monografria

1. 14
1. INTRODUÇÃO
Embora as concessões dos serviços de saneamento e abastecimento de
água à população no Brasil pertençam aos municípios, na maior parte do país
elas são operadas pelas empresas estaduais de saneamento, que exercem um
monopólio sobre todas as fases de produção, tratamento e distribuição deste
bem.
As empresas estaduais ou até mesmo privadas, devido ao esgotamento
de sua capacidade financeira de endividamento, enfrentam sérias dificuldades
para investir em expansão e melhorias para atendimento da população que não
possui acesso ao serviço, nessa situação convive-se com as perdas (água não
contabilizada, ou seja, incluem-se as perdas comerciais e perdas físicas), essas
perdas ocorrem durante os vários processos que compõem a produção,
reservação, distribuição e a comercialização da água.
Reverter essa situação, obtendo controle automático dos níveis dos
reservatórios de água, minimizando o desperdício, através de um controle
operacional mais eficiente de perdas, é uma questão estratégica de viabilização
financeira, econômica e operacional para as empresas brasileiras de
saneamento.
Com isso é necessário realizar-se investimento é tecnologia. Hoje a
automação é um processo que visa a mecanização, desburocratização e a
busca pela excelência na execução de um serviço ou no processo produtivo de
uma mercadoria, não podendo ser entendida apenas como uma instalação, mas
como um processo complexo que está totalmente ligada à tecnologia.
Quando citamos o termo tecnologia, nos referimos da elevação do capital
social comum – o conhecimento - bem como a captação de recursos e
conseqüentemente um maior volume de investimentos.
Ao trabalhar modelos de automação não podemos entendê-los como
sinônimo de redução do quadro de funcionários, e, sim como benefício que um
trabalho menos repetitivo pode ser substituído ao se optar pelos benefícios da
tecnologia. Uma vez que os objetivos do uso de automação por CLP é a maior
produtividade, controle, qualidade nos serviços e aumento de lucros.

2. 15
Desta maneira, existe a situação: se não há controle de forma adequada,
o processo não existe, com isso não existe gerenciamento eficiente.
1.1 Objetivo geral
Obter o controle automático dos níveis do reservatório de água do
sistema de abastecimento da cidade de Manaus
1.2 Objetivos específicos
• Evitar o desperdício de água tratada no reservatório do bairro Jorge
Teixeira II;
• Eliminar constantes manutenções nos equipamentos em decorrência da
operação inadequada;
• Diminuir o custo de mão-de-obra para, posteriormente serem alocadas em
outras áreas.
1.3 Problema
O município de Manaus, por meio da empresa que tem a autorização de
distribuição, apresenta, atualmente, grande dificuldade em controlar o seu
produto, a água. Diversas perdas com vazamento nas redes, transbordamento
de reservatórios tem causado grandes constrangimentos, até falta d’água, já
que após o extravazamento as bombas dos reservatórios são desligadas
entrando ar no sistema.
Do volume total produzido hoje, 70% é perdido gerando prejuízo para a
empresa de distribuição de água que é repassado para o consumidor final e
este tem que pagar inclusive pelo ar que entrou na tubulação decorrente do
desligamento das bombas, além de não ter fornecimento de água tratada
constantemente para satisfazer suas necessidades primárias.

3. 16
1.4 Justificativa
Comentar o surgimento de novas tecnologias que permitem o
aprimoramento do sistema de controle e acompanhamento do nível de água
existente, buscando o funcionamento eficiente e efetivo na operação de
fornecimento de água, automaticamente.
A necessidade de proprocionar economia em todo o sistema de
abastecimento de água para a empresa de distribuição viabilizando controle
automático dos níveis dos reservatórios de rede e eliminando perdas de água
por extravasamento. Este se reflete na comunidade de forma geral que passará
a pagar valor mais justo, além de ter o líquido precioso em suas torneiras
initerruptamente, pois atualmente o município de Manaus tem encontrado
dificuldades em controlar seu produto, a água tratada. Perdas do produto são
frequentes, o que ocasina prejuísos para a empresa que é refletida na conta de
água mensal do consumidor que, injustamente, tem que dividir com a
organização a conta que não lhe pertence, além de ter de pagar pelo ar que
passa pelo seu hidrômetro, pois o reservatório que secou assume ar no seu
sistema.

4. 17
2. ENTENDENDO O CONTROLE DO NÍVEL DE RESERVATÓRIOS POR
AUTOMAÇÃO
Há diferentes formas de se obter água no seu estado bruto como por meio
de poços, de rios, do mar e até mesmo do ar. Alguns podem ser usados em
larga escala e outros não. No município de Manaus existem duas formas de
captação. Por poços e diretamente do rio.
Primeiramente a água é captada da fonte no seu estado bruto, passa a ser
misturada com produtos químicos visando otimizar o processo de filtragem. A
partir daí passa pelos processos de filtragem, propriamente dito, e depois o
líquido segue para ser distribuído para os reservatórios de distribuição e
posteriormente para os consumidores;
Figura 1 – Processo de tratamento de água
Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012
O Sistema de Abastecimento de Água representa o "conjunto de obras,
equipamentos e serviços destinados ao abastecimento de água potável de uma
comunidade para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo
industrial e outros usos".

5. 18
Figura 2 – Fontes de obtenção de água no município de Manaus
Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012
Dentro do Sistema de abastecimento a reservação materializada pelos
reservatórios tem como objetivos:
• Garantia da qualidade da água
• Armazenamento para atender às variações de consumo (reserva de
equilíbrio – C1).
• Permite um escoamento com diâmetro uniforme na adutora, possibilitando
a adoção de diâmetros menores.
• Proporcionar uma economia no dimensionamento da rede de distribuição.
• Armazenamento para atender às demandas de emergência (reserva de
emergência – C2).
• Evita interrupções no fornecimento de água, no caso de acidentes no
sistema da adução, na estação de tratamento ou mesmo em certos
trechos do sistema de distribuição.
• Armazenamento para dar combate ao fogo (reserva de incêndio – C 3 ).
• Oferece maior segurança ao abastecimento quando da demanda
destinada a combate a incêndio
• Melhoria das condições de pressão da água na rede de distribuição.

6. 19
• Possibilitam melhor distribuição da água aos consumidores e melhores
pressões nos hidrantes (principalmente quando localizados junto às áreas
de máximo consumo).
• Permite uma melhoria na distribuição de pressões sobre a rede, por
constituir fonte distinta de alimentação durante a demanda máxima,
quando localizado à jusante dos condutos de recalque.
• Garante uma altura manométrica constante para as bombas, permitindo o
seu dimensionamento na eficiência máxima, quando alimentado
diretamente pela adutora de recalque.
O Sistema de Abastecimento de Água da cidade de Manaus conta com
um grande número de reservatórios, logo, prestar serviços para um metrópole
com quase 2 milhões de habitantes, (IBGE@cidades) resulta em uma série de
situações problemas, detectadas nos reservatórios.
Utilizado um controle de nível manual ou semi-automático eles em sua
grande maioria falham ocasionado desperdício de 35% da água tratada
armazenada, elevando número de serviços de manutenção em bombas e a
consequente insatisfação dos clientes.
Atualmente os reservatórios são controlados por operador ou
simplesmente não são controlados, o que ocasiona muitas falhas no processo,
uma vez implantada a operação de processo por meio de Controlador Lógico
Programável - CLP, obteremos o controle operacional total de gerenciamento da
estação. Obter o controle do funcionamento dos níveis de reservatórios de água
através do sistema de abastecimento.
Em um sistema de abastecimento de água, a questão operacional é de
suma importância tornando necessário determinar e controlar as perdas de água
no sistema. O controle de nível das estações é fundamental para prolongar a
vida útil do sistema, melhorar a eficiência, reduzir as despesas operacionais
(energia, produto químico, mão de obra).

7. 20
2.1 Perdas de água
O conceito de perdas varia de acordo com o país e organização.
Determinados países como Japão e EUA, definem perdas de água somente na
situação em que as águas não são contabilizadas pela micromedição, enquanto
outros países, como a Inglaterra, consideram como perdas de água somente as
perdas físicas (devido vazamentos) já que somente uma pequena parte das
ligações dos consumidores é medida.
Essas perdas referen-se ao volume de água perdido por vários motivos
como: perdas nas várias etepas que compõem um sistema de abastecimento
(adução, reservação, tratamento e distribuição), esbanjamento na utilização de
água pelo usuário, erros de marcação de hidrômetros e qualquer outra forma
não contabilizada pela empresa.
Para determinação e acompanhamento de perdas é necessário que se
conheçam os valores numéricos associados a perdas, ou seja, indicadores.
A medição é um instrumento para controle, previsão, estimativa, tomada
de decisão, identificação de problemas e avaliação de melhoramentos. A partir
dela pode-se confirmar se o trabalho de melhoria obteve resultado e qual é esse
resultado. A medição pode sinalizar onde é necessário uma melhoria e pode
ajudar na priorização dos alvos, para melhor utilização dos recursos. É um
indicador entre a situação desejada e a atual.
As perdas podem ser de produção onde ocorre perdas físicas de água no
processo de tratamento; perdas reais, que são perdas físicas de água resultante
de vazamento na rede de distribuição e extravazamento de reservatórios e
perdas aparentes, que são perdas não-físicas decorrentes da submedição de
hidrômetros, fraudes e falhas do cadastro comercial.
A companhia de saneamento do município de Manaus produz
mensalmente 18 milhões de metros cúbicos de água, porém grande parte dessa
produção é perdida por meio dos tipos expostos acima. O total perdido é de
70%.

8. 21
Figura 3 – Demonstrativo de perdas em relação ao total produzido
Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012
Essa perda influencia diretamente na saúde da empresa já de que tudo o
que é produzido, apenas 30% é faturado e retorna como lucro para a empresa.
Dessa forma ela se vê abrigada a trabalha com recursos escassos, ficando
praticamente impossibilitada de prestar manutenção adequada à rede de
distribuição, investir em melhorias, contratar mão-de-obra, etc.
É especialmente prejudicial ao consumidor, pois todo o prejuízo que é
gerado pelas perdas é, de certa forma, dividido entre todos os que pagam pelo
serviço de água tratada.
O levantamento do que é desperdiçado pela empresa de saneamento é
calculado a partir da diferença entre os dois tipos de medição existentes:
• Macro medição: é a medição que é executada nas adutoras, na tubulação
principal da distribuição de água;
• Micro medição: é a medição em uma área específica, numa região.
Todos esses problemas causam desgaste em diversas áreas da
empresa, pois geram problemas, desperdícios, insatisfações dos clientes que de
forma geral tem uma visão negativa da empresa e se sentem prejudicados. Além
de estarem cientes que, enquanto em uma região falta na outra região
transborda. Há grande número de ligações de reclamações no serviço de

9. 22
atendimento ao consumidor, o call center evidenciando problemas como pedido
de manutenção, extravasamento e principalmente falta d’água.
Figura 4 – Reclamações no Call Center
Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012

10. 23
3 REVOLUÇÃO INDUSTRIAL
Segundo CAPELLI (2006, p.15) para entendermos a origem da
automação é preciso relembrar o movimento que deu origem à automação
industrial e demais descobertas tecnológicas: A Revolução Industrial, que se
utilizou da mecanização dos sistemas de produção da época, dando origem ao
sistema econômico atual, denominado Capitalismo, tendo seu inicio no século
XVIII, neste período houve a popularização do uso de máquinas, o que nos dá
um panorama de crescente avanço da automação de serviços no mundo.
O uso de máquinas em grande escala foi implantado na Inglaterra a partir
de 1760, aproximadamente. Teve profunda influência sobre a economia mundial,
ocasionando significativas mudanças sociais, políticas e culturais para o homem
contemporâneo. A esse processo de alteração estrutural da economia, que
marcou o início da Idade Contemporânea, chamamos de Revolução Industrial.
Para a sua eclosão, porém, foi decisiva a acumulação de capitais verificada
entre os séculos XV e XVIII.
Uma vez consolidadas as práticas que envolviam produção em grande
escala através do automatismo o homem busca em seu ambiente cada vez mais
aprimorar a tecnologia em seu ambiente de trabalho.
A Revolução Industrial caracterizou-se basicamente, pela introdução de
máquinas simples que surgiram para a substituição da força muscular pela força
mecânica e tarefas repetitivas executadas pelo homem. (SILVEIRA, 1998, p.4)

11. 24
4 AUTOMAÇÃO
Segundo Silveira (1998, p. 30) a automação assume variáveis positivas e
negativas, ou seja, por que automatizar e por que não automatizar , do ponto de
vista positivo pode gerar maior enriquecimento pelo menor custo e aumentar a
qualidade de vida, ao mesmo tempo que diminui os empregos disponíveis e
desvaloriza o trabalho artesanal, mas uma afirmação do autor é da automação é
sem dúvida singular: Trata-se de um processo de evolução tecnológica
irreversível. Uma vez que convivemos em uma sociedade globalizada ávida por
“prestação de serviço eficiente em menor espaço de tempo”
Entende-se por automação qualquer sistema, apoiado em computadores,
que substitua o trabalho humano em favor da segurança das pessoas, da
qualidade dos produtos, da rapidez da produção ou da redução de custos, assim
aperfeiçoando os complexos objetivos das indústrias de serviços. (MORAES,
2007, p. 12).
Automação ainda pode ser definida por FIALHO (2003, p.13) como
“dinâmica organizada” a qual evidencia o progresso da ciência e intervenção
humana no meio industrial e social.
Dentro do tema automação industrial MAMED ( 2002,p.590 ) comenta que
é o enlace entre usuário e os programas de supervisão que compõe um sistema.
4.1 CLP – Controlador Lógico Programável
Para MAMED (2002), “os CLP’s são dispositivos que permitem o
comando de máquinas e equipamentos de maneira simples e flexível,
possibilitando alterações rápidas no modo de operá-los, por meio da aplicação
de programas dedicados, que ficam armazenados em sua memória”.
Ainda existem muitas empresas do ramo da indústria de automação que
possuem pouca experiência com eles. A grande vantagem desse dispositivo
esta na possibilidade de reprogramação sem necessidade de realizar

12. 25
modificações de hardware. Mais o que impulsionou a saída da automação das
indústrias para os prédios e residências foi a popularização e o desenvolvimento
dos computadores pessoais. De fato, atualmente o que se busca é a
conectividade entre os diversos dispositivos que integram um sistema
automatizado e os computadores pessoais.
O CLP começou a ser usado no ambiente industrial desde 1960 embora
ainda existam muitas empresas do ramo da indústria de automação que
possuem pouca experiência com eles. A grande vantagem dos controladores
programáveis é a possibilidade de reprogramação, motivo pelo qual substituíram
os tradicionais painéis de controle a relês. Esses painéis necessitavam de
modificações na fiação cada vez que se mudava o projeto, o que muitas vezes
era inviável, tornando-se mais barato simplesmente substituir todo painel por um
novo. Os CLP’s permitiram transferir as modificações de hardware em
modificações no software.
A General Motors, em meados de 1969, surgiu com os primeiros
controladores baseados numa especificação resumida a seguir:
• Facilidade de programação;
• Facilidade de manutenção com conceito plug-in;
• Alta confiabilidade;
• Dimensões menores que painéis de Relês, para redução de custos;
• Envio de dados para processamento centralizado;
• Preço competitivo;
• Expansão em módulos;
• Mínimo de 4000 palavras na memória.
A partir da década de 70, com a inclusão de microprocessadores dentro
dos controladores, eles passaram a se chamar de Controladores Programáveis
(CLPs), dez anos a frente na década de 80, suas funções foram aperfeiçoadas e
passaram a utilizar a rede de comunicação de dados. (MORAIS e CASTRUCCI,
2001).
De acordo com (NATALE, 2004, p.11), o CLP “É um computador com as
mesmas características conhecidas do computador pessoal, porém, [é utilizado]
em uma aplicação dedicada [...]”. Segundo a ABNT (Associação Brasileira de

13. 26
Normas Técnicas), o CLP é um equipamento eletrônico digital com hardware e
software compatíveis com aplicações industriais.
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), CLP é um
equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com
aplicações industriais. Já, segundo a National Electrical Manufacturers
Association (NEMA), CLP é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma
memória programável para o armazenamento interno de instruções para
implementações específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização,
contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entradas e saídas,
vários sensores e atuadores.
Esse equipamento foi batizado, nos Estados Unidos, como
Programmable Logic Controller (PLC), em português Controlador Lógico
Programável (CLP) e este termo é registrado pela Allen Bradley (fabricante de
CLP).
Segundo Mamed (2002), os Controladores Lógicos Programáveis podem
ser empregados em diversos setores da indústria. Utilizados sozinhos ou
acoplados a outras unidades, no caso de projetos que ocupam grandes
extensões, eles operam sincronizadamente fazendo todo o controle do
processo. Nesses casos, “a automação assume uma arquitetura
descentralizada, dividindo-se a responsabilidade do processo por várias
unidades de CLP, localizadas em pontos estratégicos da instalação”.
Figura 5 - Diagrama de blocos simplificado de um CLP
Fonte: WEG (2002)

14. 27
A figura acima mostra através do diagrama de blocos, como o CLP atua
no sistema: os sensores alimentam o CLP (processador), a cada instante, com
os dados (variáveis de entrada) informando, através de níveis lógicos, as
condições em que se encontram. Em função do programa armazenado em sua
memória, o CLP atua no sistema por meio de suas saídas. As variáveis de saída
executam, a cada instante, os acionamentos dos atuadores no sistema,
(NATALE, 1995). NATALE (1995), ainda afirma que “o processamento é feito em
tempo real, ou seja, as informações de entrada são comparadas com as
informações contidas na memória, as decisões são tomadas pelo CLP, os
comandos ou acionamentos são executados pelas saídas, tudo
concomitantemente com o desenrolar do processo”.
De forma geral, os controladores lógicos programáveis (CLPs) são
equipamentos eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas de
automação flexível. Estes permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica
para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, pode-se
utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída de
sinal (cargas).
Figura 6 - CLP de pequeno porte
Fonte: (SCHNEIDER, 2007)
4.1 Funcionamento do CLP
O funcionamento de um CLP corresponde a três etapas distintas, as
quais são: entradas, processamento e saídas. Com essa finalidade o CLP
possui uma arquitetura bastante conhecida baseada em microcontroladores e
microprocessadores.

15. 28
Figura 7- Estrutura básica de funcionamento de um CLP
Fonte: SILVA FILHO, 2000.
O hardware de um CLP é formado por 3 unidades distintas, as quais são:
fonte de alimentação, CPU (Unidade Central de Processamento, e interfaces de
entrada e saídas ou I/O), e interfaces de I/O. Cada unidade que compõe um CLP
é responsável pelo seu funcionamento.
• Fonte de Alimentação: A alimentação de energia do CLP utiliza uma
fonte chaveada e uma única tensão de saída de 24 V. Esse valor já é utilizado
com a finalidade de alimentar os módulos de entrada e saída de dados e a CPU
ao mesmo tempo. Outra característica importante é que normalmente as
máquinas industriais, funcionam com essa tensão por ser bem menos suscetível
a ruídos. Outro ponto destacável, é que essa tensão já é compatível com o
sistema de comunicação RS-232.
• CPU: Segundo MORAES E CASTRUCCI (p.31, 2001), é “responsável
pela execução do programa do usuário, atualização da memória de dados e
memória-imagem das entradas e saídas”. Inicialmente com a 2ª geração de CLP
(barramento de dados, endereço e controle), a CPU era constituída por um
microcontrolador. A opção por microcontroladores baseava-se pelo custo-
benefício, facilidade de manuseio, e também pela baixa complexidade dos
softwares. Com exceção dos CLPs de pequeno porte, geralmente, os CLPs
apresentam um microprocessador na forma de um CI (Circuito Integrado)
dedicado.
Interfaces de I/O: As entradas e saídas de um CLP podem ser
divididas em duas categorias: as analógicas e digitais.

16. 29
Figura
8-
Interfaces de I/O
digitais e
analógicas
Fonte:
DAHER, 2003.
Existem diversos tipos de módulos de entrada e saída que se adaptam as
necessidades do sistema a ser controlado. Os módulos de entrada e saídas são
compostos de grupos de bits, associados em conjuntos de 8 bits (1 byte) ou
conjuntos de 16 bits, de acordo com o tipo de CPU.
As entradas analógicas são referentes aos dispositivos que trabalham
com grandezas analógicas, como por exemplo, temperatura, umidade relativa,
pressão, entre outras. Para que a CPU trabalhe com esses valores analógicos é
necessário que essas entradas sejam convertidas usando conversores A/D
(analógico para digital).
Operacionalmente, a CPU lê os dados de entradas dos dispositivos de
campo através dos módulos de entrada, e então executa, ou realiza os controles
de programa que tinham sido armazenados na memória.
Os programas normalmente são escritos na linguagem LADDER, a qual
assemelha-se muito a um esquema elétrico baseado em relês. Os programas
são colocados na memória da CPU em forma de operações lógicas, aritméticas
etc.
Baseado nesses programas o CLP escreve ou atualiza o estado das
saídas atuando nos dispositivos de campo (cargas). Este processo, conhecido
como ciclo de operação, continua na mesma seqüência sem interrupções.

17. 30
Figura 9 - Ciclo de Processamento do CLP
Fonte: SILVA FILHO, 2000.
O CLP é formado por uma fonte de alimentação, uma CPU, e interfaces
de I/O, porém pode-se considerá-lo como uma pequena caixa contendo
centenas ou milhares de relês separados, tais como contadores, temporizadores
e locais de armazenamento de dados. O que acontece é que o CLP simula
essas funcionalidades, utilizando os registradores internos da CPU, onde:

18. 31
Figura 10 - Funcionalidades de um CLP
Fonte : SILVA FILHO, 2000.
• Relês de entrada (contatos): Conectados com o mundo externo.
Existem fisicamente e recebem sinais de interruptores, sensores etc.
Normalmente não são relês e sim transistores munidos de isolamento
óptico. No caso do CLP TP-02 da WEG Automação, o símbolo na linguagem
LADDER que representa este tipo de relé é a letra “X”;
• Relês de utilidade interna (contatos): Não recebem sinais do
mundo externo e não existem fisicamente. São relês simulados que
permitem eliminar relês de entrada externos (físicos). Também há alguns
relês especiais que servem para executar só uma tarefa, como relês de
pulso, temporizadores etc. Outros são acionados somente uma vez durante
o tempo no qual o CLP permanece ligado e tipicamente são usados para
inicializar dados que foram armazenados. No caso do CLP TP-02 o símbolo
na linguagem LADDER que representa este tipo de relê é a letra “C”;
• Contadores: Estes não existem fisicamente. São contadores
simulados e podem ser programados para contar pulsos. Normalmente,
estes contadores podem contar para cima (incrementar), ou abaixo
(decrementar), ou ambos. Considerando que são simulados, os contadores
estão limitados na velocidade de contagem. Alguns fabricantes também
incluem contadores de alta velocidade baseados em Hardware, podendo ser
considerados como fisicamente existentes.

19. 32
• Temporizadores (Timers): Estes também não existem fisicamente. O
mais comum é o tipo com “Retardo no Ligamento”. Outros incluem “Retardo no
desligamento” e tipos retentivos e não-retentivos. Os incrementos variam de um
mili-segundo até um segundo;
• Relês de saída: Estes possuem conexão com o mundo externo e
existem fisicamente. Enviam sinais de ON/OFF a solenóides, luzes, etc., podem
ser transistores, Relês ou Triacs, dependendo do modelo de CLP. No caso do
CLP TP-02, o símbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de relé é
a letra “Y”;
• Armazenamento de dados: Normalmente há registros designados
simplesmente para armazenar dados. Eles são usados como armazenamento
temporário para manipulação matemática ou de dados. Podem ser usados
quando houver ausência de energia no CLP.
4.1.2 Linguagem de Programação
No âmbito geral a linguagem é um meio de transmissão de informações
entre dois ou mais elementos com capacidade de se comunicarem.
Na área de computação, defini-se instrução como um comando que
permite a um sistema com capacidade computacional realizar determinada
operação. Com isso utiliza-se linguagem de programação que padroniza o
conjunto de instruções que o sistema computacional é capaz de reconhecer.
A programação dos controladores lógicos programáveis é atualmente
mais simples e flexível, pois foram desenvolvidas ou aperfeiçoadas incluindo
variações em Ladder e Lista de instruções. A inexistência em relação as
linguagens de programação fez surgir inúmeras variantes destas ao longo do
tempo.
Quando a empresa necessitava realizar a substituição do CLP antigo,
devido ao aumento de demanda ou para incorporar novos recursos , era
necessário investimento, com aquisição e desenvolvimento de software,
hardwares e em treinamento de pessoal envolvido., gerando alto custo para
empresa.

20. 33
A comunidade industrial internacional reconheceu a necessidade de
estabelecer um padrão para os CLP`s visando a uniformização de
procedimentos dos diversos fabricantes.. Foi criado um grupo de trabalho no IEC
para estabelecer normas e todo o ciclo de desenvolvimento do CLP, incluindo
projeto de hardware, instalação, testes, programação e comunicação.
No inicio da década de 1990 o IEC publicou várias partes da norma IEC
1131, que cobre o ciclo de vida completo dos CLP`s Alguns anos depois essa
norma foi revisada e recebeu o número IEC 61131.cuja a terceira parte IEC
61131-3 trata das linguagens de programação. Onde definiu cinco linguagens de
programação:
• Diagrama de Blocos ( FBD – Function Block Diagram)
• Liguagem Ladder (LD – Ladder Diagram)
• Sequenciamento Gráfico de Funções (SFC – System Function Chart)
• Lista de Instruções ( IL – Instruction List)
• Texto Estruturado ( ST – Structured Text)
• Linguagem Ladder – Ladder Diagram (LD)
Linguagem Ladder – Ladder Diagram (LD)
Ë uma linguagem gráfica baseada na lógica de relés e contatos elétricos
para realização de circuitos de comandos de acionamento. Ë a mais difundida e
encontradas em quase todos os CLP`s da atual geração.
Ela foi desenvolvida com os mesmos conceitos dos diagramas de
comandos elétricos. A função principal de um programa em linguagem Ladder é
controlar o acionamento de saídas dependendo da combinação lógica dos
contatos de entrada.
O nome Ladder significa escada em inglês pois o diagrama final se
parece com uma escada cujos trilhos são as linhas de alimentação e cada
lógica associada a uma bobina chamada de degraus em inglês rung. A linha

21. 34
vertical a esquerda representa o pólo positivo e a outra linha paralela
paralela representa o pólo negativo.
Vantagens
Possibilita rápida adaptação (semelhança com diagramas elétricos
convencionais com lógica a relés.
• Técnica de programação mais difundida e aceita
industrialmente
• Símbolos padronizados e mundialmente aceitos pelos
fabricantes e usuários.
• Fácil visualização dos estados das variáveis
•
Desvantagens
• Edição mais lenta.
• Programadores não familiarizados com a operação de relés tendem a
ter dificuldades com esta linguagem.
• Sua utilização em lógicas mais complexas é bastante dificil.
Lista de Instruções
Inspirada na linguagem assembly e de características seqüencial. Ë
indicada para pequenos CLP`s ou para controle de processos simples onde
existem poucas quebras no fluxo de execução do programa.
Cada instrução deve começar em uma nova linha, que pode ser
preenchida por um rótulo sendo composta de operador e operando.
Vantagens:
Execução do programa de forma rápida
Documentação mais compacta em relação a lógica de relés.

22. 35
Desvantagens:
• Conhecimento em álgebra de Booleana
• Noção de programação em assembly
• Dificuldade em realizar alterações no código já implementado.
. Grafcet / SCF
O Grafcet foi desenvolvido a parti da s redes de Petri. Trata-se de uma
ferramenta de modelagem comportamental aplicável a diversos tipos de
sistemas. A modelagem pode ser aplicada em um número praticamente ilimitado
de sistemas desde que sejam seqüenciais e evoluam discretamente.
Todos os estados do sistema têm um elemento de memória denominado
etapa. Cada etapa tem comportamento especifico do sistema que é função do
modo como as entradas evoluem seqüencialmente no tempo. Assim o sistema
seqüencial não muda de etapa enquanto não sofre excitação externa.
Vantagens
• Facilidade de interpretação
• Linguagem ideal para processos sequenciais
Desvantagens
• Conhecimento em Rede de Petri
• Só inicia-se a próxima etapa ao término da etapa ativa
4.2 Teoria do Inversor de Freqüência
De forma simples podemos dizer que os inversores de freqüência são
equipamentos eletrônicos que permitem variar / controlar a velocidade de um
motor.

23. 36
Atualmente, a necessidade de aumento de produção e diminuição de
custos, se fez dentro deste cenário surgir à automação, ainda em fase inicial no
Brasil, com isto uma grande infinidade de equipamentos foram desenvolvidos
para as mais diversas variedades de aplicações e setores industriais, um dos
equipamentos mais utilizados nestes processos conjuntamente com o CLP é o
Inversor de Freqüência, um equipamento versátil e dinâmico, na figura 7 vai
expor agora o princípio básico do funcionamento do inversor de freqüência.
4.2.1 O que são os drives CA - Inversores de freqüência?
Os inversores de freqüência, também conhecidos como conversores de
freqüência são dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da rede
alternada senoidal, em tensão contínua de amplitude e freqüência constantes e
finalmente converte esta última, numa tensão de amplitude e freqüência
variáveis.
A denominação Inversor ou Conversor é bastante controversa, sendo que
alguns fabricantes utilizam Inversor e outros Conversor. Inerentemente ao
projeto básico de um Conversor de Freqüência, teremos na entrada o bloco
retificador, o circuito intermediário composto de um banco de capacitores
eletrolíticos e circuitos de filtragem de alta freqüência e finalmente o bloco
inversor, ou seja, o inversor na verdade é um bloco composto de transistores
IGBT, dentro do conversor. Na indústria, entretanto, ambos os termos são
imediatamente reconhecidos, fazendo alusão ao equipamento eletrônico de
potência que controla a velocidade ou torque de motores elétricos.
Eles são usados em motores elétricos de indução trifásicos para substituir
os rústicos sistemas de variação de velocidades mecânicos, tais como polias e
variadores hidráulicos, bem como os custosos motores de corrente contínua
pelo conjunto motor assíncrono e inversor, mais barato, de manutenção mais
simples e reposição profusa.
Os conversores costumam ser dimensionados mais precisamente, pela
corrente do motor. O dimensionamento pela potência do motor pode também ser
feito, entretanto, a corrente é a principal grandeza elétrica limitante no
dimensionamento. Importante também notar outros aspectos da aplicação,

24. 37
durante o dimensionamento, como, por exemplo, demanda de torque (constante
ou quadrático), precisão de controle, partidas e frenagens bruscas ou em
intervalos curtos ou muito longos, regime de trabalho, filtros EMC/RFI para
compatibilidade eletromagnética, indutores CA para redução de harmônica
proteção do retificador, e outros aspectos particulares de cada aplicação.
Os conversores de Freqüência têm uma vasta aplicação na indústria de
máquinas e processos em geral. Com a capacidade inerente de variar a
velocidade de motores elétricos trifásicos de Corrente Alternada, permitem aos
projetistas, desenvolver máquinas que sem os mesmos, seriam praticamente
impossíveis de serem fabricadas.
Os conversores de Freqüência de última geração, não somente controlam
a velocidade do eixo de motores elétricos trifásicos de corrente alternada, como
também, controlam outros parâmetros inerentes ao motor elétrico, sendo que um
deles é o controle de Torque.
Através da funcionalidade que os microprocessadores trouxeram os
conversores de Freqüência hoje, são dotados de poderosas CPUs ou placas de
controle microprocessadas, que possibilitam uma infindável variedade de
métodos de controle, expandindo e flexibilizando o uso dos mesmos.
A Vacon conseguiu implementar sua própria estratégia de controle, de
modo a obter domínio total sobre o comportamento do eixo do motor elétrico,
permitindo em muitos casos que motores elétricos trifásicos de corrente
alternada, substituírem Servo Motores em muitas aplicações. Os benefícios são
diversos, como redução no custo de desenvolvimento, custo dos sistemas de
acionamento, custo de manutenção.
Muitos conversores hoje são dotados de opcionais que permitem
implementar técnicas de controle de movimento, manipulação de vários
eixos de acionamento, Posicionamento e Sincronismo de Velocidade ou
Sincronismo de Posição.
Modernas técnicas de chaveamento da forma de onda de tensão e
também da freqüência aplicada sobre o estator do motor elétrico, permitem
o controle com excelente precisão, sobre o eixo do motor. Uma das técnicas
mais conhecidas é o PWM ou (Pulse Width Modulation – Modulação de
largura de pulso). Tais técnicas são sempre aliadas ao modelamento

25. 38
matemático preciso do motor elétrico. Os conversores de última geração
fazem medições precisas e estimativas dos parâmetros elétricos do motor,
de modo a obter os dados necessários para o modelamento e conseqüente
controle preciso do motor.
Os Conversores de Freqüência, por serem dispositivos dotados
comumente de uma ponte retificadora trifásica a diodos, ou seja, tratam-se
de cargas não lineares, geram harmônicas. Os fabricantes de Conversores
de Freqüência disponibilizam filtros de harmônicas, alguns já integrados ao
produto, outros opcionais. Existem várias técnicas para filtragem de
harmônicas, que vão desde as mais simples e menos custosas, como
indutores na barra DC ou indutores nas entradas do conversor, antes da
ponte retificadora, passando pelos retificadores de 12 ou 18 diodos ou
pulsos, utilizando transformadores defasadores até chegar aos filtros ativos
ou retificadores a IGBT, para diminuição ou até mesmo eliminação das
harmônicas tanto de corrente quanto de tensão elétrica.
Devido à tecnologia de desenvolvimento de semicondutores e técnicas
inovadoras de refrigeração, alguns equipamentos já são comercializados, com
total segurança e garantia de operação, utilizando refrigeração à água. Isso faz
com que algumas potências se conseguem uma redução de até 70% do
tamanho do equipamento quando comparado com um de mesma potência,
porém com refrigeração a ar.
4.2.2 Funcionamento de um inversor
O avanço da Eletrônica de Potência permitiu o desenvolvimento de
conversores de freqüência com dispositivos de estado sólido, inicialmente com
tiristores e atualmente estamos na fase dos transistores, mais especificamente
IGBT, onde sua denominação é transistor bipolar de porta isolada.
Os ciclos conversores antecederam de certa forma os atuais inversores,
eles eram utilizados para converter 60 hz da rede em uma freqüência mais
baixa, era uma conversão CA-CA, já os inversores utilizam à conversão CA-CC
e por fim em CA novamente. Os inversores podem ser classificados pela sua
topologia, esta por sua vez é dividida em três partes, sendo a primeira para o

26. 39
tipo de retificação de entrada, a segunda para o tipo de controle do circuito
intermediário e a terceira para a saída. Na abaixo apresentamos um circuito em
blocos de um inversor com a topologia tipo PWM, esta topologia é a mais
utilizada nos inversores de freqüência atuais.
Figura 11 - Princípio básico do funcionamento do inversor de freqüência.
Fonte: Manual WEG.
Lembrando que no primeiro estágio na entrada da linha CA, o módulo de
entrada (conversor), a tensão é transformada pelo retificador de entrada em
contínua pulsada (onda completa). As figuras abaixo mostram detalhadamente o
circuito elétrico dos três estágios de um inversor de freqüência.
Figura 12 – Primeiro estágio do funcionamento do inversor de freqüência.
Fonte: manual Weg
No segundo estágio temos o circuito intermediário o capacitor (filtro)
transforma-a em tensão contínua pura de valor aproximado de Vdc=√2xVrede.

27. 40
Figura 13 - Segundo estágio de um inversor de freqüência.
Fonte: Manual Weg
No último estágio contamos com o módulo de saída (inversor), com esta
tensão contínua é conectada ciclicamente aos terminais de saída pelos
transistores do inversor, que funcionam no modo corte ou saturação (como uma
chave estática). O controle desses transistores é feito pelo circuito de comando,
de modo a obter um sistema de tensão pulsada, cujas freqüências fundamentais
estão defasadas de 120°. A tensão e a freqüência de saída são escolhidas de
modo que a tensão seja proporcional à freqüência para o fluxo, seja constante e
o torque também o seja, deveremos então chavear os transistores de saída pela
modulação de largura de pulso para obtermos uma forma de tensão CA
sintetizada e de freqüência variável, com isto estamos apto a variar a velocidade
do motor.
Figura 14 - Terceiro estágio de um inversor de frequência.
Fonte: manual Weg
A partir desses três estágios podemos ter o circuito completo de um
inversor de freqüência, desde a parte de entrada do circuito, à parte de
potência, comando até a saída onde varia-se tensão e corrente.
A variabilidade freqüência é muito grande, atualmente seu valor está
entre 0 e 400 HZ, esta podendo ser escalar ou vetorial.

28. 41
Figura 15 - Diagrama de Blocos típico de um Inversor
Fonte: Manual Weg
4.3 Tipos de Inversores de Freqüência
• Inversor Escalar
O funcionamento dos inversores de freqüência com controle escalar está
baseado numa estratégia de comando chamada “V/F constante”, que mantém o
torque do motor constante, igual ao nominal, para qualquer velocidade de
funcionamento de um motor.
A escalar como o próprio nome sugere, é uma relação direta entre
freqüência e tensão. No gráfico abaixo mostramos de forma mais breve esta
descrição.

29. 42
Figura 16 - Relação entre freqüência e tensão.
Fonte: MAMED FILHO, 2007
• Inversor Vetorial
Em aplicações onde se faz necessária uma alta performa dinâmica,
respostas rápidas e alta precisão de regulação, o motor elétrico deverá fornecer
essencialmente um controle preciso de torque para uma faixa extensa de
condições de operação. Para tais aplicações os acionamentos de corrente
contínua sempre mrepresentaram uma solução ideal, pois a proporcionalidade
da corrente de armadura, do fluxo e do torque num motor de corrente contínua
proporcionam um meio direto para o seu controle. Vantagens do Inversor com
controle Vetorial:
a) Elevada precisão de regulação de velocidade;
b) Alto desempenho dinâmico;
c) Controle de torque linear para aplicações de posição ou de tração;
d) Operação suave em baixa velocidade e sem oscilações de torque,
mesmo com variação de carga.
• Inversores Vetoriais de Fluxo
Os Inversores Vetoriais de Fluxo produzem uma saída trifásica com
tensão(V) e freqüência (F) controladas independentemente, não seguindo
uma curva V/F pré-fixada.
A idéia é manter o fluxo magnético do motor constante e controlar
diretamente o torque do eixo do motor controlando-se a corrente rotórica do
mesmo.
Os Inversores Vetoriais de Fluxo possuem dois controladores, um
controla a corrente de magnetização e o outro a corrente do motor. O torque
no motor será imposto e controlado diretamente, ao contrário dos Inversores
Escalares onde o torque é conseqüência do escorregamento do motor.
Os inversores Vetoriais de Fluxo estão divididos em duas categorias: com
e sem realimentação. A realimentação ou "Feedback", permite "enxergar" o
movimento do eixo do motor possibilitando controlar a velocidade com alta
precisão e também o torque em velocidade zero. A operação com realimentação
é também conhecida como controle de malha fechada e sem realimentação

30. 43
como controle de malha aberta. A realimentação é realizada utilizando um
gerador de pulsos, também conhecido com "Encoder". Alguns equipamentos
permitem a utilização dos dois modos, sendo necessário uma placa opcional
para a operação de malha fechada.
A operação de malha aberta, ou sem realimentação é também conhecida
como "Sensorless", nesse caso o algoritmo de controle torna-se mais complexo,
pois o inversor deve calcular através de artifícios matemáticos a velocidade real
e o escorregamento do motor. A operação sem realimentação possui
performance inferior à operação com realimentação.
Os Inversores Vetoriais de Fluxo necessitam da programação de todos os
parâmetros do motor como, resistências elétricas, indutâncias, correntes
nominais do rotor e estator, dados esses normalmente não encontrados com
facilidade. Para facilitar o set-up, alguns inversores dispõem de sistemas de
ajustes automáticos também conhecidos como "Auto-tunning", não sendo
necessário a pesquisa de dados sobre o motor.
Hoje existem vários tipos de tecnologias disponíveis no mercado, basta
saber quando usar, que tipo de inversor usar, qual aplicação irá usar e, outros
meios de aplicações. A figura abaixo mostra detalhadamente os tipos de
inversores disponíveis.
Figura 17 - Tipos de inversores disponíveis no mercado.

31. 44
4.4. Motores Elétricos
Segundo MAMED(2007) o motor elétrico é uma máquina que transforma
energia elétrica em energia mecânica de utilização, que dividem-se em dois
grupos: os de corrente contínua e os de corrente alternada, ambos que tomam o
valor de tensão como a base de sua classificação, cada um com características
distintas do outro.
Os Motores de Corrente Continua são acionados através de uma fonte de
corrente contínua, sendo utilizados nas industriais quando se faz necessário
manter o controle fino da velocidade num processo qualquer de fabricação. São
fabricados motores de corrente contínua com três características.
• Motor Serie - Sua corrente de carga é utilizada também como corrente
de excitação com as bobinas de campo ligadas em serie com as bobinas do
induzido, por isso não podem operar a vazio, pois sua velocidade tenderia a
aumentar indefinidamente, danificando a máquina;
• Motores em Derivação - Seu campo esta diretamente ligado a fonte de
alimentação em paralelo com o induzido. Sob tensão constante, desenvolvendo
uma velocidade constante e um conjugado variável de acordo com a carga;
• Motores Compostos - São aqueles em que o campo é constituído de
duas bobinas, sendo uma ligada em serie e outra ligada em paralelo com o
induzido. Estes motores acumulam as vantagens do motor serie e do motor de
derivação, isto é, possuem o elevado conjugado de partida e velocidade
aproximadamente constante num acionamento de cargas variadas.
Os Motores de Corrente Alternadas são acionados através de uma fonte
de corrente alternada e utilizados em um grande número de aplicações do ramo
industrial, isso se dá pelo fato de seu simples processo de construção, uma vida
útil longa, bem como o benefício do custo reduzido de compra e manutenção.

32. 45
Os Motores que são alimentados por um sistema trifásico a três fios, são
classificados como Motores Trifásicos, esses tem as suas tensões estão
defasadas de 120 elétricos e representam na grande maioria dos motores
empregados nas instalações industriais, sendo por indução ou síncrono. Sendo
constituídos por duas partes básicas: estator e rotor.
Figura 18 - Motor de Indução Trifásico
Fonte MAMED, 2007.
O primeiro formado por três elementos: carcaça, núcleo de chapas e
enrolamentos. A carcaça constitui-se de uma estrutura de construção robusta,
geralmente fabricada em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à
corrosão sua superfície é aletada e tem por função suportar as partes fixas e
móveis do motor. O núcleo de chapas constituído de chapas magnéticas
adequadamente fixadas ao estator e finalmente os enrolamentos que são
dimensionados em material condutor isolado, dispostos sobre o núcleo e ligados
à rede de energia elétrica de alimentação.
A segunda parte, o rotor, constitui-se também de três elementos básicos:
eixo, núcleo de chapas, barras e anéis e enrolamentos. O eixo é o componente
responsável pela potencia mecânica gerada no motor. O núcleo de chapas
possui chapas magnéticas que de fixam adequadamente no eixo. As barras
anéis de curto circuito podendo ser denominada motor de gaiola é feita de
alumínio injetado sobre pressão. Enrolamentos ou motor bobinado são feitos
com material condutor que ficam dispostos sobre o núcleo.

33. 46
Os Motores de Correntes Alternadas ainda possuem outros componentes
que completam sua estrutura, esses componentes são ligados aos componentes
principais, estado entre eles o ventilador, a tampa defletora, terminais,
rolamentos e caixa de ligação.
Figura 19 - Classificação dos motores elétricos
Fonte: MAMED, 2007.
4.5 Sensores
Existem diversos tipos de sensores utilizados em equipamentos
eletrônicos. Pode-se usar simples chaves ou dispositivos de acionamento
momentâneo do tipo mecânico, até transdutores especiais que convertem
alguma grandeza física em uma grandeza elétrica, como, por exemplo, uma
tensão. Estes sensores servem para informar um circuito eletrônico a respeito
de um evento que ocorra externamente, sobre o qual ele deve atuar, ou a partir
do qual ele deva comandar uma determinada ação.
Os principais tipos de sensores se encontram em aplicações eletrônicas
sendo alguns deles: Sensores Mecânicos, Sensores do tipo Reed-Switch,
Sensores Ultra-sônicos, Sensores Capacitivos , Sensores de Pressão.

34. 47
• Sensores Mecânicos
Denomina-se sensores mecânicos aqueles que sensoriam movimentos,
posições ou presença usando recursos mecânicos como, por exemplo, chaves
(switches).Nesta categoria inclui-se os micro switches e chaves de fim-de-curso.
Estes sensores, como o nome sugere, são interruptores ou mesmo chaves
comutadoras que atuam sobre um circuito no modo liga / desliga quando uma
ação mecânica acontece no seu elemento atuador. É possível usar estes
sensores de diversas formas, como para detectar a abertura ou fechamento de
uma porta, a presença de um objeto em um determinado local, ou ainda quando
uma parte mecânica de uma máquina está numa certa posição.
Uma variação deste tipo de sensor é o “sensor de fim-de-curso” que,
conforme o próprio nome indica, detecta quando uma parte mecânica de um
dispositivo atinge seu deslocamento máximo. A finalidade da chave de fim-de-
curso é evitar que o motor do sistema, por exemplo, continue atuando mesmo
depois que a peça que ele movimenta chega ao seu ponto máximo. Isso poderia
forçar o mecanismo ou ainda causar uma sobrecarga do motor ou do próprio
circuito de acionamento.
• Sensores do tipo Reed-Switch
Estes sensores podem ser utilizados para detectar a posição de uma
peça ou de uma parte de um mecanismo pela posição de um pequeno ímã que
é preso a ela. Pode-se classificar estes sensores também como sensores
magnéticos, uma vez que eles atuam com a ação de um campo, mas como são
interruptores acionados por campos, será melhor separá-los em uma outra
categoria, dentro de uma classificação de atuação mais simples.
Este tipo de sensor que tanto pode ser utilizado para detectar a simples
aproximação de uma peça quanto gerar pulsos de controle a cada passagem de
uma peça móvel. Caracteriza-se por sua velocidade de ações limitada e também
pela pequena capacidade de corrente que os tipos comuns apresentam. Nestas
aplicações destacam-se, por exemplo, sua utilização como sensor de fim-de-
curso, para detectar quando uma peça atinge seu deslocamento máximo,
atuando sobre o sensor pela ação de um pequeno ímã.
• Sensores Ultra-sônicos

35. 48
Este é um tipo de sensor bastante útil na detecção de objetos a uma certa
distância, desde que estes não sejam muito pequenos, e capazes de refletir este
tipo de radiação. O princípio de funcionamento deste sensor é o seguinte:
transdutor emite ondas ultra-sônicas em freqüência normalmente em torno de 42
kHz. O resultado é um comprimento de onda da ordem de alguns centímetros, o
que permite detectar objetos relativamente pequenos. As ondas refletidas pelo
objeto são captadas pelo sensor, fornecendo assim um sinal que pode ser
processado trazendo informações sobre o objeto no qual ocorreu a reflexão.
Os exemplares mais comuns de sensores deste tipo são os que utilizam
uma lâmina ressonante de modo que eles funcionam tanto como transdutores
emissores quanto microfones, mas sendo capazes de selecionar por
ressonância, uma estreita faixa de freqüências, normalmente em torno de 42
kHz.
O outro tipo de sensor /emissor é o que faz uso de cerâmicas
piezelétricas. Observe que, enquanto o primeiro é indutivo de baixa ou média
impedância, o segundo tem características capacitivas de alta impedância.
Estes sensores são bons para detectar a presença de objetos a curtas
distâncias sendo por isso usados em aplicações onde outros meios mais sujeitos
a interferência não funcionam bem. Isso acontece pois os ultra-sons,
diferentemente de luz e sinais elétricos, não são afetados por interferências
elétricas ou mesmo luz ambiente.
• Sensores Capacitivos
A capacitância de um capacitor (sensor) depende da distância entre duas
placas. Se uma delas for móvel, é possível associar à sua posição um valor de
capacitância que pode ser usado para processar informações sobre a distância
em que ela se encontra. Então, um sensor deste tipo pode ser elaborado
simplesmente mantendo-se uma armadura fica e prendendo-se a armadura
móvel ao objeto que se pretende sensoriar.
É possível sensoriar também o deslocamento deste objeto pela superfície
efetiva do capacitor que o sensor representa. Dessa maneira possível sensoriar
deslocamentos laterais de uma das armaduras do capacitor. Finalmente, tem-se
uma possibilidade interessante, que é aproveitada no sensoriamento de líquidos

36. 49
de um reservatório, onde o próprio nível do liquido representa a armadura móvel.
Conseqüentemente, tem-se um capacitor virtual, cuja armadura que se
movimenta é o próprio liquido ou meio cuja posição ou nível deve ser
sensoriado. Os sensores capacitivos encontram aplicações em alarmes,
sensores de posição, sensores de níveis de líquidos em reservatórios, etc.
• Sensores de Pressão
Há várias tecnologias que permitem a elaboração de sensores de pressão
para aplicações na indústria, eletrônica de consumo, eletrônica médica,
eletrônica embarcada, etc.
O ar externo pressiona o diafragma que vai ter uma posição que depende
do valor da pressão externa. A posição do diafragma é então sensoriada por um
dispositivo sensor de posição que pode ser uma bobina ou uma placa, caso em
que se usa um sensor capacitivo.
Uma deformação do material faz com que apareçam tensões elétricas
nas faces do material. Esta tensão pode ser amplificada de modo a fornecer
informações sobre a grandeza sensoriada. Com essa estrutura podem ser
obtidos sensores que sensoriam a pressão absoluta caso em que numa das
faces tem-se uma câmara de vácuo que serve de referência, ou com ar a uma
pressão de referência, ou ainda relativos, em que existem duas entradas de
pressão.
Neste caso, o dispositivo sensoria a diferença de pressão entre as duas
entradas, podendo assim indicar uma pressão relativa, por exemplo de uma
autoclave ou bomba de ar. Este tipo de sensor também pode ser usado no
sensoriamento do nível de líquidos em um reservatório.
Sensores modernos como estes também fazem uso de tecnologia
magneto-resistiva, onde um ímã cria um campo que atua sobre um padrão de
linhas que apresentam uma certa resistência. Uma deformação desta estrutura
faz com que a resistência elétrica apresentada se modifique, fornecendo desse
modo um sinal de saída a um circuito de monitoramento ou controle.
• Protetores de Surto
A causa mais freqüente da queima de equipamentos eletrônicos – como
computadores, placa eletrônica de controle por exemplo – é a sobretensão
causada por descargas atmosféricas ou manobras de circuito. Contudo, estes

37. 50
problemas estão com os dias contados. Os avanços da tecnologia já permitem a
implementação de uma proteção eficaz contra estes efeitos. Instalados nos
quadros de luz, os Dispositivos de Proteção contra surtos (DPS), são capazes
de evitar qualquer tipo de dano, descarregando para a terra os pulsos de alta-
tensão causados pelos raios. Utilizado para limitar as sobretensões e
descarregar os surtos de corrente originários de descargas atmosféricas nas
redes de energia. Os dispositivos são aplicados na proteção de equipamentos
conectados à redes de energia, informática, telecomunicações etc. Fixação
rápida por engate em trilho, atendendo ao sistema N - modular standard.
Principais Vantagens
 A mais completa e variada linha de DPS para aplicação em
sistemas de energia do mercado nacional;
 Fabricação local dos modelos mais vendidos, da classe II;
 Disponibilidade de modelos com bases mono (só classe II), bi, tri e
tetrapolares, porém com modulo de reposição individual;
 Produzidos com a mais moderna tecnologia disponível atualmente
no mundo, empregando componentes ativos (varistores e centelhadores) de
altíssima qualidade e procedência idônea (Epcos/Siemens);
 Ampla gama de acessórios para facilitar a montagem em conjunto
com outros componentes (barramentos para ligação com disjuntores e DR’s e
modulo de inversão de ligação);
 Sinergia completa com os demais produtos Siemens ET,
configurando-se no mais completo portfólio de produtos para instalações do
país, com forte posição de liderança em minidisjuntores e DR’s;
 Certificação Internacional KEMA (CENELEC).

38. 51
5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
O fluxograma a seguir mostra toda a metodologia do projeto.
Figura 20 – Fluxograma do PDCA
Fonte: Campos, (1996)
Esta metodologia fica melhor representada no tradicional desenho
esquemático do ciclo PDCA. O esquema mostra as quatro etapas básicas do
ciclo PDCA: P (PLAN) – Planejar: estabelecimento de plano com a definição de
objetivos, metas, estratégias e recursos. D (Do) – Desenvolver / Executar:
preparação (execução e treinamento) das pessoas para execução de tarefas
conforme previsto no plano e execução das mesmas, registrando-se dados que
permitam o controle do projeto. C (Check) – Checar / verificação dos resultados
da tarefa executada, comparando-os com o planejado. A (Action) – Agir para
corrigir ou melhorar ou prevenir: definição de ações para corrigir erros,
eliminando definitivamente as causas fundamentais e revisando procedimentos;
ou agir no sentido de melhorias, estabelecendo novas diretrizes. O PDCA trará a
organização de todo o andamento de projeto.

39. 52
5.1 Coleta de dados
A análise de documentos foi realizada no período inicial da pesquisa,
após a leitura de reclamações de clientes originadas de serviço de call center da
empresa abastecedora de água, bem como e-mails relatando problemas de
abastecimento do reservatório do Bairro Jorge Teixeira II.
A coleta de dados se deu no período de agosto-outubro/2012, período de
calor intenso e maior fluxo de reclamações dos usuários, onde verificou-se o
sistema atual e suas características de funcionamento.
Os instrumentos utilizados para análise foram tabelas e gráficos de leitura
bem como relatórios de desperdício de água, reclamações de clientes e pedidos
de manutenção ou substituição de bombas fornecidas pela companhia de água.
Após a leitura de documentos, foram extraídas as reclamações mais
freqüentes verificando-se o problema de maior incidência. Em seguida passou-
se a segunda etapa da pesquisa, a pesquisa de campo, que contou com visitas
no período crítico, verificação da estrutura de abastecimento e levantamento de
serviços realizados para solucionar o transbordamento do reservatório e
posterior falta de água para a comunidade.
As visitas oportunizaram uma melhor visão do espaço e condições de
serviços oferecidos, assim como suas deficiências.
Figura 16 - Estrutura Básica dos Reservatórios
Figura 21 – Modelo de reservatório
Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012

40. 53
5.2 Definições das estratégias.
Para realizarmos o projeto, levantaremos algumas metas para serem
realizadas.
Etapa I - Buscar e implementar dispositivos que realizem o acionamento
automático das estações de campo.
Etapa II - Estudar e implementar lógica de funcionamento do
equipamento, que deverá ser o gerente das estações de campo.
5.3. Conhecimentos Teóricos
Definido o trabalho de conclusão de curso, partimos para etapa de coleta
de informações em busca da identificação do problema e que nos desse
embasamento teórico do assunto a ser abordado.
Pesquisamos os assuntos referentes ao principio de funcionamento do
CLP (controlador lógico programável), sensores de nível, fonte de alimentação,
dispositivos de proteção e o controle de reservatórios que é a nossa idéia de
implantação.
Foi necessário pesquisar os assuntos em livros, na internet, manuais e
apostilas que nos desse uma orientação na estrutura teórica e de como montar a
estrutura de operação do CLP.
5.4. Materiais e métodos
Realizamos algumas pesquisas dos equipamentos que seriam viáveis a
serem utilizados na realização deste projeto, onde procuramos encaixar todos os
itens do projeto de automação, com menor custo e mais didático possível haja
vista que encontramos grande dificuldade para definirmos o tipo de CLP que
seria utilizado, pois não tínhamos conhecimento suficiente para definirmos qual
equipamento teria o melhor desempenho em nossa aplicação.

41. 54
Os equipamentos utilizados foram organizados no quadro demonstrativo
1, a quantidade necessária para a instalação, o preço individual de cada item e o
preço total do investimento a ser realizado na Elevatória.
Quadro 1 - Demonstrativo de Equipamentos
Fonte: Dados da empresa Manaus Ambiental
O material para a confecção foi adquirido com recursos próprios em lojas
especializadas da cidade Manaus. Sendo os componentes do painel: Protetores
de surto, contator auxiliar, Motor Elétrico, CLP Twido, módulo de expansão
analogico fonte de alimentação 24Vcc e inversor de freqüência.
Com base no levantamento dos preços dos equipamentos do protótipo,
percebe-se que o valor investido no projeto é práticável se considerar a
economia com o não-desperdício de água, locomoçào de mão-de-obra e
proporcionando maior qualidade no serviço e satisfação por parte dos clientes.
• Transmissor de Nível – Hidrostático
Este instrumento foi desenvolvido para medir continuamente e com
grande precisão o nível em tanques ou reservatórios contendo produtos líquidos.
Não apresenta qualquer parte móvel uma vez que seu princípio de operação é
totalmente baseado na medição da pressão exercida pela coluna de líquido que
fica acima do sensor. Um circuito eletrônico converte o sinal que vem do sensor
de pressão em corrente 4-20 mA. Por isto, pode ser utilizado em tanques com
presença de espuma, turbulência ou gases/vapores além de não ser afetado por
características do fluído que possam sofrer mudanças como viscosidade ou
constante dielétrica

42. 55
A versão pendular é composta somente por um sensor preso a um cabo,
sendo submerso até o fundo do tanque. Sua principal aplicação é a medição de
água, tanto em tanques ou reservatórios como em poços profundos, uma vez
que devido ao seu tamanho reduzido, permite ser introduzido através de bocais
de pequeno diâmetro.
Características:
 Não cotem partes móveis;
 As partes que serão molhadas são confeccionadas em aço inox e
PP (versão pendular) e Aço Inox cerâmica (versão lateral);
 Saída 4-20;
 Saída 4-20 mA a 2 fios;
 Não é afetado pela presença de espuma, turbulência ou
gases/vapores;
 Fácil instalação.
Aplicações
 Monitoramento contínuo do nível de tanques ou reservatórios;
 Líquidos como água, produtos químicos, entre outros;
 Medição do nível de poços profundos (versão pendular).
Dados Básicos para dimensionamento
 Tensão nominal do DPS: Uc;
 Sobretensões temporárias suportáveis TOV: Ur ;
 Nível de proteção de tensão: Up;
 Capacidade de descarga:
- DPS classe I - Iimp
- DPS classe II - In
- DPS classe III – Uoc
 Capacidade de descarga da corrente subsequente Ifi (classe I)
- Proteção de back-up
• CLP Twido

43. 56
O CLP utilizado na confecção do projeto foi Twido modelo
TWDLCAA40DRF – de médio porte, da marca Schneider, possuindo 24
entradas 24 VCC e 16 saídas a relé, permitindo até quatro módulos de
expansão. As entradas e saídas digitais constituem as ligações físicas do
Controlador com o mundo externo. Para muitos, são simples terminais de
conexão, mas para o Controlador elas representam um sistema que transforma
um sinal elétrico em um: estado lógico (0 ou 1),
O controlador Twido possui dois tipos de LEDs:
 os LEDs de estado de operação interna,
 os LEDs de entradas e saídas.
O CLP Twido pode ser equipado com um Relógio de Tempo Real
(opcional), possibilitando a utilização de instruções de gerenciamento de tempo
e assim operar as máquinas de acordo com um calendário.
A alimentação elétrica do equipamento é em 220Vca. Para obtenção do
sinal analógico, foi necessário acrescentar módulo de expansão TWDAMM3HT
com 2 entradas analógicas e 1 saída sendo:
 1 entrada analógica - ligação do transmissor de nível
 2 entrada analógica – ligação do transmissor de nível
 1 saída analógica – controle de rotação do inversor
A alimentação elétrica do módulo de expansão é realizada em 24Vcc.
• Motor Elétrico
Motor de indução trifásica, 6 pontas fechamento interno em delta com as
seguintes características:
 Marca: WEG
 Tensão: 220V
 Corrente: 2,1 A
 Potencia: 0,5CV
 Rotação: 1710 RPM
 Fator de Serviço:1.15
 Isolamento: B

44. 57
 Proteção: IP54
• Inversor de Frequência
Inversor utilizado marca WEG CFW-08 com características técnicas
abaixo:
 Fonte de alimentação: 200Vca a 240Vca (trifásica)
 Corrente: 7 A
 Potencia: 2,7 Kva
 Freqüência: 50/60Hz
5.5 Esquema Elétrico
De acordo com a idéia realizada no papel de como seriam o esquema
elétrico, optamos por utilizar o software paint, acessível a todos usuários,onde
nele demonstramos toda parte de ligação elétrica de cada módulo, como eles
estão ligados as entradas/saídas e circuito de potência.Conforme diagramas
abaixo:
Figura 22 – Diagrama de Comando do Protótipo.
Fonte: Empresa Manaus Ambiental, 2012

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Figura 23 - Diagrama de Funcionamento do CLP do Protótipo.
Fonte: Empresa Manaus Ambiental
5.6 Princípios de Funcionamento
Procedimento de operação e programação
Configurando o CLP
Configurando o Inversor de freqüência
Exemplo de lógica combinacional
O monitoramento do nível do reservatório será feito através de um
transmissor de nível hidrostático, alimentação a dois fios 24 Vcc e sinal de saída
de 4 a 20 mA.
O transmissor de nível envia um sinal de corrente 4 a 20 mA, proporcional
ao range do sensor.Este sinal de corrente é proporcional a pressão no nível

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dentro do reservatório e será enviada para a entrada analógica do CLP. Este irá
ler monitorar e interpretar, de acordo com os parâmetros determinados, o
momento em que deverá ligar e desligar o conjunto moto bomba.
Com base nessas informações, o controlador irá comparar o valor
desejado (SP) com o valor do processo (PV) e determina com base no set-point
de controle, o valor de correção na saída do controlador para que o valor do
processo (PV) se aproxime do valor desejado (SP), fornecendo sempre uma
determinada rotação, não permitindo assim que o reservatório fique seco. Esta
operação só é permitida, pois o CLP utilizado possui recurso de controle PID
(Proporcional Integral Derivativo).
5.7 Simulação
Através do TwidoSuite_V2. 0 é possível simular o funcionamento do
programa, como se o computador estivesse conectado ao PLC, monitorando
a execução do mesmo. Serão abordadas as seguintes situações.
Procedimento de operação e programação
Passo 1
A figura demonstra qual CLP será utilizado na aplicação