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JOÃO GABRIEL VIEIRA
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL COM CLP
Florianópolis 2010
JOÃO GABRIEL VIEIRA
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL COM CLP
Projeto apresentado ao Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial da Faculdade de Tecnologia SENAI Florianópolis como pré-requisito para realização do Trabalho de Conclusão de Curso (TCC). Orientador: Patrick da Silva
Florianópolis 2010
JOÃO GABRIEL VIEIRA
AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL COM CLP
Projeto apresentado ao Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial da Faculdade de Tecnologia SENAI Florianópolis e aprovado como pré-requisito para realização do Trabalho de Conclusão de Curso (TCC).
Florianópolis, 25 de junho de 2010.
Prof. Cristiano Oliveira Ferreira, Especialista (SENAI/SC) Coordenadora do Curso
Prof. Patrick da Silva, Especialista (SENAI/SC)
Orientador
Prof. Guilherme de Oliveira Camargo, Especialista (SENAI/SC) Examinador
Prof. Lucas M. Trichez, Especialista (SENAI/SC) Examinador
Dedico esse trabalho a todos os meus amigos e parentes que
tiveram paciência para me ajudar nos momentos mais difíceis desta
etapa.
5
Agradecimentos
Agradeço a Deus por poder completar mais uma etapa da minha vida!
Agradeço aos meus familiares e minha namorada que me apoiaram na realização
deste trabalho.
Agradeço aos professores Patrick da Silva, Cristiano Ferreira, Cleunisse Canto e aos
demais professores que tiveram paciência para me ajudar neste trabalho.
Agradeço aos meus amigos por poder compartilhar essa parte importante da minha
vida!
6
“A inteligência e o caráter é o objetivo da verdadeira
educação”. (Martin Luther King
Vieira, João Gabriel. AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL COM CLP SIEMENS. 2010. 53f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação Tecnológica) – Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial, Faculdade de Tecnologia SENAI/SC em Florianópolis, Florianópolis.
RESUMO
O tema do seguinte trabalho é automação residencial, que consiste em utilizar um CLP (Controlador Lógico Programável) para automatizar uma residência,trazendo benefícios de segurança, conforto e custos na implementação do projeto. No seguinte trabalho serão utilizados os equipamentos de automação industrial, mostrando que é possível utilizar diversos equipamentos para automatizar uma residência. Será mostrado como pode ser acessar uma residência remotamente via sistema supervisorio para observar o que está acontecendo no momento. Palavras-Chave: CLP, Automação, Residencial
Vieira, João Gabriel. AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL COM CLP SIEMENS. 2010. 53f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação Tecnológica) – Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial, Faculdade de Tecnologia SENAI/SC em Florianópolis, Florianópolis.
ABSTRACT
The theme of the next job is home automation, which consists of using a PLC (Programmable Logic Controller) to automate a residence with benefits of security, comfort and cost in project implementation. In the following work will be used in industrial automation equipment, showing that it is possible to use different equipment to automate a residence. It will show how a residence can be access remotely via a supervisory system to observe what is happening at the moment. Keywords: PLC, Automation, Residential
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CLP = Controlador Lógico Programável
IHM = Interface Homem Maquina
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Figura livro residencial (Fonte: Bozani, 2004)
Figura 2 – Automatizar sua casa (Fonte: Casa da Automação,2010)
Figura 3 – Controlador Lógico Programável SIMATIC S7-200 (Fonte: Siemens, 2010)
Figura 4 – Controlador Lógico Programável Nexto Altus(Fonte: Altus, 2011)
Figura 5 – Controlador Lógico Programável Moeller XC200(Fonte: Moeller, 2011)
Figura 6 – IHM Panasonic (Fonte: http://pewa.panasonic.com/automation-controls/hmi/gv/).
Figura 7 – Simatic TP 177 (Fonte:Siemens, 2009).
Figura 8 – IHM Rucken (Fonte: http://www.rucken.com.br/ihm.php).
Figura 9 – Sensor Fotoeletrico (Rafael, 2006).
Figura 10 – Lâmpada de Halogênio com refletor incorporado (TECI, 2005).
Figura 11 – Programa S7200 (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 12 – Tela IHM 1 (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 13 – Tela IHM 2 (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 14 – Tela IHM 3 (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 15 – Tela IHM 4 (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 16 – Tela IHM 5 (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 17 – Tela IHM 6 (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 18 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 19 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 20 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 21 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 22 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
11
Figura 23 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 24 –Placa de Relés (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 25 –Maquete (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 26 –Demonstração sistema de ventilação e persiana (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 27 – IHM e CLP (Fonte:Do Autor, 2010).
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Lista de Tabelas
Tabela 1 – Cronograma (Fonte:Do Autor, 2010).
Tabela 2 –Custo do projeto (Fonte:Do Autor, 2010).
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 14 1.1 OBJETIVOS .......................................................................................................... 15 1.1.1 Objetivo geral ...................................................................................................... 15 1.1.2 Objetivos específicos ............................................................................................ 15 1.2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 16 2 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................... 17 2.1 HISTORIA DA AUTOMAÇÃO .............................................................................. 17 2.2 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL ............................................................................. 18 2.3 HISTORIA DO CLP ............................................................................................... 20 2.4 CLP ...................................................................................................................... 22 2.5 IHM ...................................................................................................................... 25 2.6 SENSORES ........................................................................................................... 27 2.7 SISTEMA SUPERVISÓRIO ................................................................................... 29 2.8 ILUMINAÇÃO ....................................................................................................... 30 3 METODOLOGIA ..................................................................................................... 32 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO OBTIDOS ................................................................ 39 5 CONCLUSÃO ......................................................................................................... 49 6 TRABALHOS FUTUROS ....................................................................................... 50 REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 51
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1 INTRODUÇÃO
Para o trabalho de conclusão de curso, foi proposto fazer automação residencial
utilizando o Controlador Lógico Programável (CLP) com uma interface em Interface Homem
Maquina (IHM) e outra em sistema supervisório, de modo que o mesmo possa ser observado
através da internet.
A programação do CLP será feita em ladder (lógica de contatos) e acionará lâmpadas,
sistema de ventilação e cortinas juntamente com a IHM que fará a parte gráfica do sistema
com o sistema supervisório.
O trabalho proposto para a conclusão do TCC está vinculado ao tema maior do Curso
que é Automação Industrial, tendo como principal matéria o estudo sobre CLP e sistema
supervisório, com foco em automação residencial.
A Automação residencial veio logo depois da automação industrial na década de 80,
quando os donos das grandes indústrias queriam de implantar os mesmos sistemas de
automação, acionamento de lâmpadas, ventilação forçada, vistos em grande fabricas nas suas
residências.
O motivo que levou a elaboração deste trabalho de conclusão de curso foi que
gostaria de aprender mais profundamente sobre automação residencial, e por ser uma área que
esta em grande crescimento tanto no Brasil como no mundo.
O problema da pesquisa está em desenvolver um sistema que controle uma casa com
mais segurança e conforto para as pessoas, interligando sistemas diferentes.
O referente TCC seguirá os seguintes passos:
- Busca de material de apoio
- Construção de uma referencia bibliográfica
- Elaboração de um protótipo
- Testes com um protótipo em escala
15
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Fazer a automação dos sistemas de iluminação, ventilação e persianas de uma
residência através de CLP, fazendo o gerenciamento da mesma via IHM e sistema
supervisório.
1.1.2 Objetivos específicos
a) Demonstrar como fazer uma automação residencial sem utilizar sistemas
específicos para o mesmo.
b) Apresentar os sistemas utilizados neste projeto como proposta para um modelo de
automação residencial.
c) Pesquisar o melhor modelo de CLP para automação residencial.
d) Pesquisar sobre automação residencial.
e) Pesquisar sobre as interfaces homem maquina.
f) Demonstrar como funciona um supervisorio de iluminação, ventilação e persianas
de uma residência com o software Elipse Scada.
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1.2 JUSTIFICATIVA
Não houve dúvidas na hora da escolha do tema pelo motivo que automação residencial
é um tema novo, e existe muita diversidade no mercado, mas muitos projetos ainda não foram
colocados em prática.
Uma automação residencial utilizando um sistema supervisório para acesso remoto,
não é muito comum de encontrar, pois a maioria delas foca somente no interior da casa,
objetivando conforto para as pessoas que nela residem. A presente proposta, foca mais em
acesso remoto e ter um custo mais acessível para automação residencial. O sistema
supervisório que será implantado neste projeto é o elipse escada, nele há a possibilidade de
fazer acesso remoto possibilitando que a pessoa, sem estar no local, possa fazer “alterações”
na casa.O sistema supervisório é responsável pela interface que comunica o homem e a
maquina, através de um computador ligado à internet.
O CLP utilizado neste projeto é de uso industrial, pouco utilizado na área residencial.
Desta forma, será um desafio implementá-lo em residências, o que justifica o
desenvolvimento desta pesquisa. O CLP que será utilizado neste projeto será o Siemens S7-
200 que não é feito especificamente para automação residencial, seus diferenciais são o seu
tamanho, número de entradas e saídas e tipos de protocolos de comunicação que ele pode
trabalhar.
A importância desse trabalho é que trará um novo modo de fazer automação
residencial, com isso podendo ajudar pessoas que tem vontade de ter sua casa automatizada e
não querem ter um custo elevado para fazer o projeto.
Outro fato importante deste trabalho é que será integrado diversos equipamentos e
softwares que serão utilizados para trazer mais conforto as pessoas, são eles CLP, IHM,
Supervisorio elaborado no software Elipse Scada.
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2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 HISTORIA DA AUTOMAÇÃO
De acordo com Teza (2002) a automação já vem dos primórdios da humanidade, desde
que o ser humano faça algo que o auxilie. A automação em si começou juntamente com a
revolução industrial que modificou bastante o cenário da indústria, do comercio, entre outros
setores do mercado.
De acordo com Morais (2001) a palavra automação veio do marketing das grandes
industrias da década de 1960, que buscava a participação de computadores no controle da
industria.
Um sistema de automação se aplica em uma implantação de sistemas interligados por
diferentes redes de comunicação, entre eles sistemas supervisórios e IHMs que possibilitam
ao operador do sistema uma fácil analise do mesmo.
De acordo com Teza (2005) a Revolução industrial do século XVIII ajudou ainda mais
a alavancar a automação industrial no mundo, a partir desta data a mecanização dos processos
ficou maior.
Com a consolidação da automação industrial o comercio foi contemplando ainda mais
a automação, tendo em vista que esta ainda está em grande evolução até hoje.
18
O surgimento da automação industrial se deu pelo motivo que as empresas queriam
cortar os gastos com funcionários, e ter uma fabrica operando dia e noite sem parar, passando
assim a produzir mais, vender mais e obter mais lucro.
2.2 AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL
De acordo com Teza (2002) a automação residencial começou um pouco depois da
automação industrial pelo motivo que as pessoas queriam investimentos que pudessem ter um
retorno mais rápido. No Brasil aconteceu a mesma coisa, primeiro a automação industrial e
comercial para depois os outros tipos de automação.
Nos EUA a automação residencial é bem maior, são aproximadamente 5 milhões de
casas automatizadas em um mercado que esta crescendo bastante com números de US$ 1.6
bilhão de dólares em 1998 para US$ 3.2 bilhão de dólares em 2002. No Brasil o numero de
casas ainda é pouco, mais com o passar do tempo já temos 2 milhões de casas automatizadas
gerando uma receita de US$ 100 milhões somente no estado de São Paulo (TEZA, 2002).
De acordo com Bolzani (2004) as tecnologias dos escritórios estão migrando para as
residências, todas as tecnologias novas trazem palavras como: automação residencial,
domótica, casa inteligente, etc., mas todas essas palavras são resumidas em uma, só para as
pessoas, conforto.
A automação residencial veio para facilitar a vida das pessoas, unindo todos os
equipamentos necessários, para ela colocando em um só controle, com isto facilitando as
tarefas diárias de uma casa e também a hora do lazer.
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Atualmente a automação de uma residência ainda é muito cara. Para que uma pessoa
ter um conforto em conjunto com uma tecnologia avançada é preciso ter um bom recurso
disponível.
A definição de automação residencial, de acordo com Bolzani (2004), esta voltada
para a união de todas as tecnologias em uma única rede, facilitando a comunicação entre os
equipamentos e a vida das pessoas.
Na FIG. 1 é possível visualizarmos todos os equipamentos de automação residencial
em uma só rede de comunicação, conforme mostra o Bozani (2004) em seu livro “Residências
Inteligentes”.
Figura 1 - Figura livro residencial (Fonte: Bozani, 2004)
Bolzani (2004) destaca que a automação residencial é uma ramificação da automação
industrial, que através do tempo foram criados sistemas dedicados para lugares que dispõem
de espaço e tem uma lógica complicada de funcionamento e sistemas para lugares que não
possuem tanto espaço mas possuem uma rede muito abrangente de equipamentos.
Existem diversos sistemas de automação residencial (FIG. 2) hoje no mercado, para
controlar sistemas de segurança, home theater, eletrodomésticos, e todos eles podem ser
20
controlados por apenas uma IHM, controle remoto ou por comando de voz, podendo também
ter um acesso remoto simulando uma pessoa interagindo dentro de casa.
Figura 2 – Automatizar sua casa (Fonte: Casa da Automação,2010)
2.3 HISTORIA DO CLP
De acordo com Alieve (2008), até o final da década de 60 painéis de relés e contatores
dominavam as linhas de manufatura controlando suas operações. Eram painéis grandes e com
custos elevados, onde qualquer alteração de suas funcionalidades ou objetivos principais, por
eles desempenhado, era um desafio, além de demandarem muito tempo e dinheiro.
Diante desse cenário, objetivando eliminar essas desvantagens, em 1968, sob a
liderança do engenheiro Richard Morley a GM definiu várias especificações para o
desenvolvimento do primeiro controlador programável, entre elas: facilidade de programação
e reprogramação; facilidade de manutenção e reparos, preferencialmente com módulos plug-
21
ins; capacidade de operação em ambientes industriais; com dimensões menores que o
equivalente em relé; possuísse capacidade de comunicação com um sistema central de dados e
que tivessem um custo competitivo frente os painéis de relé e contadores (PETROVCIC,
2007).
Após o desenvolvimento do primeiro CLP para a GM, baseado em componentes
discretos, em 1971, começaram as primeiras aplicações fora da indústria automobilística. Em
1975 houve a introdução do controlador analógico nos CLPs e em 1977 a implementação do
CLP com microprocessadores em lugar de componentes discretos. De 1978 em diante, CLPs
ganham larga aceitação na indústria (NATALE, 2003).
De acordo com Morais (2001) o CLP é um dispositivo digital que controla um devido
processo e utiliza uma memória do próprio equipamento para armazenar instruções e funções
designadas como:energização e desernegização do sistema, temporizar, operações
matemáticas entre outras funções.
O CLP pode automatizar diversos sistemas podendo facilmente substituir o homem,
tendo assim mais precisão, confiabilidade, custo e rapidez em todo o sistema.
De acordo com Barbosa (2008) o CLP consiste dos seguintes módulos: Módulo de
entrada, CPU e Módulo de saída.
Módulo de entrada: São sinais que o CLP recebe do meio externo, que podem ser
originados do próprio processo ou do operador do sistema.Esses sinais podem ser gerados por
sensores, botões, entre outros.
Módulo de saída: São equipamentos ou dispositivos que o CLP controla através de
cada saída, as intervenções podem ir direto ao equipamento ou ativar uma sinalização em um
sistema supervisorio ou IHM do operador.Alguns exemplos de dispositivos podem ser
22
lâmpadas, ventiladores, persianas entre outros. O CLP S7 200 possui suas saídas a transistor.
2.4 CLP
De acordo com Siemens1, o CLP S7 200 é um CLP de alta performance, que por seu
tamanho é utilizado em projetos críticos que tem pouco espaço. É um CLP modular que pode
ser montado de acordo com o que for necessário para o projeto, possui módulos de entradas e
saídas, ethernet, entre outros. Este CLP possui fácil comunicação com o painel SIMATIC
HMI, podendo utilizar uma IHM da própria Siemens facilitando a programação e também a
comunicação dos equipamentos. A programação do CLP se da através do software STEP 7
MICRO/WIN, toda a linguagem de programação é em Ladder (FIG. 3).
Figura 3 – Controlador Lógico Programável SIMATIC S7-200 (Fonte: Siemens, 2010)
De acordo com Barbosa (2008) a linha de CLPs S7-200 são pequenos e compactos e
podem ter módulos de expansão para oferecer mais atributos ao equipamento.
O CLP S7-200 compreende uma CPU, uma fonte de entradas e saídas em um
equipamento bastante reduzido, este CLP funciona da seguinte maneira:
23
- a CPU executa a programação feita no software Simatic;
- as expansões de comunicação, são responsáveis pela integração com outros
equipamentos via protocolo de comunicação.
De acordo com Altus, a serie Nexto é um CLP robusto que pode ser utilizado em
grandes processos industriais, aonde requer uma alta performance de uma linha de produção.
Os controladores lógicos programáveis possuem uma arquitetura aberta de alto
desempenho que permite que o usuário faça integrações com os tradicionais sistemas de
supervisorios.
Figura 4 – Controlador Lógico Programável Nexto Altus(Fonte: Altus, 2011)
1 SIEMENS. Disponível em: http://www.siemens.com.br/templates/produto, acesso em 21/11/2010
24
De acordo com Moeller, os CLPs Xcotrol XC200, diversas interfaces para
comunicação, e fácil integração com outros equipamentos.
O XC200 possui 8 entradas e 6 saídas digitais na própria CPU, pode ser expandida em
até 15 módulos tendo 240 entradas e saídas, possui o programa XSOFT para programação do
mesmo e também parametrização, e desenvolvimento de pequenos supervisorios.
Figura 5 – Controlador Lógico Programável Moeller XC200(Fonte: Moeller, 2011)
25
2.5 IHM
Existem diversos tipos de IHM no mercado entre elas, gráficas, coloridas, preto e
branco, com monitor pequeno ou grande, somente 2 linhas e 16 colunas. Com isso diversos
fabricantes possuem esta linha de equipamentos.
A Panasonic possui uma linha grande de IHM gráfica, que possui uma alta resolução e
qualidade em suas visualizações. Porem existe poucas empresas que utilizam este material no
Brasil, essa marca possui seus maiores compradores no EUA e Europa.
Figura 6 – IHM Panasonic (Fonte: http://pewa.panasonic.com/automation-controls/hmi/gv/).
A IHM SIMATIC TOUCH (SIEMENS2) é um painel touch screen que possibilita
você fazer alterações no programa do CLP, modificar instruções e poder ter um controle
2 SIEMENS. Disponível em: http://www.siemens.com.br/templates/produto, acesso em 21/11/2010
26
maior de todo o seu processo. A programação da IHM é através do STEP 7 que possibilita
uma conectividade com os produtos da Siemens mais fácil, pois o programa é o mesmo e
facilita se as marcas forem iguais (FIG. 5).
Figura 7 – Simatic TP 177 (Fonte:Siemens, 2009).
De acordo com Barbosa (2008) como forma de trazer maior flexibilidade para os
sistemas de automação as IHMs vem se inserindo no mercado cada dia com mais força,
alguns dos ramos de utilização desse equipamento são: automações industriais, comerciais e
residenciais podendo assim controlar uma residência completa.
Barbosa (2008) cita que as IHMs vieram para substituir painéis com diversas sinaleiras
e para que os operadores do sistema não permanecessem muito tempo em locais
insalubres.Com isso podemos ter um sistema com menos erros e mais precisão.
Existe um fabricante de IHM gráficas e de linhas brasileiro chamado Rucken Precisão
e controle. Esta empresa possui IHM principalmente para sistemas hidráulicos e pneumáticos
mais podem ser utilizadas em uma automação residencial.
27
Figura 8 – IHM Rucken (Fonte: http://www.rucken.com.br/ihm.php).
2.6 SENSORES
De acordo com Alievi (2008) um sensor é um dispositivo que recebe um estimulo. O
sensor muitas vezes é composto de um transdutor que transforma esse sinal em um sinal
elétrico, o mesmo pode fazer leituras de temperaturas, detecção de objetos e mostrar um valor
para o homem através de um computador, IHM entre outros.
De acordo com Bolzani (2004), sensores na automação residencial são utilizados para
inúmeras grandezas físicas ou eventos, simplesmente passando a informação para um
controlador para que o mesmo saiba se a ordem foi executada ou não.
Os sensores mandam impulsos elétricos para o controlador para que o mesmo os
reconheça. Os mesmos precisam estar bem posicionados, pois o mau posicionamento pode
acarretar em repasse das informações de forma errônea para o controlador. Hoje em dia um
sistema que utilize sensores deve ser bastante seguro para as pessoas que os utilizam,
pensando em todas as possibilidades de um mau funcionamento do sistema.
28
Bolzani (2004) ressalta que o melhor sensor de luminosidade é o LDR Light
Dependent Resistor (LDR) que funciona apenas com a intensidade de luz sobre ele e possui
um custo bem baixo.
Para o sensor de temperatura pode ser utilizado um sensor analógico que através dele
pode se medir a temperatura do ambiente de acordo com a mudança de tensão.
De acordo com COEL (1999) os sensores indutivos e capacitivos foram desenvolvidos
para atender as novas necessidades das industrias, onde era necessário alta velocidade e
confiabilidade.
Tendo uma grande tecnologia envolvida para elaboração desses sensores, os mesmos
podem trabalhar em ambientes severos como imersos na água.
O funcionamento do sensor indutivo é o seguinte, um campo magnético é formado na
parte frontal do sensor, assim que um corpo metálico é aproximado parte do campo é
absorvido e provoca a comutação de sinal.
De acordo com Rafael (2006), o sensor de luz funciona quando componentes alteram a
corrente de acordo com a quantidade de luz que chega no sensor, é utilizado uma lente neste
sensor para aumentar o campo de visão podendo assim receber mais luminosidade.
Figura 9 – Sensor Fotoeletrico (intereng, 2011).
29
O principio de funcionamento do sensor fotoelétrico é o seguinte, é detectado a
mudança na quantidade de luz que é refletida ou bloqueada pelo objeto que tem de ser
detectado. Existem sensores fotoelétricos que são sensíveis a certos comprimentos de ondas,
estes são sensores que possuem uma eficiência maior. Caso o sensor detecte algo, uma saída é
comutada para enviar a informação.
Sensores são utilizados na medicina, na industria e na robótica entre outra aplicações.
2.7 SISTEMA SUPERVISÓRIO
O termo SCADA, segundo Vianna (2008), se refere a um sistema de controle e
aquisição de dados composto de um ou vários computadores que podem, entre eles, somente
ver ou modificar alguns parâmetros.
O objetivo de um sistema supervisório é propiciar uma interface homem máquina de
alto nível que em tempo real estará mostrando tudo que acontece no processo. É um sistema
diferenciado que pode ter um acesso remoto através de uma página na internet, propiciando ao
operador somente observar a sua operação ou fazer modificações no sistema supervisório,
bem como no processo em si, modificando parâmetros no próprio supervisório.
A comunicação deste sistema supervisório pode ser através de porta ethernet ligada em
um computador central que fica conectado na mesma rede do CLP para que possam se
comunicar com mais facilidade.
30
De acordo com Silva (2005) um sistema supervisorio permite que informações de uma
planta industrial, residencial ou comercial possam ser monitoradas, estas informações são
adquiridas através de equipamentos como CLP, que recebem os dados manipulam e em
seguida são mostrados para o usuário.
Um sistema supervisorio é basicamente um software que pode ser programado para
receber informações de equipamentos de aquisição de dados. Os softwares para elaboração de
um sistema supervisorio mais conhecidos são: ScadaBR, Elipse Scada, Elipse E3.
2.8 ILUMINAÇÃO
Toda a iluminação de uma residência pode ser controlada, além de um único
interruptor podemos criar ambientes ideais para certos lugares como home theater, sala de
jantar, sala de estar etc. (BOLZANI, 2004).
Podemos utilizar a iluminação como forma de segurança para a residência, acendendo,
por exemplo, as luzes automaticamente através de sensores crepusculares ou de acesso remoto
à residência. É possível, ainda, acender somente as luzes que forem selecionadas pela a
pessoa, ficando como um critério de escolha do proprietário.
Outro fator importante é a economia de energia que poderá ser gerada, pois o
gerenciamento de de ambientes se controlados juntamente com o ajuste eletrônico das
percianas permitem criar uma luminosidade ideal não colocando toda a potência das luzes em
lugares desnecessários.
De acordo com TECI (2005) existe diversos tipo de lâmpadas, primeiramente elas
podem ser classificadas como, incandescente, descarga, ou indução.
As lâmpadas incandescentes podem derivar diversos modelos com as lâmpadas
31
incandescentes normais, as de halogênio e as refletoras, todas elas possuindo filamentos para
sua geração de luminosidade.
A lâmpadas mais utilizadas em automações residenciais são as lâmpadas de halogênio
com refletor incorporado, porque são mais baratas e gastam pouca energia.
Figura 10 – Lâmpada de Halogênio com refletor incorporado (TECI, 2005).
De acordo com Teci (2005) por volta de 1960 foi elaborado um processo para evitar o
enegrecimento da ampola da lâmpada, com a adição de um halogênio ao gás da lâmpada.
Com todos os componentes a lâmpada de halogênio regenerativo evita o escurecimento da
lâmpada.
Para manter o halogênio, o invólucro da lâmpada é feito de cristal de quartzo, que é
resistente a grandes temperaturas. O grande motivo da utilização destas lâmpadas em
residências é pelo seu tamanho.
As lâmpadas de halogênio podem possuir uma vida útil de até 4000 horas para um
rendimento de 25w, essas lâmpadas devem ser manuseadas pelos extremos para não afetar a
ampola de quartzo.
32
3 METODOLOGIA
Este trabalho conta com o desenvolvimento de um sistema de gerenciamento, tendo
como resultado um produto ou um processo caracterizando-se, portanto, como uma pesquisa
experimental.
Do ponto de vista dos procedimentos aos quais se propõe desenvolver, é uma pesquisa
exploratória. De acordo com Silva (2001), uma pesquisa exploratória permite que nós
tenhamos mais conhecimento sobre o problema para torná-lo mais fácil.
Segundo os objetivos aos quais se propõe desenvolver, esta é uma pesquisa
experimental pois de acordo com Marconi e Lakatos (2005) uma pesquisa experimental
consiste em uma investigação sobre o principal objetivo e testes das pesquisas relacionadas
que dizem a respeito.
Existes vantagens e desvantagens sobre um pesquisa experimental, as vantagens são:
muitas informações sobre determinado assunto que podem ter diferentes analises e pesquisas,
facilidade na procura de uma amostra do resultado a ser obtido.
Desvantagens: Não há muito controle sobre a coleta dos dados referentes a pesquisa,o
numero grande de resposta sobre o determinado assunto que podem estar falsos.
33
3.1 MÉTODO DE DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
Este projeto é um pré-requisito como Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) do
Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial da Faculdade de Tecnologia do
SENAI (Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial) Florianópolis. Para a sua
implementação utilizaremos alguns conhecimentos adquiridos ao longo do curso,
principalmente em programação de CLP, programação IHM, eletrônica, elétrica industrial,
entre outros.
Para a elaboração deste projeto será utilizado um CLP S7-200 da marca Siemens para
a elaboração do programa que fará a automação da residência, o programa elipse para o
sistema supervisório e o programa da Siemens para a IHM.
Este CLP foi escolhido pois tem uma interface amigável de configuração, e possui
diversos equipamentos que podem se integrar a ele, outro ponto forte deste equipamento é o
numero de entradas e saídas no bloco da CPU.
Para o programa no CLP será utilizado a linguagem ladder que é lógica de contatos,
está linguagem é a melhor para o desenvolvimento deste projeto. O programa em ladder vai
controlar alguns relés para fazer a abertura e fechamento das cortinas, ligar as lâmpadas e
controlar a ventilação da casa.
Foi utilizado um sistema de ventilação, pois um dos focos deste projeto é fazer a
automação residencial ficar mais viável, prevendo que a sua utilização ao invés de
climatização, barateando o custo do trabalho.
O programa supervisório foi desenvolvido no programa Elipse, pois o mesmo terá uma
34
interface na internet para que a pessoa que ali reside possa interferir em qualquer local da
casa através de um acesso remoto, como por exemplo, ligar ou apagar a luz, verificar se a
ventilação esta ligada, entre outras funcionalidades.
Na tela inicial do supervisório pretende-se que o sistema requisite um login e uma
senha para o acesso a casa, além de apresentar, na tela seguinte, uma planta baixa da casa com
todos os sistemas de luz, cortinas e ventilação desenhados nos seus respectivos locais.
Somente após isso a pessoa terá acesso total a casa.
Para a IHM será utilizado o programa da Siemens, que foi elaborado nos mesmos
moldes do sistema supervisório, mas sem requisição de login e senha. A IHM ficará disposta
na casa para que as pessoas possam ver o que está acontecendo. A escolha desta IHM foi feita
pelo mesmo motivo do CLP, fácil integração com outros equipamentos e por se tratar da
mesma marca do CLP.
Para a pesquisa foi necessário buscar novos conhecimentos por meio da internet, bem
como em materiais científicos da área, apesar de utilizar como base uma apostila do curso de
automação residencial da Tecnoponta (São Paulo).
Para o desenvolvimento deste projeto será utilizado CLP e relés em conjunto, bem
como as instruções de como ligar os respectivos relés. No entanto, a implementação dar-se-á
por meio da automação residencial, conforme é a proposta deste projeto.
O acionamento das lâmpadas, do ventilador e da persiana foi feito com os relés que
eram acionados pelo CLP através de sua saída. Foi utilizado relés neste sistema pois os
equipamentos possuíam diversos tipos de tensão. Não foi utilizado nenhum tipo de
inteligência na placa de relés, pois ela é controlada pelo CLP.
A comunicação entre o CLP e a IHM foi feita através da rede MPI, está ligação é feita
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direto entre o CLP e a IHM sem nenhuma interferência externa, para inserir o programa da
IHM é necessário utilizar a rede Ethernet, que através de um IP configurado no programa que
foi elaborado o projeto é enviado pela rede para a IHM.
Para enviar o programa para o CLP é muito parecido com a IHM, foi preciso utilizar
um ponto de rede no CLP com um endereço IP, este endereço é configurado no programa que
elabora o projeto, depois de feita a comunicação com o CLP o programa pode ser transferido
e acessado via endereço IP.
A programação do CLP foi elaborada no próprio software proprietário do CLP,
Simatic, através deste foi possível elaborar um programa para o CLP com a linguagem de
programação ladder.
A programação da IHM foi elaborada também no software proprietário da IHM,
Simatic, com ele foi possível criar as telas e fazer a programação dos botões, que se
comunicando com o CLP iram interagir com a residência.
O desenvolvimento do sistema supervisorio foi elaborado pelo software Elipse Scada,
através deste software pode-se criar telas para interagir com o CLP. A comunicação do
sistema supervisorio com o CLP é feita pela rede Ethernet, através da configuração do IP do
CLP no programa Elipse pode-se interagir com o mesmo, acionado suas entradas e saídas.
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3.2 MATERIAS NECESSÁRIOS
Para desenvolver este projeto vão ser necessários os seguintes equipamentos nas
seguintes etapas:
Para elaboração da revisão literária foi utilizado os seguintes itens:
- Computador com acesso a internet;
- Livros da biblioteca;
- Manuais dos equipamentos utilizados .
Para elaboração da parte de programação foi utilizado os seguintes itens:
- computador com programa Simatic Manager para configuração do CLP e da IHM,
e elipse scada para programação do supervisório.
Para elaboração da parte de protótipo, foi utilizado os seguintes itens:
- CLP S7 200 Siemens;
- IHM Simatic Touch Panel Siemens;
- relé 220V com bobina 24Vcc;
- placa universal;
- borne para ficção de fio;
- Estação de solda;
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- Fios para conexão dos bornes aos relés.
3.3 COLETA DE DADOS
Para os resultados obtidos com do projeto conseguimos uma diminuição do custo da
automação residencial, que será demonstrada através de uma tabela com o comparativo entre
uma automação utilizada normalmente em residências e a automação desta pesquisa.
Para a coleta de dados sobre automação residencial foi utilizado livros sobre o assunto,
sobre automação industrial que foi o que iniciou toda esta revolução que temos hoje em dia,a
internet ajudou bastante pois com ela pude observar outros trabalhos que tinha o mesmo
assunto ou relacionados e retirar deles idéias para implementar no projeto.
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3.4 PASSOS DA PESQUISA: CRONOGRAMA
O desenvolvimento deste projeto seguiu o quadro abaixo, que apresenta o cronograma
para a conclusão de todas as etapas desta pesquisa.
Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro
Pesquisa X
Apresentação pré-projeto X
Desenvolvimento X X X X
Escrita do documento X X X
Apresentação TCC Final X
Tabela 1 – Cronograma (Fonte:Do Autor, 2010).
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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO OBTIDOS
No seguinte trabalho os resultados foram obtidos foram esperados, a parte pratica do
projeto funcionou muito bem, a relação do CLP com os relés foi boa, mesmo passando pelo
relé uma tensão muito maior do que a do CLP não ouve qualquer mau contato ou interferência
no sistema.Abaixo segue modelo da programação do CLP:
Figura 11 – Programa S7200 (Fonte:Do Autor, 2010).
A imagem acima mostra a programação que foi elaborada na linguagem ladder, nesta
parte do projeto mostra como foi elaborado o programa para acionamento dos relés para ligar
as lâmpadas 220V.
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O que diz a respeito da IHM ela esta bem programada com telas separadas para cada
ambiente com todos os botões de acionamento e desligamento de cada equipamento,abaixo
segue todas as telas da IHM:
Figura 12 – Tela IHM 1 (Fonte:Do Autor, 2010).
Na tela 1 pode se observar o nome do sistema e o botão para inicializar os comandos.
Figura 13 – Tela IHM 2 (Fonte:Do Autor, 2010).
Na tela 2 existe todos os botões que dão acesso a residência são eles o quarto, o
banheiro, a cozinha e a sala que será demonstrada de forma pratica.
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Figura 14 – Tela IHM 3 (Fonte:Do Autor, 2010).
Na tela 3 pode se observar o nome do local escolhido e os botões de acionamento e
desligamento dos equipamentos no caso da tela 3 será a cozinha que contempla 2 (dois)
lâmpadas e 1 (um) ventilação.
Figura 15 – Tela IHM 4 (Fonte:Do Autor, 2010).
Na tela 4 podemos observar o nome do local no caso banheiro, escolhido juntamente
com os botões de acionamento, neste cômodo existe 1 (um) lâmpada e 1 (um) ventilação que
no caso seria um exaustor.
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Figura 16 – Tela IHM 5 (Fonte:Do Autor, 2010).
Na tela 5 pode se observar o cômodo da sala que será demonstrado de forma pratica,
na IHM deste cômodo existe 2 (dois) lâmpadas, 1 (um) ventilação e 1 (um) persiana .
Figura 17 – Tela IHM 6 (Fonte:Do Autor, 2010).
Na tela 6 a ultima tela da IHM pode se observar o cômodo quarto, nele podemos
acionar e desligar 1 (um) lâmpada 1 (um) persiana e 1 (um) ventilação.
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O sistema supervisorio é muito parecido com a IHM nele podemos fazer o acesso
remoto da residência para observar oque esta sendo feito e o que esta acionado no
momento.Abaixo segue as telas do sistema supervisorio:
Figura 18 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 19 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
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Figura 20 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 21 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
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Figura 22 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 23 – Tela Supervisorio (Fonte:Do Autor, 2010).
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Com relação ao cronograma elaborado no começo do ano, ele foi seguido e esta tudo
nas datas corretas, prevendo que a parte escrita do referente trabalho seja elaborada até o final
de novembro.A única parte que saiu um pouco do cronograma foi o desenvolvimento pois
necessitava de matérias de sala de aula.
Para interação do CLP com as lâmpadas, ventiladores e persianas foi utilizado uma
placa com alguns relés de acionamento com contato fechado e aberto. Essa placa foi
elaborada pois é necessário alimentar as lâmpadas com 220V e com a saída do CLP é somente
24Vcc não seria possível.Abaixo segue (Fig.14) placa de reles.
Figura 24 –Placa de Relés (Fonte:Do Autor, 2010).
Como o objetivo do trabalho é reduzir os custos de uma automação residencial, tomei
como base alguns preços referencias para poder elaborar a tabela de custo do projeto.
Quantidade Item Custo 1 CLP CPU 224 R$:835,00 1 IHM TP177A R$:2902,00 5 Relé 24Vcc R$:10,00
1 Placa Universal R$:10,00
10 Terminais R$:10,00
Tabela 2 –Custo do projeto (Fonte:Do Autor, 2010).
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Foi elaborado um comparativo de um sistema de automação residencial que é vendido
hoje em dia e o sistema de automação residencial que foi elaborado neste trabalho. Um
sistema de automação residencial é ofertado hoje em dia por R$ 30.000,00 nele contempla
toda a fiação para equipamentos básicos como lâmpadas, ventilação e persianas. O sistema de
automação residencial que foi proposto se for implementado em uma residência custa R$
10.000,00 neste sistema contempla toda a fiação, o CLP para fazer o controle das
funcionalidades básicas de uma residência e a IHM para fazer a interface com os moradores.
Figura 25 –Maquete (Fonte:Do Autor, 2010).
As seguintes figuras mostram a maquete que foi desenvolvida para demonstrar o
funcionamento do sistema elaborado.
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Figura 26 –Demonstração sistema de ventilação e persiana (Fonte:Do Autor, 2010).
Figura 27 – IHM e CLP (Fonte:Do Autor, 2010).
A seguinte figura mostra a IHM e o CLP utilizado para elaboração do sistema de
automação residencial.
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5 CONCLUSÃO
A conclusão que pude chegar com este trabalho é ver que é possível fazer automação
residencial com equipamentos de automação industrial, e que é possível sim diminuir o custo
de uma automação residencial.
A automação residencial hoje no Brasil é muito pequena, existe poucas residências
que possuem grandes sistemas de automação, por isso o objetivo deste trabalho foi alcançado
que era baratear o custo de uma automação residencial.
Foi Concluido que a automação residencial é um grande ramo da automação
industrial, e tem um grande futuro no Brasil e no mundo, possibilitando a interação das
pessoas com a tecnologia.
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6 TRABALHOS FUTUROS
Como idéias para trabalhos futuros um deles é a itegração com a internet do sistema
supervisorio, para que possa ser acessado remotamente pelo usuário.
Outro ponto importante que pode ser utilizado é o sistema de IR para comunicação
com os equipamentos residenciais, que consiste em fazer a comunicação das televisões, dos
rádios, do sistema de home theater tudo em um só controle remoto.
Uma outra idéia seria a implementação do um sistema de alerta via mensagem no
telefone celular, que poderia enviar ao dono da residência uma mensagem com o que esta
acontecendo naquele momento.
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