

S = BA⊕ (S = BABA + ) e lê-se: S = A ou exclusivo B Observe o esquema elétrico abaixo que representa a função EXOR:

Para que a lâmpada fique acesa (1), as chaves A e B devem estar em estados diferentes, fechado (1) e aberto (0) ou aberto (0) e fechado (1), respectivamente.

A tabela da verdade é assim mostrada:

A B S

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

A porta que executa a função é a PORTA EXOR e sua simbologia é:

Antiga Atual

Função EXOR em Linguagem ladder:

= 1 A

B

S



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3 – PROJETOS DE AUTOMAÇÃO PARTINDO DA LÓGICA COMBINACIONAL

Até aqui vimos expressões algébricas que descreviam circuitos de uma única porta, apesar de ser algumas portas, a combinação de outras. A partir de agora, estudaremos circuitos complexos, com a combinação de duas ou mais portas.

Para isso, inicialmente, devemos chamar as expressões algébricas de expressões booleanas, isto porque todas as expressões podem ser submetidas ao modelo matemático de George Boole, também conhecido como álgebra de Boole.

3.1 - EXPRESSÕES BOOLEANAS, CIRCUITOS LÓGICOS E LADDER OBTIDOS A PARTIR DE TABELAS DA VERDADE

3.1.1- SOMA DE PRODUTOS Considere a tabela da verdade abaixo:

ESTAD A B C S

0 0 0 0 0

1 0 0 1 1

2 0 1 0 0

3 0 1 1 0

4 1 0 0 0

5 1 0 1 0

6 1 1 0 0

7 1 1 1 1

Obs.: As saídas 0 e 1 foram colocadas arbitrariamente. Ela contém as variáveis A, B e C. Note que somente duas combinações de variáveis gerarão uma saída "1". No estado 1, dizemos que uma entrada "não A AND não B AND C" ira gerar uma saída "1". A expressão booleana que identifica esta

situação é CBA .. . A outra combinação de variáveis que ira gerar uma saída "1" é mostrada no estado 7 da tabela. Nesta situação teremos "A AND B AND C e sua expressão será ABC. Essas duas combinações possíveis são, então, submetidas juntas a uma operação OR para formar a expressão booleana completa da tabela da verdade. Logo:

S = CBACBA .... + A expressão final é chamada forma de soma-de-produtos de uma expressão booleana ou na forma de MINTERMOS (∑ m).

Note que a expressão pode ser descrita através de portas lógicas com um padrão bastante familiar AND-OR:

Circuito Lógico

LADDER



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Exemplo prático nº 1 Sinalização de sobrecarga – Vamos montar um programa de forma a ativar um sinal, visual ou sonoro, alertando que o

sistema composto por três motores está apresentando um consumo de corrente superior a 60 Ampères. Motor A - consumo total = 30 A Motor B - consumo total = 20 A Motor C - consumo total = 40 A Condições das variáveis A, B e C Motor desligado = 0 Motor ligado = 1 Condições da saída Sem sobrecarga = 0 Com sobrecarga = 1

ESTAD A B C S

0 0 0 0 0

1 0 0 1 0

2 0 1 0 0

3 0 1 1 0

4 1 0 0 0

5 1 0 1 1

6 1 1 0 0

7 1 1 1 1

Nos estados 0,1, 2, 3, 4 e 6, o somatório das correntes foram inferiores a 60 A. Por isso a saída foi 0, isto é, o alarme não

será acionado. Nos estados 5 e 7, o somatório das correntes foram superiores a 60 A. Por isso a saída foi 1, isto é, o alarme será acionado.

Expressão Booleana: S ABC ABC= +

B

A

C S



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EXERCÍCIO: Escreva as expressões Booleanas, desenhe os circuitos lógicos e os LADDER’s, a partir das tabelas da verdade abaixo. a)

A B C S

0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1

b) 3.2 - SIMPLIFICAÇÃO DE CIRCUITOS COMBINACIONAIS ATRAVÉS DO DIAGRAMA DE VEITCH-KARNAUGH Os diagramas de Veitch-Karnaugh permitem a simplificação de expressões características com duas, três, quatro ou mais variáveis, sendo que para cada caso existe um tipo de diagrama mais apropriado. Este modelo de simplificação trabalha com padrão de função AND-OR ou OR-AND. Para não complicarmos muito adotaremos o padrão AND-OR.

3.2.1 - DIAGRAMA PARA DUAS VARIÁVEIS Vejamos inicialmente as possibilidades que duas variáveis podem fornecer:

ESTADO A B

0 0 0 1 0 1 2 1 0 3 1 1

Estes estados deverão ser distribuídos racionalmente nas quadrículas do modelo geométrico de Veitch-Karnaugh.

Veja na figura a seguir, que para cada dupla de quadrículas possuímos uma variável em comum.

A B C D S

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1



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Após todas as observações, notamos que cada linha da tabela da verdade possui sua região própria no diagrama e essas regiões são, portanto, os locais onde devem ser colocados os valores de saída (S) que a expressão assume nas diferentes possibilidades.

Para entendermos melhor o significado deste conceito, vamos observar o exemplo: A tabela da verdade abaixo mostra o estudo de uma função de duas variáveis e ao lado sua expressão não simplificada.

A B S

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

S = ABBABA ++

Primeiramente vamos colocar no diagrama, o valor que a expressão assume em cada estado.

Uma vez entendida a colocação dos valores no diagrama, assumidos pela expressão em cada estado, vamos verificar como podemos efetuar a simplificação. Para isto, utilizamos o seguinte método: Tentamos agrupar as regiões onde "S" é igual a "1", no menor número possível de pares. As regiões onde "S" é "1", que não puderem ser agrupadas em pares, serão consideradas isoladamente. Assim, temos: Notamos que um par é o conjunto de duas regiões onde "S" é "1", que tem um lado em comum, ou seja, são vizinhos. O mesmo "1" pode pertencer a mais de um par. Feito isto, escrevemos a expressão de cada par, ou seja, a região que o par ocupa no diagrama. O "Par 1" ocupa a região A e sua expressão será: Par 1 = A O "Par 2" ocupa a região B e sua expressão será: Par 2 = B Agora basta unirmos as expressões ao operador OU, para obtermos a expressão simplificada "S", logo: S = Par 1 + Par 2 S = A + B

Como podemos notar, esta é a expressão de uma porta OU, pois a tabela da verdade também é da porta OU.

É evidente que a minimização da expressão, simplifica o circuito e consequentemente, diminui o custo e a dificuldade de montagem.



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EXERCÍCIO: Simplifique o circuito que executa a tabela da verdade abaixo, através do diagrama de Veitch-Karnaugh.

A B S

0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

3.5.2 - DIAGRAMA PARA TRÊS VARIÁVEIS

Para três variáveis temos o diagrama com a seguinte distribuição dos estados:

Notamos que para cada quadrupla de quadrículas existe uma variável em comum.

Como no estudo para duas variáveis, podemos agrupar as quadrículas formando duplas. Porém, agora podemos também formar quádruplos de quadrículas adjacentes ou em sequência, e ainda podemos utilizar as duplas laterais, pois estas se comunicam. Veja os exemplos de possíveis quadras:

Para melhor compreensão, vamos transpor para o diagrama, a tabela da verdade:

A B C S

0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0

Expressão extraída da tabela sem simplificação:

S = CBACBACBACBACBACBA ............ +++++

Transpondo para o diagrama.

Para efetuarmos a simplificação, primeiramente, localizamos as quadras e escrevemos suas expressões, estas quadras podem ter quadrículas comuns. Feita a localização das quadras, agora localizaremos os pares e também escrevemos suas expressões. Não devemos considerar os pares já incluídos nas quadras, porém pode acontecer de termos um ou mais pares formados com um elemento externo à quadra e um outro interno. Por fim, localizamos e escrevemos as expressões dos termos isolados. Sendo assim, destacamos os seguintes grupos:



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Escrevendo suas expressões temos:

Quadra = B

Par 1 = CA

Par 2 = CA A expressão final minimizada será a união das expressões encontradas através do operador OU:

S = CACAB ++ O circuito que executa a tabela será então desenhado na forma a seguir:

EXERCÍCIO Ache a expressão simplificada das tabelas da verdade abaixo, através dos diagramas de Veitch-Karnaugh, a partir das saídas "1" das tabelas.

a) b) c)

A B C S A B C S A B C S

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

3.5.3 - DAGRAMA PARA QUATRO VARIÁVEIS

Para quatro variáveis, os estados são distribuídos no diagrama na forma abaixo:



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Observamos que para cada grupo de oitavas, existe uma variável em comum.

Para elucidarmos melhor as regras acima, vamos transpor para o diagrama de Veitch-Karnaugh a seguinte tabela da verdade:

A B C D S

0 0 0 0 0

0 0 0 1 1

0 0 1 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 0 1

0 1 0 1 1

0 1 1 0 1 0 1 1 1 1

1 0 0 0 0

1 0 0 1 1

1 0 1 0 0

1 0 1 1 0

1 1 0 0 1

1 1 0 1 1

1 1 1 0 1

1 1 1 1 1

Expressão extraída da tabela sem simplificação:

S =

DCBADCBADCBADCBADCBA

DCBADCBADCBADCBADCBA

...............

...............

++++

+++++

Transpondo para o diagrama

Escrevendo suas expressões temos: Oitava = B

Quadra = DC.

A expressão final será: S = Oitava + Quadra

S = B + DC.



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O circuito que executa a tabela será assim desenhado

EXERCÍCIOS:

1) Simplifique as expressões que executam as tabelas da verdade abaixo, através do diagrama de Veitch-Karnaugh, a partir das saídas "1" das tabelas.

a) b) c)

A B C D S A B C D S A B C D S

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

2) Deseja-se utilizar um amplificador de uma única entrada para ser conectado a três aparelhos: um toca-fitas, um toca-discos e um rádio. Vamos elaborar um circuito lógico que nos permitirá ligar os aparelhos ao amplificador, obedecendo as seguintes prioridades:

1ª – CD Player. 2ª – MP3. 3ª - Rádio.

3) Deseja-se em uma empresa, implantar um sistema de prioridade nos seus intercomunicadores, da seguinte maneira: Presidente: 1ª prioridade. Vice-presidente: 2ª prioridade. Engenharia: 3ª prioridade. Chefe de seção: 4ª prioridade.

4) Elabore um circuito lógico que permita encher automaticamente um filtro de água de dois recipientes e vela, conforme desenho na figura abaixo. A eletroválvula permanecerá aberta quando tivermos nível "1" de saída do circuito, e permanecerá desligada quando tivermos nível "0". O controle será efetuado por dois sensores A e B, colocados nos recipientes "a" e "b" respectivamente.



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4- CIRCUITOS DE COMANDO ELÉTRICO

4.1 - INTRODUÇÃO

A cada dia que passa os equipamentos elétricos e mecânicos vão dando lugar aos microprocessadores. Tanto na vida profissional como na cotidiana, estamos sendo envolvidos por estes componentes que se juntam a outros, formando os sistemas computadorizados. Na indústria, estes sistemas estão sendo empregadas para facilitar e melhorar o serviço. Estamos vivendo na “era da automação”.

Na indústria, o computador chegou para aumentar a produção, reduzir gastos e principalmente para automatizar máquinas. Um microprocessador, por exemplo, pode tomar decisões no controle de uma máquina, pode ligá-la, desligá-la, movimentá-la, sinalizar defeitos e até gerar relatórios operacionais. Mas, por trás dessas decisões, está a orientação do microprocessador, pois elas estão baseadas em linhas de programação (código de máquina).

Ocorre que paralelamente aos microprocessadores há a automação industrial obtida através de comando elétrico, o qual consiste da interligação de diversos dispositivos eletromagnéticos com a finalidade de acionar um ou mais circuitos e/ou equipamentos. Assim nosso estudo de automação industrial tem como ponto de partida os comandos elétricos, até chegarmos no que há de maior aplicação na indústria hoje que são os Controladores Programáveis ( CLP ou PLC ).

Os circuitos elétricos são dotados de dispositivos que permitem:

a) Interrupção da passagem da corrente por seccionamento – São os aparelhos de comando, tais como: interruptores, chaves de faca simples, contactores, disjuntores etc;

b) Proteção contra curto-circuito e sobrecargas – Em certos casos, o mesmo dispositivo permite alcançar os objetivos acima citados, como os disjuntores.

4.2 - DISPOSITIVOS DE COMANDO DOS CIRCUITOS

a) Dispositivos Mecânicos (Interruptores) Interrompem o fio fase do circuito, podendo ser unipolar, bipolar ou tripolar, de modo a ser possível o desligamento de

todos os condutores fase simultaneamente. b) Dispositivos Eletromagnéticos São todos os componentes que se aproveitam de um campo magnético gerado a partir da eletricidade, sendo

encontrados nos mais variados ramos da automação industrial. Como exemplo tem relês, contactoras, chave magnética, eletroválvulas, solenóides, etc.

c) Dispositivos Eletrônicos Utilizam circuitos eletrônicos com SCRs e TRIACs como substitutos dos contatos, embora, necessitem de outra chave

para iniciar a condução nesses componentes.

4.3 - DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO Os condutores e equipamentos que fazem parte de um circuito elétrico devem ser protegidos automaticamente contra curto-circuitos e contra sobrecargas (intensidade de corrente acima do valor compatível com o aquecimento do condutor e que poderiam danificar a isolação do mesmo ou deteriorar o equipamento) e outras anormalidades. Dentre eles podemos citar:

a) Fusível É uma resistência devidamente protegida e que deve fundir com a passagem da corrente excessiva. Sua ação pode

ser imediata ou com retardo. Existe fusível tipo rolha, cartucho (virola ou faca), etc.

b) Disjuntor Pode servir como protetor contra curto-circuito e sobrecarga, além de estabelecer ou romper a passagem da corrente

pela ação direta do operador. Internamente, o disjuntor é composto por dois elementos metálicos com coeficiente de dilatação diferentes (latão e aço) soldados, que se torcem, desligando o disjuntror, quando há aquecimento provocado pela sobrecarga ou curto-circuito.

c) Dispositivo DR (Diferencial Residual) Tem a finalidade de proteger vidas humanas contra choques provocados no contato acidental com redes e

equipamentos elétricos energizados. Oferecem também proteção contra incêndios que podem ser provocados por falha de isolamento dos condutores e equipamentos.

d) Relés de máxima e mínima tensão Interrompem o circuito, na falta de fase, mantendo-o desligado mesmo com a normalização do circuito, para evitar que

o pico de tensão, ao retorno da fase, danifique o equipamento. Ou desliga o circuito sempre que a tensão fique acima ou abaixo de um valor determinado.



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Nota: Alguns dispositivos de proteção ao desligarem o ramal de alimentação da carga com problema pode religar o ramal, após a verificação do problema que ocasionou o desligamento, ou até para desativar provisoriamente para a substituição, ou manutenção, de componentes do ramal. Este é o caso dos disjuntores, chaves seccionadoras com fusível e Diferencial Residual (DR). Porém, alertamos que esses dispositivos de forma alguma podem substituir os interruptores, botoeiras ou quaisquer outros dispositivos de comando ou manobra.

4.4 - FUNCIONAMENTO BÁSICO DE UM DISPOSITIVO ELETROMAGNÉTICO Os relés consistem em chaves eletromagnéticas que tem por função abrir ou fechar contatos a fim de conectar ou interromper circuitos elétricos, sendo constituído por bobina ou solenóide, núcleo de ferro, contatos e armadura.

Os outros dispositivos eletromagnéticos têm funcionamento semelhante ao relé.

Existem dois tipos de contatos:

- Normalmente Aberto (NA ou NO) Quando a bobina ou solenóide é energizada ele se fecha. - Normalmente Fechado (NF ou NC) Quando a bobina ou solenóide é energizado ele se abre.

4.4.1 CONTACTORES E CHAVES MAGNÉTICAS Muitas vezes, temos necessidade de comandar circuitos elétricos à distância (controle remoto), quer manual, quer automaticamente. Contactores e chaves magnéticas são dispositivos com dois circuitos básicos, de comando e de força que se prestam a esse objetivo. O circuito de comando opera com corrente pequena, apenas o suficiente para operar uma bobina, que fecha o contato do circuito de força. O circuito de força é o circuito principal do contactor que permite a ligação do motor, da máquina operatriz; utiliza correntes elevadas. Esquematicamente, podemos representar o circuito de uma chave magnética da maneira apresentada na figura a seguir:

Diagrama de ligação de uma chave magnética Eletromar

O fechamento da chave S1 faz circular uma corrente através do solenóide criando um campo magnético que atrai a armadura do relé, fechando o contato.



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Neste esquema temos uma chave magnética trifásica. Ela serve para ligar e desligar motores ou quaisquer circuitos, com comando local ou à distância (controle remoto). O comando pode ser um botão interruptor, chave unipolar, chave-bóia, termostato, pressostato etc. No caso de botões, há um circuito especial que mantém a chave ligada depois que se retira o dedo do botão. Os contactores são semelhantes às chaves magnéticas, porém simplificados, pois não possuem relé térmico de proteção contra sobrecargas.

4.4.2 – IDENTIFICAÇÃO DOS BORNES DOS CONTACTORES

BOBINA

PRINCIPAIS AUXILIARES

CONTATOS CONTATOS

2 4 6 14 22

1 3 5 13 21

A2

A1

As bobinas têm os bornes indicados pelas letras A1 e A2 e os contatos são identificados por números, que indicam:

Contatos Principais: os números ímpares são as entradas de força (1,3 e 5) e os números pares as saídas (2,4 e 6). Contatos Auxiliares: são identificados por um par de algarismos que indicam:

1º algarismo indica a posição sua posição física nos contactores, 1 para o primeiro, 2 para o segundo e assim sucessivamente. 2º algarismo indica o estado do contato: NA ou NO (Normalmente Aberto), 3 na parte superior e 4 na parte inferior. NF ou NC (Normalmente Fechado), 1 na parte superior e 2 na parte inferior.

4.4.3 – IDENTIFICAÇÃO DOS BORNES DO RELÉ TÉRMICO

2 4 6 96 98

1 3 5 95 97

Os contatos 1,3 e 5 ficam acoplado nas saídas 2,4 e 6 do contactor e os contatos 2,4 e 6 vão para a carga (motor). Quando há uma sobrecarga no circuito o relé desarma e conseqüentemente o contato NA se fechará e o NF abrirá.

4.5 – CIRCUITOS COM COMANDOS ELÉTRICOS De posse da compreensão do princípio de funcionamento dos dispositivos eletromagnéticos, passemos a analisar algumas experiências que se utilizam destes componentes. Antes, porém, vejamos certas definições básicas:

• Circuito de Controle É um circuito que utiliza baixas correntes e diversos componentes que permitem a energização da bobina de ligação

do circuito de força.



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• Circuito de Força É o circuito principal do contactor que permite a ligação do motor, da máquina operatriz. Utiliza correntes elevadas. • Contato normalmente aberto (NA).

É o contato acionado automaticamente pela bobina de ligação; quando a bobina não está energizada ele está aberto. Seus símbolos são:

• Contato normalmente fechado (NF). É o contato que, quando a bobina não está energizada, ele está fechado. Seus símbolos são:

• Botões de comando

Servem para ligar e parar o motor da máquina operatriz; por meio dos botões de comando completa-se o circuito da bobina de ligação (botão LIGA) ou interrompe-se o circuito (botão DESLIGA). Seus símbolos são:

• Contato térmico Serve para desligar o circuito, quando há sobrecorrente; é também denominado relé térmico ou relé bimetálico. Seu símbolo é:

4.5.1 – COMANDO DOS CONTACTORES Acompanhando-se o diagrama de ligação abaixo, que representa um contactor trifásico comandado por botoeira e um contato auxiliar, nota-se que, quando o contato “L” da botoeira (ligação) é pressionado, fecha-se o circuito de alimentação da bobina “B” e, consequentemente fecham-se os contatos principais e o auxiliar. Com o fechamento deste último, formou-se um circuito paralelo de alimentação da bobina, de modo que, quando retiramos a pressão do botão de ligação “L”, a alimentação da bobina não é interrompida; este contato auxiliar faz o papel de contato de selo. Para o desligamento, faz-se necessário acionar o botão “D” da botoeira, que, estando em série com a bobina, interrompe a alimentação da mesma.

Contato fechador

Contato abridor



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4.5.2 – INTERTRAVAMENTO DE CONTACTORES

É um sistema elétrico ou mecânico destinado a evitar que dois ou mais contactores se fechem acidentalmente ao mesmo tempo, provocando curto-circuito ou mudança da seqüência de funcionamento de um determinado circuito. Intertravamento elétrico

No intertravamento elétrico é inserido um contato auxiliar abridor de um contactor no circuito de comando que alimenta a bobina do outro contactor, deste modo, faz-se com que o funcionamento de um dependa do outro.

4.6 – DISPOSITIVOS DE DESLIGAMENTO E ACIONAMENTO DE MOTORES

Os motores devem ter uma chave de partida para o seu acionamento e/ou desligamento. As chaves devem conter um

dispositivo de proteção de proteção contra curto-circuito (fusível ou disjuntor), um dispositivo de comando (contactor) e um

dispositivo de proteção contra sobrecargas (relé de sobrecarga).

Para motores até 5 CV (e excepcionalmente até 30 CV), ligados a uma rede secundária trifásica, pode-se usar chave

de partida direta. Acima desta potência, deve-se empregar dispositivo de partida que limite a corrente de partida a um

máximo de 225% da corrente nominal do motor.



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4.6.1 – CHAVE DE PARTIDA DIRETA

O circuito a seguir permite partir ou parar um motor, através de dois botões de contato momentâneo (botoeiras). Note o

contato auxiliar da contactora, usado para manter sua energização após o operador soltar o botão de partida (S1). Já o

botão de parada (S0) é do tipo normal fechado (NF). Ao ser pressionado ele interrompe o circuito, desenergizando a

contactora e, portanto, abrindo também o contato auxiliar de auto-retenção.

Diagrama de Força Diagrama de Comando

Note que este circuito, no caso de interrupção da rede elétrica, se desarma automaticamente. Isso é importante para

segurança. Caso simplesmente fosse utilizada uma chave 1 pólo, 2 posições para acionar a contactora, ao retornar a

energia elétrica (no caso de um “apagão”, por exemplo) o motor seria energizado, pois a chave se manteria na posição

ligada.

S

R



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4.6.2 – CHAVE DE PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO

Neste caso existem dois botões de contato momentâneo para partir o motor (B1 e B2). Um deles faz o motor girar no

sentido horário e o outro no sentido anti-horário. Um terceiro botão desliga o motor (S0), independentemente do sentido

de rotação. Note os contatos auxiliares NA das contatoras usados para auto-retenção. Além disso, as contatoras se inibem

mutuamente através dos contatos auxiliares NF. Assim, se a contactora C1 estiver energizada, a contactora C2 não pode

ser energizada, e vice-versa. Isso impede que o operador, inadvertidamente, acione simultaneamente os dois sentidos de

giro do motor. Caso as duas contactoras fossem energizadas simultaneamente, o resultado seria a queima dos fusíveis

de força (pois teríamos curto-circuito entre as fases invertidas).

Note que para inverter o giro do motor, basta inverter duas fases.

4.6.3 – CHAVE DE PARTIDA TRIÂNGULO/ESTRÊLA

Neste caso, partimos o motor na configuração estrela, de forma a minimizar a corrente de partida e, após determinado

tempo especificado no relé temporizado, comuta-se o motor para a configuração triângulo. Ao pressionar B1, energiza-se a

contactora C3, que por sua vez energiza a contactora C1. Isso liga o motor à rede trifásica na configuração estrela. Após

o tempo especificado no relé temporizado RT, a contactora C3 é desenergizada e a contactora C2 energizada. C1 continua

energizada, pois existe um contato auxiliar de C1 para efetuar sua auto-retenção. Com isso, o motor é conectado a rede

trifásica na configuração triângulo.

R

S



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5 – BIBLIOGRAFIA

Manuais Técnicos da WEG

Manuais Técnicos da Siemens

Site da WEG – www.weg.com.br

Site da Siemens – www.siemens.com.br

R

S

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