MODULFORM MODULFORM Automação Industrial Guia do Formador COMUNIDADE EUROPEIA Fundo Social Europeu IEFP · ISQ Colecção Título Suporte Didáctico Coordenação Técnico-Pedagógica Apoio Técnico-Pedagógico Coordenação do Projecto MODULFORM - Formação Modular Automação Industrial Guia do Formador IEFP - Instituto do Emprego e Formação Profissional Departamento de Formação Profissional Direcção de Serviços de Recursos Formativos CENFIM - Centro de Formação Profissional da Indústria Metalúrgica e Metalomecânica ISQ - Instituto de Soldadura e Qualidade Direcção de Formação Autor Severino Raposo Capa SAF - Sistemas Avançados de Formação, SA Maquetagem e Fotocomposição Revisão ISQ / Alexandre Almeida OMNIBUS, LDA Montagem BRITOGRÁFICA, LDA Impressão e Acabamento BRITOGRÁFICA, LDA Propriedade 1.ª Edição Tiragem Instituto do Emprego e Formação Profissional Av. José Malhoa, 11 1000 Lisboa Portugal, Lisboa, Setembro de 2003 100 Exemplares Depósito Legal ISBN Copyright, 2003 Todos os direitos reservados IEFP Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma ou processo, sem o consentimento prévio, por escrito, do IEFP. Produção apoiada pelo Programa Operacional Formação Profissional e Emprego, co-financiado pelo Estado Português, e M.T.02 pela União Europeia, através do FSE Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Actividades / Avaliação Bibliografia Caso de estudo ou exemplo Destaque Índice Objectivos Recurso a diapositivos ou transparências Recurso a software Recurso a videograma Resumo Conhecimentos prévios Interligações Fr.S.03 Visita de Estudo Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Índice Geral ÍNDICE GERAL A - APRESENTAÇÃO GLOBAL DO MÓDULO • • • • • • • • Objectivos globais AGM.1 Conhecimento prévios AGM.1 Campo de aplicação AGM.1 Perfil do formador AGM.2 Plano do módulo AGM.3 Metodologia recomendada AGM.3 Recursos didácticos AGM.4 Bibliografia AGM.5 B - EXPLORAÇÃO PEDAGÓGICA DAS UNIDADES TEMÁTICAS I. INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL • • • • Resumo I.1 Plano das sessões I.2 Actividades / Avaliação I.3 Apresentação das transparências propostas para utilização I.5 II. CIRCUITOS LÓGICOS Resumo II.1 Plano das sessões II.2 Actividades / Avaliação II.3 Apresentação das transparências propostas para utilização II.11 Fr.T.02 • • • • Automação Industrial Guia do Formador IG . 1 IEFP · ISQ Índice Geral III. DISPOSITIVOS DE COMANDO E POTÊNCIA • • • • Resumo III.1 Plano das sessões III.2 Actividades / Avaliação III.4 Apresentação das transparências propostas para utilização III.6 C - AVALIAÇÃO PRÉ - TESTE TESTE RESOLUÇÃO DO PRÉ - TESTE RESOLUÇÃO DO TESTE IG . 2 Fr.T.02 ANEXO - TRANSPARÊNCIAS Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ A - Apresentação Global do Módulo Fr.T.02 A - Apresentação Global do Módulo Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Apresentação Global do Módulo OBJECTIVOS GLOBAIS No final deste módulo, os formandos deverão estar aptos a: • Definir Automação Industrial; • Identificar os diferentes níveis de Automação Industrial; • Identificar os principais elementos constituintes da Automação: - Circuitos lógicos, - Dispositivos de Comando e Potência, - Actuadores, - Sensores e Autómatos. CONHECIMENTOS PRÉVIOS Módulo(s) obrigatório(s) Saberes prévios Electrotécnia Industrial - Interpretação de esquemas eléctricos. Módulo(s) aconselhado(s) Iniciação à informática - Conhecimento de lógica booleana. Saberes desejáveis - Conhecimentos básicos em informática. - Conhecimentos de inglês técnico. CAMPO DE APLICAÇÃO Neste módulo trata-se o tema Automação Industrial e os seus respectivos níveis, abordando-se todos os seus elementos constituintes: Circuitos lógicos, dispositivos de comando e potência, actuadores, sensores e autómatos. Fr.T.02 Faz-se sempre que possível a interligação com situações práticas. Os temas abordados permitirão ao formando adquirir maior capacidade para resolver e projectar as situações que se lhe deparam no seu dia-a-dia de trabalho. Automação Industrial Guia do Formador AGM . 1 IEFP · ISQ Apresentação Global do Módulo PERFIL DO FORMADOR Aquisição - Conhecimentos comprovados em Automação Industrial adquiridos em contacto directo com aspectos industriais. – Licenciatura em engenharia Electrónica. Competência pedagógica Aquisição Domínio de conhecimentos, técnicas e atitudes facilitadoras de aquisição e integração, por parte dos formandos, de saberes gerais, saberes técnicos (práticos e teóricos) e de comportamentos. – Curso de formação pedagógica de formadores; – Ou licenciatura em engenharia Mecatrónica. – Certificado de Aptidão Pedagógica; – Experiência de formação com jovens de nível II e III à procura do 1.º emprego. Fr.T.02 AGM . 2 Competência técnica Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Apresentação Global do Módulo PLANO DO MÓDULO Unidades Temáticas I. Introdução à I. automação industrial Objectivos Duração Indicativa (horas) • Definir o que é a automação. 2h30 • Enumerar os níveis de automação. • Identificar os principais componentes da automação. II. Circuitos lógicos • Definir circuitos combinatórios. 24h00 • Identificar circuitos sequenciais. • Projectar circuitos lógicos. III. Dispositivos de III. comando e potência • Identificar o que são dispositivos de comando e potência. 9h00 • Enumerar e identificar os tipos mais comuns destes dispositivos. • Interpretar esquemas de aplicação desses dispositivos. Total: 35h30 METODOLOGIA RECOMENDADA De acordo com o desenvolvimento proposto em cada plano de sessão, deve proceder-se da seguinte forma: • No início de cada tema deverá efectuar-se uma exposição genérica de todos os pontos do tema, dos seus objectivos e dos resultados esperados; • As sessões compreenderão a exposição da matéria conforme o Manual do Formando, e a resolução de casos práticos manualmente ou com recurso a computadores; • Os exemplos descritos ao longo das várias Unidades Temáticas devem ser Fr.T.02 resolvidos no quadro pelo formador; Automação Industrial Guia do Formador AGM . 3 IEFP · ISQ Apresentação Global do Módulo • Todos os exercícios propostos devem ser resolvidos pelos formandos individualmente ou em grupos compostos por 2 ou 3 elementos. A solução de cada caso deve ser apresentada pelo formando ou por uma das equipas de formandos, que nomeará um porta-voz para apresentar e defender a solução preconizada; • Quando os exercícios propostos são questões, cada grupo poderá apresentar as suas soluções e submetê-las à discussão dos restantes grupos, de forma a suscitar maior participação; • No fim de cada sessão, sempre que se justifique, deverá ser apresentada uma síntese do trabalho programado para a sessão seguinte. RECURSOS DIDÁCTICOS Material didáctico • Transparências. Equipamento • Retroprojector (com uma lâmpada sobressalente); • Projector Multimédia; • Marcadores (4 cores); • Quadro de conferência; • Quadro cerâmico. • Computador PIV 2.0GHZ (min), 256 Mbytes, 40 Gbytes disco para correr o programa de simulação de circuitos lógicos: • Módulo de laboratório digital (com alimentação, saídas e entradas digitais, clock, placa de teste de circuitos e display). • Circuitos gerais TTL e CMOS; • Analizadores lógicos; • Multímetros e ociloscópio; • Contadores, dijuntores, temporizadores, programadores, relés de vários tipos, variador de velocidade DC e variador AC, arrancador estrela-triângulo. AGM . 4 Fr.T.02 • Variador de velocidade e motor AC assíncrono. Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Apresentação Global do Módulo BIBLIOGRAFIA BOSSI, António e Esio Sesto, Instalações eléctricas, Hemus livraria editora, 1978. FITZGERALD, Kingsley, Umans, Electric Machinery, McGraw-Hill, 1985. MILMAN - Halkias, Microelectronics, McGraw-Hill, 1990. OLDELFT - Sensor laser system, 1991. PAPENKORT, Diagramas eléctricos de comando e protecção, E.P.U., 1975. SANTOS, Oliveira e Quintino, Luísa, Automatização e Robotização em Soldadura, Edições Instituto de Soldadura e Qualidade, 1992. TAUB, Herbert, Circuitos Digitais e Microprocessadores, McGraw-Hill, 1984. TAUB, Herbert, Digital Integrated Electronic, McGraw-Hill, 1990. VASSALO, Francisco Ruiz, Manual de interpretação de esquemas eléctricos, Plátano Editora, 1977. Catálogo geral Omron, 1990. Folhetos de produtos da Telemecanique (detectores indutivos e capacitivos), 1991. “Harmonic-Drive, DC-Servo Systems”, Harmonic-Drive, 1992. Introduction to serial link, SAIA, 1991. Manual reference guide series PCD, SAIA, 1991. Manual User’s Guide, SAIA, 1991. Motion Control Product guide, Catálogo Aerotech, 1990. Positioning Control Systems and Drives, Catálogo Compumotor Digiplan, 1990. “Positioning Control Systems and Drives”, Catálogo Compumotor Digiplan, 1991. Fr.T.02 Product guide 91, Atlas Copco, 1991. Automação Industrial Guia do Formador AGM . 5 IEFP · ISQ B - Explor ação P eda gógica das Unidades Temáticas Exploração Peda edagógica Fr.T.02 B - Exploração Pedagógica das Unidades Temáticas Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Introdução à Automação Industrial Fr.T.02 UT.01 Introdução à Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Introdução à Automação Industrial RESUMO Automação é uma forma de controlo de um dado processo. A automação, na sua forma mais simples, implica o controlo de um processo (industrial, laboratorial ou outro) por um circuito desenvolvido para essa aplicação específica. Através do desenvolvimento recente de recursos computacionais e de controlo de sistemas, o controlo da produção passou a ser automatizado e controlado por computadores ou autómatos programáveis. A automação tem vários níveis, consoante os equipamentos ou áreas da fábrica que controla. A automação pode ser introduzida numa simples máquina até à fábrica, na sua globalidade. Os componentes ou dispositivos de automação dividem-se, por seu lado, em: Componentes de distribuição; • Máquinas ou instalações; • Dispositivos de comando; • Interface homem-máquina; • Sistemas de aquisição de dados; • Sistemas de tratamento de dados. Fr.T.02 UT.01 • Automação Industrial Guia do Formador I . 1 IEFP · ISQ Introdução à Automação Industrial PLANO DAS SESSÕES Metodologia de desenvolvimento Conteúdo I.1 Conceito de I.1 automação Meios didácticos • Definir o conceito de automação, qual a sua Duração indicativa (horas) 45min utilização e as suas consequências no mundo actual. • Transparências I.1e I.2. I.2 Dispositivos de I.2 automação • Descrever de níveis de automação e os grupos 1h15 de dispositivos de automação. • Identificar os grupos e componentes que serão referidos posteriormente. • Transparência I.3. I.3 Exercícios • Proceder à resolução das Actividades / Avaliação. I . 2 2h30 Fr.T.02 UT.01 Total: 30min Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Introdução à Automação Industrial ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. O que é automação? É uma forma de controlo autónomo do processo de fabrico ou de um sistema. Este controlo autónomo pode, no entanto, fazer intervir a decisão humana para, por exemplo, parar o processo de fabrico. 2. Indique quais os dispositivos da automação mais comuns. Dispositivos de Comando e Potência: - Actuadores - Tratamento de Dados - Interface Homem-Máquina - Aquisição de Dados 3. Para cada dispositivo da automação, identifique os vários componentes que o constituem. Dispositivos de comando e potência: - Contactores - Relés - Temporizadores - Arracadores e variadores de velocidade - Programadores eléctrónicos Actuadores: - Eléctricos - Pneumáticos e hidráulicos Tratamento de dados: - Autómatos programáveis - Redes de comunicação Interface Homem-Máquina: - Unidades de comando e sinalização Fr.T.02 UT.01 - Botoneiras - Teclados e terminais Automação Industrial Guia do Formador I . 3 IEFP · ISQ Introdução à Automação Industrial Aquisição de dados - Sensores de força, pressão e acelaração - Sensores de posição - Sensores de presença - Sensores de visão - ... 4. Quais os níveis de automação que conhece? São quatro os níveis de automatização que conheço, a saber: Nível 1 - Gestão global da fábrica Nível 2 - Gestão da produção Nível 3 - Dispositivos de controlo I . 4 Fr.T.02 UT.01 Nível 4 - Controlo de uma ou mais máquinas Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Introdução à Automação Industrial APRESENTAÇÃO DAS TRANSPARÊNCIAS PROPOSTAS PARA UTILIZAÇÃO Níveis de automação Estrutura de um sistema automatizado Automação Industrial I.1 Automação Industrial I.2 Dispositivo de automação e respectivos componentes I.3 Fr.T.02 UT.01 Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador I . 5 IEFP · ISQ Circuitos Lógicos Fr.T.02 UT.02 Circuitos Lógicos Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Circuitos Lógicos RESUMO Qualquer circuito lógico pode ser construído a partir de 3 operações básicas: - (e) - (ou) - (negação) Existem dois tipos de circuitos lógicos: - Circuitos combinatórios; - Circuitos sequenciais. Os circuitos combinatórios têm uma saída que apenas depende do estado de conservação das entradas. Os circuitos sequenciais dão uma saída que, além de depender do estado conservação das entradas, depende também do estado da memória do circuito. A integração de circuitos lógicos é feita a partir de mapas de Karnaugh. As famílias de circuitos lógicos mais comuns são as seguintes: - TTL; - CMOS; - ECL. Fr.T.02 UT.02 Todos estes circuitos lógicos, bem como a sua constituição e síntese, serão abordados nesta unidade de uma forma mais completa e detalha. Automação Industrial Guia do Formador II . 1 IEFP · ISQ Circuitos Lógicos PLANO DAS SESSÕES II.1 Conceito de II.1 automação Meios didácticos Metodologia de desenvolvimento Conteúdo • Descrever função lógica com várias entradas e Duração indicativa (horas) 5h00 saídas. • Enunciar as funções e símbolos lógicos mais comuns. • Definir formas padrão. • Transparências II.1 a II.10. II.2 Síntese de II.1 circuitos lógicos II.1 combinatórios 5h00 • Introduzir os mapas Karnaugh. • Simplificar os mapas Karnaugh. • Descrever exemplos de circuitos combinatórios. • Transparências II.11 a II.21. II.3 Circuitos II.1 sequênciais • Definir circuitos sequênciais. 5h00 • Descrever exemplos de Flip-Flops. • Caracterizar circuitos sequenciais síncronos e assíncronos. • Descrever exemplos de circuitos integrados (flip-flops). • Transparências II.22 a II.31. II.4 Síntese de II.1 circuitos II.1 sequênciais • Exemplificar como síntetizar um circuito 5h00 sequencial. • Explicar as famílias de circuitos lógicos mais comuns. • Identificar as vantagens e desvantagens de cada circuito. • Transparências II.32 a II.39. II.5 Exercícios • Proceder à resolução das Actividades / Avaliação. II . 2 24h00 Fr.T.02 UT.02 Total: 4h00 Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Circuitos Lógicos ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. Prove, por lógica booleana, que A+AB = A, usando, para isso, as tabelas de verdade. Para resolver, escreve-se as tabelas de verdade e faz-se as operações. O resultado final deve ser igual à variável A. A B AB A AB A+AB 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 2. Prove, através de diagramas de Venn, que A+AB = A. A figura abaixo mostra a resolução deste problema. A intersecção de A e B é A . B A união de A com A.B é ainda A. A B A.B 3. Usando os teoremas anteriores, simplifique: K = AB + BAC Pela propriedade comutativa temos AB = BA, logo: K = AB + BAC Se a variável D = AB temos Fr.T.02 UT.02 K = D + DC Automação Industrial Guia do Formador II . 3 IEFP · ISQ Circuitos Lógicos Usando a equação II.6 do Manual de Formando (pág. II.7), temos K = D + C, então: K = B + AC 4. Usando as equações da lógica booleana, simplifique a expressão A( A + B) . A( A + B ) = A A + AB Como AA = 0 Temos = AB 5. Simplifique, através de termos máximos, o mapa de Karnaugh da figura II.30. 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 Fig. II.30 – Exercício de simplificação. A figura mostra a simplificação feita. A função fica assim II . 4 Fr.T.02 UT.02 Saida ´ = (C + D )(B + D )(C + A) Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Circuitos Lógicos 6. Desenhe o circuito lógico do exercício anterior com componentes existentes da família CMOS e monte o circuito, como trabalho prático. A figura seguinte mostra o circuito resultante. 7. Projecte um conversor de códigos que passe do código A para o código B e monte-o como trabalho prático. B 001 011 010 111 101 110 100 000 Fr.T.02 UT.02 A 000 001 010 011 100 101 110 111 Automação Industrial Guia do Formador II . 5 IEFP · ISQ Circuitos Lógicos A figura abaixo mostra os mapas de Karnauugh que resultam deste exercício. As equações resultantes são as seguintes: B 0 = Ao A1 + A0 A2 B1 = A0 A1 + A1 A2 II . 6 Fr.T.02 UT.02 B 2 = A2 A1 + A2 A0 + A2 A1A0 Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Circuitos Lógicos A implementação em termos de circuito é mostrada na figura abaixo. 8. Execute o projecto de um contador até 8, feito com Flip-Flops tipo D. Monte-o, como trabalho prático. Fr.T.02 UT.02 Primeiro desenha-se o diagrama de estados do contador. Automação Industrial Guia do Formador II . 7 IEFP · ISQ Circuitos Lógicos É de notar que desde logo os estados foram atribuidos. A seguir faz-se a tabela de transições. (Q2Q1Q0)t (Q2Q1Q0)t + 1 000 001 001 010 010 011 011 100 100 101 101 110 110 111 111 000 A tabela de excitações dos FF tipo D é a seguinte: (Qt - > Qt + 1 D 0->0 0 0->1 1 1->1 0 1->1 1 II . 8 Fr.T.02 UT.02 De notar que são necessários 3 Flip-Flops. Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Circuitos Lógicos Do mapa retira-se as seguintes equações booleanas: D0 = Q0 D1 = Q2 Q0 + Q1Q0 D2 = Q2 Q0 + Q2 Q1 + Q2Q1Q0 Fr.T.02 UT.02 A implementação física com circuitos é mostrada na figura da página seguinte. Automação Industrial Guia do Formador II . 9 II . 10 IEFP · ISQ Fr.T.02 UT.02 Circuitos Lógicos Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Circuitos Lógicos APRESENTAÇÃO DAS TRANSPARÊNCIAS PROPOSTAS PARA UTILIZAÇÃO Função lógica com várias entradas e saídas Exemplo de função booleana Automação Industrial II.1 Automação Industrial II.2 Símbolos de funções lógicas mais usuais Funções possíveis para duas variáveis booleanas Automação Industrial II.3 II.5 Teorema fundamentais da álgebra de Boole Automação Industrial II.6 Outros teoremas da álgebra de Boole II.7 Automação Industrial II.8 Fr.T.02 UT.02 Automação Industrial II.4 Teoremas fundamentais da álgebra de Boole Os axiomas fundamentais da álgebra booleana Automação Industrial Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador II . 11 IEFP · ISQ Circuitos Lógicos Tempos mínimos e máximos Diagrama lógico de A + AB + AC Automação Industrial II.9 II.11 Construção de mapa de Karnaugh de 5 variáveis Automação Industrial II.12 II.13 Automação Industrial II.14 Simplificação de função incompleta especificada II.15 Automação Industrial II.16 Fr.T.02 UT.02 II . 12 Automação Industrial Exemplos de simplificação por mapas Karnaugh Exemplos de função incompletamente especializada Automação Industrial II.10 Mapas de Karnaugh de duas, três e quatro variáveis Mapas de Karnaugh de uma variável Automação Industrial Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Circuitos Lógicos Descodificador de 3 bits Exemplo de codificador Automação Industrial II.17 II.19 Somador completo Automação Industrial Automação Industrial II.20 Flip-Flops tipo RS e RS II.21 Tabela de transições Automação Industrial II.22 Diagrama de estados do Flips-Flop SR II.23 Automação Industrial II.24 Fr.T.02 UT.02 Automação Industrial II.18 Comparador básico e aplicação à construção de comparador de 2 bits Multiplexer com 4 entradas Automação Industrial Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador II . 13 IEFP · ISQ Circuitos Lógicos Tabela de excitações do FF SR Tabela de estados de Flip-Flop SR Automação Industrial II.25 II.27 Tabela de transições de FF tipo T Automação Industrial II.28 II.29 Automação Industrial II.30 Diagrama e estados do detector de sequências 1001 II.31 Automação Industrial II.32 Fr.T.02 UT.02 II . 14 Automação Industrial Flip-Flop tipo síncrono e forma de onda de clock Representação de um Flip-Flip tipo D síncrono Automação Industrial II.26 Tabela de transição do FF tipo D Tabela de transições de FF tipo JK Automação Industrial Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Circuitos Lógicos Tabela de saídas com estados atribuídos Tabela de estados e saídas do exemplo anterior Automação Industrial II.33 II.35 Tabela de excitações FF JK Automação Industrial II.34 Tabela de transições com estados atribuídos Atribuição de estados ao exemplo Automação Industrial Automação Industrial Automação Industrial II.36 Mapas de Karmaugh para determinar equações das estradas II.37 Automação Industrial II.38 Circuito de detector de sequências 1001 II.39 Fr.T.02 UT.02 Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador II . 15 IEFP · ISQ Dispositivos de Comando e Potência Fr.T.02 UT.03 Dispositivos de Comando e Potência Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Dispositivos de Comando e Potência RESUMO Os dispositivos de comando e potência são mecanismos que podem ser electromecânicos ou electrónicos e que permitem comandar circuitos de potência, como por exemplo, motores eléctricos. O comando mais simples destes dispositivos é o ligar e o desligar do circuito de potência, podendo no entanto alguns destes dispositivos controlar a corrente ou o tempo de arranque e paragem do circuito de potência que controlam. Os principais dispositivos de controlo e potência são os seguintes: Contactores. • Disjuntores. • Programadores electrónicos e temporizadores. • Deslastradores electrónicos. • Relés. • Variadores de velocidade. • Arrancadores Estrela-Triângulo. Fr.T.02 UT.03 • Automação Industrial Guia do Formador III . 1 IEFP · ISQ Dispositivos de Comando e Potência PLANO DAS SESSÕES Metodologia de desenvolvimento Conteúdo III.1 Introdução IV1 • Introdução ao tema dispositivos de comando e III.2 Contactores • Descrever tipos de contactores. Meios didácticos Duração indicativa (horas) 1h00 potência. 1h00 • Enunciar tipos de sistema de sopro. • Descrever os diferentes símbolos de contactores. • Definir os diversos tipos de contactores mediante a sua gama específica de aplicações. • Definir as características dos contactores. • Transparências III.1. a III.4. III.3 Disjuntores • Descrever o interior de um disjuntor e descrever 1h00 os vários componentes. • Definir tipos de disjuntores. • Definir as características do disjuntor. • Transparências III.5. a III.7. III.4 Programadores IV.4 electrónicos e IV.4 temporizadores • Descrever programadores e temporizadores. 1h00 • Definir características dos programadores e temporizadores. • Transparências III.8. a III.10. III.5 Deslastradores IV.5 electrónicos • Definir tipos de deslastradores. III.6 Relés • Definir tipos de relés. 1h00 • Transparência III.11. 1h00 III . 2 Fr.T.02 UT.03 • Transparências III.12. a III.16. Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Dispositivos de Comando e Potência Metodologia de desenvolvimento Conteúdo III.7 Variadores de IV.7 velocidade Meios didácticos Duração indicativa (horas) • Definir tipos de variadores de velocidade. 1h00 • Caracterizar o funcionamento dos variadores de velocidade para motor AC e DC. • Transparências III.17. a III.22. III.8 Arrancadores IV.7 estrela-triângulo • Descrever vários exemplos de arrancador estrela- 1h00 -triângulo. • Transparências III.23 e III.24. • Proceder à resolução das Actividades / Avaliação. 1h00 IV.9 Exercícios Total: 9h00 Fr.T.02 UT.03 III.9 Exercícios Automação Industrial Guia do Formador III . 3 Dispositivos de Comando e Potência IEFP · ISQ ACTIVIDADES / AVALIAÇÃO 1. Indique para que serve um deslastrador electrónico. Serve para detectar sobrepotências e cortar selectivamente circuitos por forma a reduzir a potência total no sistema. 2. Indique quais os tipos de contactos de um contador. Contactos principais (de potência), e contactos auxiliares incluindo também contactos de sinalização. 3. Suponhamos que temos um sistema em que se pretende detectar o nível de líquido num reservatório (nível baixo e nível alto); qual o tipo de componente que utilizaria e porquê? Desenhe o esquema desse componente. O Dispositivo a utilizar seria o relé de medida e controlo da figura III.20 do manual de formando. Este relé permite a detecção de nível de líquido pois, pode ser ligado a sondas para detecção dos níveis alto e baixo de um tanque. O seu esquema é mostrado na figura III.20 do manual de formando (relé de baixo). 4. Imagine que pretendia desligar um motor, automaticamente, em caso de sobreaquecimento deste. Indique qual o tipo de relé que utilizaria e identifique o seu princípio de funcionamento. O sobreaquecimento é normalmente provocado por um problema mecânico, isto é, o motor efectua um maior esforço mecânico que o normal. Por essa razão a corrente no motor aumenta, o relé ideal para detectar esta sobrecorrente é o relé térmico (pode também usar-se um relé de medida e controlo). O relé térmico actua devido ao efeito de joule gerado por uma lâmina bimetálica formada por materiais de coeficientes de dilatação diferentes. Ao passar uma corrente excessiva a lâmina dobra interrompendo (ou ligando) um ou vários contactos eléctricos. 5. Qual o tempo que um disjuntor, com a curva de disparo da figura III.8 do Manual do Formando (curva da esquerda), leva a disparar, se a corrente que o atravessa for de 10 Ir? III . 4 Fr.T.02 UT.03 Olhando para o gráfico pode ver-se que o tempo de disparo seria de cerca de 4 segundos. Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Dispositivos de Comando e Potência 6. Qual a razão para a existência de duas zonas completamente diferentes nas curvas dos disjuntores da figura III.23 do Manual de Formando (página III.21), uma até cerca de 10 Ir, e a outra para valores superiores de corrente? A razão para a existência destas curvas deve-se ao facto de os disjuntores terem duas partes distintas, a parte térmica e a magnética. A parte térmica dispara para corrente baixas mas leva muito tempo até disparar, a parte magnética dispara apenas para correntes altas mas leva muito menos tempo a disparar. 7. Qual o dispositivo que escolheria, se tivesse de controlar, automaticamente, a iluminação numa fábrica, funcionando a iluminação apenas de noite e não funcionando aos fins de semana? Justifique. O dispositivo a usar seria um programador electrónico com possibilidade de ligação de sensor de luz (sensor crepuscular) e com programação temporizada para uma semana. Fr.T.02 UT.03 O número de vias teria de ser escolhido em função dos circuitos a comandar. Automação Industrial Guia do Formador III . 5 IEFP · ISQ Dispositivos de Comando e Potência APRESENTAÇÃO DAS TRANSPARÊNCIAS PROPOSTAS PARA UTILIZAÇÃO Vista interior de um contactor Exemplo de contactores Automação Industrial III.1 Simbologia de diferentes contactores Automação Industrial III.3 III.4 III.5 Automação Industrial III.6 Programador com sensor crepuscular (de luz) III.7 Automação Industrial III.8 Fr.T.02 UT.03 III . 6 Automação Industrial Dijuntores magneto-térmicos Esquemas de disjuntores Automação Industrial III.2 Esquemas de contactores disjuntores Interior de um disjuntor Automação Industrial Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Dispositivos de Comando e Potência Diaframas temporais de temporizadores Temporizadores e respectivos esquemas Automação Industrial III.9 III.11 Princípio de funcionamento dos relés térmicos Automação Industrial Automação Industrial III.12 Esquemas de relés de estado sólido III.13 Esquemas de relés Automação Industrial III.14 Vista de diversos tipos de relé de esquerda para a direita e de cima para baixo III.15 Automação Industrial III.16 Fr.T.02 UT.03 Automação Industrial III.10 Princípio de funcionamento dos relés electromagnéticos Deslastradores electrónicos Automação Industrial Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador III . 7 IEFP · ISQ Dispositivos de Comando e Potência Variadores de velocidade AC e DC Exemplo de relé de protecção Automação Industrial III.17 III.19 Esquema de utilização de variador de velocidade AC Automação Industrial III.20 III.21 Automação Industrial III.22 Esquema de um arracador estrela-triângulo III.23 Automação Industrial III.24 Fr.T.02 UT.03 III . 8 Automação Industrial Princípio de um variador de velocidade de corrente contínua (DC) Esquema de utilização de variador de velocidade DC Automação Industrial III.18 Formas de onda pelos variadores de corrente alternada Princípio de funcionamento dos variadores de velocidade de corrente alternada Automação Industrial Automação Industrial Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ C - Avaliação Fr.S.03 C - Avaliação A Empresa: Noções de Gestão Guia do Formador IEFP · ISQ Testes Fr.T.02 Testes Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Pré-Teste Formador: Data: Classificação: Local: Rubrica: Pré-Teste de Automação Industrial Nome: (Maiúsculas) 1. Quais são os grupos de dispositivos de automação? 2. Quais os níveis de automação? 3. Desenhe o circuito lógico de ( A + C + D)( A + C ). 4. Qual a função de um multiplex? Escolha a resposta correcta. a) Somar os sinais de entrada. b) Comparar as entradas. c) Dirigir uma de várias entradas escolhida pelo sinal de controlo para a saída. Fr.T.02 5. Supondo que o circuito seguinte tem como saídas Q0=0, Q1=1 e Q2 =0, qual o estado destas na próxima transição de relógio. Automação Industrial Guia do Formador 1/2 IEFP · ISQ Pré-Teste 6. Para que serve um variador de velocidade? Escolha a resposta Correcta. a) Variar a potência de um motor b) Variar a corrente de um circuito c) Variar a velocidade angular de um motor 7. Qual a função de um arrancador estrela-triângulo? Escolha a resposta Correcta. a) Arrancar um motor DC. b) Arrancar um motor AC monofásico. 2/2 Fr.T.02 c) Arrancar um motor trifásico. Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Teste Formador: Data: Classificação: Local: Rubrica: Teste de Automação Industrial Nome: (Maiúsculas) 1. Converta o decimal 25, para binário. 2. Converta 3FA para binário. 3. Converta AF para decimal. 4. A tabela de verdade seguinte corresponde a uma função AND, OR ou NOT? A B S 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Fr.T.02 5. Qual é a tabela de verdade da função OR? Automação Industrial Guia do Formador 1/2 IEFP · ISQ Teste 2/2 Fr.T.02 6. Qual é a corrente que passa na resistência R1 do circuito seguinte? Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Resolução dos Testes Fr.T.02 Resolução dos Testes Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Resolução do Pré-Teste Formador: Data: Classificação: Local: Rubrica: Resolução do Pré-Teste de Automação Industrial Nome: (Maiúsculas) 1. Quais são os grupos de dispositivos de automação? Dispositivos de comando e potência, actuadores, dispositivos de tratamento de dados, dispositivos de aquisição de dados e dispositivos de interface homem-máquina. 2. Quais os níveis de automação? 1: Máquinas a controlar. 2: Dispositivos de controlo 3: Gestão da produção 4: Gestão global Fr.T.02 3. Desenhe o circuito lógico de ( A + C + D)( A + C ). Automação Industrial Guia do Formador 1/2 Resolução do Pré-Teste IEFP · ISQ 4. Qual a função de um multiplex? Escolha a resposta correcta. a) Somar os sinais de entrada. b) Comparar as entradas. c) Dirigir uma de várias entradas escolhida pelo sinal de controlo para a saída. c) Dirigir uma de várias entradas escolhida pelo sinal de controlo para a saída. 5. Supondo que o circuito seguinte tem como saídas Q0=0, Q1=1 e Q2 =0, qual o estado destas na próxima transição de relógio. O estado seguinte é Q0 = 1, Q1 = 0 e Q2 = 1. 6. Para que serve um variador de velocidade? Escolha a resposta correcta. a) Variar a potência de um motor b) Variar a corrente de um um circuito c) Variar a velocidade angular de um motor c) Variar a velocidade angular de um motor 7. Qual a função de um arrancador estrela-triângulo? Escolha a resposta correcta. a) Arrancar um motor DC. b) Arrancar um motor AC monofásico. c) Arrancar um motor trifásico. 2/2 Fr.T.02 c) Arrancar um motor trifásico. Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Resolução do Teste Formador: Data: Classificação: Local: Rubrica: Resolução do Teste de Automação Industrial Nome: (Maiúsculas) 1. Converta o decimal 25, para binário. Os cálculos a efectuar para se converter 25 para binário são os seguintes: 2. Converta 3FA para binário. 3FA = 0011 1111 1010 (os cálculos efectuados são os mesmos da pergunta anterior para converter 25 em binário). 3. Converta AF para decimal. A = 10 F = 15 Fr.T.02 AF = 10 x 16 + 15 x 16 Automação Industrial Guia do Formador 1/2 IEFP · ISQ Resolução do Teste 4. A tabela de verdade seguinte corresponde a uma função AND, OR ou NOT’ A B S 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 A B S 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 A tabela corresponde à função AND 5. Qual é a tabela de verdade da função OR? 6. Qual é a corrente que passa na resistência R1 do circuito seguinte? A soma da resistência R1 e R2 é 3,5K . 2/2 Corrente _ R1= 9 3500 Corrente em R1 = 0.00257A Fr.T.02 A corrente que passa em R1 é dada por: Automação Industrial Guia do Formador IEFP · ISQ Ane x o - Tr ansparências Anex Fr.T.02 An.01 Anexo - transparências Nota: Os acetatos só deverão ser utilizados para fotocopiar as transparências e não para imprimir os slides disponíveis em formato PowerPoint. Automação Industrial Guia do Formador Estrutura de um sistema automatizado Automação Industrial I. 1 Níveis de automação Gestão Global Nível 4 Nível 3 Nível 2 Gestão da produção Dispositivos de controlo Controlo de uma ou mais máquinas Nível 1 Automação Industrial Shop-Floor I. 2 Dispositivo da automação e respectivos componentes Contactores Relés Dispositivos de Temporizadores comando e potência Arrancadores e variadores de velocidade Programadores electrónicos Actuadores Eléctricos Pneumáticos e hidráulicos Interface Homem-Máquina Tratamento de dados Autómatos programáveis Redes de comunicação Unidades de comando e sinalização Botoneiras Teclados e terminais Sensores de força, pressão e aceleração Sensores de posição Aquisição Sensores de presença de dados Sensores de visão etc. Automação Industrial I. 3 Exemplo de função booleana Automação Industrial A B C S A B C S F F F V 0 0 0 1 F F V F 0 0 1 0 F V F F 0 1 0 0 F V V V 0 1 1 1 V F F V 1 0 0 1 V F V V 1 0 1 1 V V F F 1 1 0 0 V V V V 1 1 1 1 II. 1 Função lógica com várias entradas e saídas Entradas Saídas X1 Y1 X2 Y2 Função Xm Automação Industrial Yp II. 2 Funções possíveis para duas variáveis booleanas II. 3 Automação Industrial Símbolos das funções lógicas mais usuais NOR - Ou negado OR - Ou Not - Negação AND - e NAND - e negado NOT XOR - Ou exclusivo negado XOR - Ou exclusivo Automação Industrial II. 4 Os axiomas fundamentais da álgebra booleana 1 - As operações + e . são fechadas em B (B representa o universo booleano). ∀ b1,b 2∈B (b1 + b2)∈ B ∀ b1,b 2∈B (b1. b2)∈ B 2 – Comutatividade ∀ b1,b 2∈B Automação Industrial b1+ b2 = b2 + b1, b1. b2 = b2 . b1 II. 5 Teorema fundamentais da álgebra de Boole I - idempotência ∀ b∈B Automação Industrial b + 1= 1, b. 0 = 0 II. 6 Teorema fundamentais da álgebra de Boole II - involução ≡ (b ) = b Automação Industrial II. 7 Outros teoremas da algebra de Boole A+AB = A A(A+B)=A AB+AB= A (A+B)(A+B)=A A+AB=A+B A(A+B)=AB A+BC=(A+B)(A+C) AB+AC=(A+C)(A+B) (A+B)(A+C)=AC+AC AB+AC+BC=AB+AC Automação Industrial II. 8 Diagrama lógico de A + AB + AC AB A A+AB B A+AB+AC A AC AC C Automação Industrial II. 9 Tempos mínimos e máximos f = ∑i = 0 ( Fi. mi ) 2 n −1 ( com termos mínimos) N – número de variáveis f = ∏i = 0 ( Fi + mi ) 2 n −1 Automação Industrial ( com termos máximos) II. 10 Mapas de Karnaugh de uma variável Automação Industrial II. 11 Mapas de Karnaugh de duas três e quatro variáveis Automação Industrial II. 12 Construção de mapa de Karnaugh de 5 variáveis Automação Industrial II. 13 Exemplos de simplificação por mapas Karnaugh Automação Industrial II. 14 Exemplos de função incompletamente especializada Automação Industrial A1 A2 A0 S 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 x 1 0 0 x 1 0 1 x 1 1 0 x 1 1 1 1 II. 15 Simplificação de função incompleta especificada A2 A1 A0 1 0 X 0 X X X 1 S S=A2+A1A0+A1A0 Automação Industrial II. 16 Exemplo de codificador I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Automação Industrial Codificador A0 A1 A2 II. 17 Descodificador de 3 bits A0 A1 A2 E (Enable) Automação Industrial Descodificador I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 II. 18 Multiplex com 4 entradas A B Multiplex C D C1 Automação Industrial S C0 II. 19 Comparador básico e aplicação à construção de comparador de 2 bits Comparador básico de 1 bit Comparador de dois bits A Comparador X0 B X1 X2 X0 X1 A1 B1 A0 B0 X0 X1 X2 X0="0" X1="1" X2="0" X2 Automação Industrial II. 20 Somador completo Automação Industrial II. 21 Flip-Flops tipo RS e RS Automação Industrial II. 22 Tabela de transições SR Automação Industrial Qt+1 00 - 01 1 10 0 11 Qt II. 23 Diagrama de estados do Flip-Flop SR Automação Industrial II. 24 Tabela de estados de Flip-Flop SR 00 01 10 11 A - B A A B - B A B Qt+1 Qt Automação Industrial II. 25 Tabela de excitações do FF SR Qt -> Qt+1 Automação Industrial SR 0 -> 0 10 0 -> 1 01 1 -> 0 10 1 -> 1 01 II. 26 Tabela de transições de FF tipo JK Automação Industrial JK Qt+1 00 Qt 01 0 10 1 11 Qt II. 27 Tabela de Transição do FF tipo D D Automação Industrial Qt+1 0 0 1 1 II. 28 Tabela de transições de FF tipo T T Automação Industrial Qt+1 0 1 1 0 II. 29 Flip-Flop tipo D síncrono e forma de onda de clock Automação Industrial II. 30 Representação de um Flip-Flop tipo D síncrono Relógio Automação Industrial D Q CLK Q II. 31 Diagrama e estados do detector de sequências 1001 x/y-> 0/0 1/0 1/0 A B Estado inicial 0/0 0/0 1/0 1/1 D C 0/0 Automação Industrial II. 32 Tabela de estados e saídas do exemplo anterior Automação Industrial x=0 x=1 A A,0 B,0 B C,0 B,0 C D,0 B,0 D A,0 B,1 II. 33 Tabela de saídas com estados atribuídos yt 0 1 01 0 0 10 0 0 11 0 0 00 0 1 xt (Q1Q0)t Automação Industrial II. 34 Atribuição de estados ao exemplo Q1Q0 Automação Industrial 01 A 10 B 11 C 00 D II. 35 Tabela de transições com estados atribuídos (Q1Q0)t+1 0 1 01 01 10 10 11 10 11 00 10 00 01 01 xt (Q1Q0)t Automação Industrial II. 36 Tabela de excitações FF JK Automação Industrial Qt-> Qt+1 JK 0 -> 0 0/ 0 -> 1 1/ 1 -> 0 /1 1 -> 1 /0 II. 37 Mapas de Karmaugh para determinar equações das entradas Automação Industrial II. 38 Circuito do detector de sequências 1001 Automação Industrial II. 39 Exemplo de contactores Automação Industrial III. 1 Núcleo Bobina Contacto Fixo Automação Industrial Armadura Vista interior de um contactor Contacto Móvel III. 2 Simbologia de diferentes contactores A1 A1 1 A2 A2 A2 R2 2 A1 R1 1 3 R3 R2 2 4 R4 Automação Industrial R1 1 2 A1 1 3 5 R1 A2 2 4 6 R2 A1 1 3 5 7 A1 1 3 5 21 A2 2 4 6 8 A2 2 4 6 22 III. 3 Esquemas de contactores disjuntores 1 3 5 N1 L1 L2 L3 1 3 5 N1 L1 L2 L3 A1 A2 A1 A2 I>> I>> I>> I>> N2 T1 T2 T3 2 4 6 Automação Industrial I>> I>> I>> I>> N2 T1 T2 T3 2 4 6 III. 4 Interior de um disjuntor 8 7 6 5 4 3 2 1 1- Relés termico e magnético 2- Eixo de soltura 3- Alavanca de comando 4- Mecanismo de comando 5- Contactos móveis 6- Contacos fixos 7- Camaras desionizantes 8- Caixa isolante Automação Industrial III. 5 Disjuntores magneto-térmicos Automação Industrial III. 6 Esquemas de disjuntores 95 97 I> I> 95 1L1 3L2 D1 U> 98 5L3 D2 1L1 3L2 5L3 I>> I>> I>> I> I> I> 2T1 4T2 6T3 Automação Industrial III. 7 Programador com sensor crepuscular (de luz) Automação Industrial III. 8 Temporizadores e respectivos esquemas Automação Industrial III. 9 Diagramas temporais de temporizadores Automação Industrial III. 10 Deslastradores electrónicos Automação Industrial III. 11 Princípio de funcionamento dos relés electromagnéticos C1 C2 I Automação Industrial III. 12 Princípio de funcionamento dos relés térmicos a - Lamina bimetálica simples b - Lamina bimetálica em espiral Automação Industrial III. 13 Esquemas de relés de estado sólido Circuito de corrente contante Rectificador Circuito de corrente contante Circuito de corrente contante Amplificador Circuito de corrente contante Circuito de corrente contante Amplificador Amplificador Automação Industrial Circuito driver III. 14 Esquemas de relés 8 1 7 2 3 6 5 Automação Industrial 4 III. 15 Vista de diversos tipos de relé de esquerda para a direita e de cima para baixo Automação Industrial III. 16 Esquemas de relé de protecção L1 L2 L3 1 2 3 2 4 6 LN 1A 1A 5A F 5A 5A 1A A1 L15 L25 L35 L11 L21 L31 A2 91 91 Sobrecarga 92 Para entrada autómato. >105% Circuito especializado >110% 2T1 2T2 10 20 30 Classe de 2T3 disparo 95 Disparado Teste Rearme 97 96 98 A 13 KM M A2 14 Disparado N Automação Industrial A1 KM Sobre-carga III. 17 Variadores de velocidade AC e DC AC Automação Industrial DC III. 18 Princípio de funcionamento dos variadores de velocidade de corrente alternada Rectificador Automação Industrial Filtragem Ondulador III. 19 Formas de onda pelos variadores de corrente alternada Automação Industrial III. 20 Esquema de utilização de variador de velocidade AC Automação Industrial III. 21 Princípio de um variador de velocidade de corrente contínua (DC) B Dínamo taquimétrico Rectificador controlado Rede 1 ~ ou 3~ U-RI M Induzido Motor Rectificador Indutor Automação Industrial III. 22 Esquema de utilização de variador de velocidade DC Ponte mista unidireccional 220V - 360V 50/ 60HZ 1 2 3 4 5 13 8 OV 220V 7 95 3 RM1 2 F1 4 96 A1 S2 A5 RM1 S1 5 RM1 13 14 6 RM1 MAL1 MAL2 RECTIVAR M2 F1 F2 10 9 8 RS 1 2 3 4 5 6 M Automação Industrial III. 23 Esquema de um arrancador estrela-triângulo Automação Industrial III. 24