DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA DE BAIXO CUSTO …

FACULDADE SATC

JEAN LIECHESKI MARQUES

DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO

DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PAUTADA NAS NORMAS DE SEGURANÇA

VIGENTES

Criciúma

Junho - 2014




VIGENTES

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso

de Graduação em Engenharia Elétrica da Faculdade

SATC, como requisito parcial à obtenção do título de

Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Me. Anderson Diogo Spacek.

Coordenador do Curso: Prof. Me. André Abelardo Tavares.

Criciúma

Junho - 2014




VIGENTES

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado

adequado à obtenção do título de bacharel em

Engenharia Elétrica e aprovado em sua forma final pelo

Curso de Graduação em Engenharia Elétrica da

Faculdade SATC.

Criciúma, (dia) de (mês) de (ano da defesa).

______________________________________________________

Prof. Anderson Diogo Spacek, Mestre.

Faculdade SATC

______________________________________________________

Prof. Nome do Professor, Título.

Faculdade SATC

______________________________________________________

Prof. Nome do Professor, Título.

Faculdade SATC

Texto das dedicatórias. Texto das dedicatórias.



Texto das dedicatórias.

AGRADECIMENTOS

Texto de agradecimentos. Texto de agradecimentos. Texto de agradecimentos.






“Texto da epígrafe. Texto da epígrafe. Texto da epígrafe. Texto da epígrafe. Texto

da epígrafe. Texto da epígrafe. Texto da epígrafe. Texto da epígrafe.” (Autor, ano, p.)

RESUMO (NÃO ULTRAPASSAR 500 PALAVRAS)

O resumo precisará conter: a delimitação da pesquisa; o propósito da investigação; a

relevância da pesquisa; a fundamentação teórica empregada no estudo; a metodologia de

pesquisa e/ou tipo de estudo; o desenho de investigação; a modalidade de pesquisa (caso seja

necessário), tamanho de população, tamanho da amostra, técnica empregada para a coleta de

dados, tipo de instrumento de coleta usado, validez e confiabilidade (reportando o índice de

confiabilidade); de forma muito breve, faz-se referência aos resultados e às conclusões mais

significativas da pesquisa. O resumo não é dividido em parágrafos, apenas em frases e, além

disso, não apresenta citações.

Palavras-chave: Palavra 1; Palavra 2; Palavra 3. (máximo 05 palavras)

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1 - Pirâmide de automação [1] .......................................................................................... 18

Fig. 2 - Diagrama de blocos do CLP [6]................................................................................... 24

Fig. 3 - Linha SIMATIC S7-1200 [9] ...................................................................................... 25

Fig. 4 - Classificação das redes industriais [12] ....................................................................... 29

Fig. 5 - Topologia em estrela [13] ............................................................................................ 32

Fig. 6 - Topologia linear [13] ................................................................................................... 32

Fig. 7 - Topologia em cadeia [13] ............................................................................................ 32

Fig. 8 - Bancada didática dock station CLP S7-1200 [14] ...................................................... 41

Fig. 9 - Kit didático CLP [15] .................................................................................................. 42

Fig. 10 - Bancada didática EduTrainer® [16] .......................................................................... 43

Fig. 11 - Bancada didática DLB CLP 646S [17] ...................................................................... 44

Fig. 12 - Bancada didática KB16M – Módulo CLP [18] ......................................................... 45

Fig. 13 - CPU 1214C DC/DC/DC [9] ...................................................................................... 47

Fig. 14 - SIPLUS S7-1200 SB1232 [9] .................................................................................... 47

Fig. 15 - KTP600 BASIC COLOR PN [10] ............................................................................. 48

Fig. 16 - Switch SIMATIC NET CSM 1277 [9] ...................................................................... 48

Fig. 17 – Disjuntor modular com proteção diferencial residual [ ] .......................................... 49

Fig. 18 – Fonte de alimentação PSS24-W/2,5 [ ] ..................................................................... 49

Fig. 19 – Fonte de alimentação KD-1001/FR90-264Vac [ ] .................................................... 50

Fig. 20 – Bornes banana [ ] ...................................................................................................... 50

Fig. 21 - Mini voltímetro digital [ ] .......................................................................................... 51

Fig. 22 – Relé modular - 2 contatos [ ] ..................................................................................... 51

Fig. 23 – Potenciômetro 10 K linear [ ] .................................................................................... 52

Fig. 24 – Botão de pulso [ ] ...................................................................................................... 52

Fig. 25 - chave alavanca ON/OFF [ ] ....................................................................................... 52

Fig. 26 – Diagrama topologia de rede [Do autor]..................................................................... 53

Fig. 27 – Diagrama alimentação das fontes [Do autor] ............................................................ 54

Fig. 28 – Diagrama entradas do CLP [Do autor] ...................................................................... 55

Fig. 29 – Diagrama saídas do CLP [Do autor] ......................................................................... 55

Fig. 30 – Diagrama potenciômetros da bancada [Do autor] ..................................................... 56

Fig. 31 – Diagrama chaves alavanca ON/OFF [Do autor] ....................................................... 57

Fig. 32 – Diagrama botões de pulso [Do autor] ....................................................................... 57

Fig. 33 – Diagrama bobinas dos relés [Do autor] ..................................................................... 58

Fig. 34 – Diagrama contatos dos relés [Do autor] .................................................................... 58

Fig. 35 – Diagrama alimentações das fontes [Do autor] .......................................................... 59

Fig. 36 – Bastidor vertical [Do autor]....................................................................................... 60

Fig. 37 – Vista frontal da bancada [Do autor] .......................................................................... 60

Fig. 38 – Vista panorâmica da bancada 1 [Do autor] ............................................................... 61

Fig. 39 – Vista panorâmica da bancada 2 [Do autor] ............................................................... 61

Fig. 40 – Vista traseira da bancada [Do autor] ......................................................................... 62

Fig. 41 – Posição do parafuso [Do autor] ................................................................................. 62

Fig. 42 – Vista frontal ampliada 1 [Do autor] .......................................................................... 63



LISTA DE TABELAS

Tab. 1 - Evolução da rede Ethernet [13] ................................................................................... 30

Tab. 2 – Custos da bancada didática [Do autor] ....................................................................... 65

LISTA DE ABREVIAÇÕES

SIGLAS

CLP ___ Controlador Lógico Programável

IHM ___ Interface Homem-Máquina

SATC ___ Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina

CFTV ___ Circuito Fechado de TV

IEC ___ International Electrotechnical Commission

NEMA ___ National Electrical Manufacturers Association

SDCD ___ Sistema Digital de Controle Distribuído

CPU ___ Central Processing Uni

BI ___ Business Intelligence

OSI ___ Open Systems Interconnection

ASI ___ Actuator Sensor Interface

CAN ___ Controller Area Network

I/O ___ Input/Output

CSMA/CD ___ Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection

HTTP ___ Hipertext Transfer Protocol

DHCP ___ Dynamic Host Configuration Protocol

FTP ___ File Transfer Protocol

NTP ___ Network Time Protocol

SMTP ___ Simple Mail Transfer Protocol

SNMP ___ Simple Network Management Protocol

COM/DCOM ___ Distributed Component Object Model

FDR ___ Faulty Device Replacement

NR ___ Norma Regulamentadora

EPI ___ Equipamento de Proteção Individual

CA ___ Certificado de Aprovação

SÍMBOLOS

V [V] Tensão elétrica

I [A] Corrente elétrica

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 12

1.1 JUSTIFICATIVA E CONTRIBUIÇÕES .............................................................. 13

1.2 ORGANIZAÇÃO ................................................................................................ 13

1.3 OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 14

1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 14

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................... 16

2.1 AUTOMAÇÃO ................................................................................................... 16

2.1.1 Automação predial ........................................................................................ 16

2.1.2 Automação residencial ................................................................................. 17

2.1.3 Automação industrial .................................................................................... 18

2.2 BANCADA DIDÁTICA NO ENSINO ................................................................... 19

2.2.1 Experiências pedagógicas ........................................................................... 20

2.2.1.1 Curso laboratoriais: estrutura e bases pedagógicas ..................................... 21

2.2.1.2 Caracterização dos laboratórios de automação ............................................ 22

2.3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ................................................... 23

2.3.1 SIMATIC S7-1200 ........................................................................................... 25

2.4 INTERFACE HOMEM-MÁQUINA ...................................................................... 26

2.5 REDES DE COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL ...................................................... 27

2.5.1 Componentes de uma rede industrial ......................................................... 28

2.5.2 Classificação das redes industriais............................................................. 28

2.5.2.1 Rede Ethernet ............................................................................................... 30

3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ............................................................ 33

4 DESENVOLVIMENTO DA BANCADA DIDÁTICA .............................................. 34

4.1 NORMAS DE SEGURANÇA VIGENTES .......................................................... 34

4.1.1 Norma Regulamentadora Nº 6 ...................................................................... 35

4.1.2 Norma Regulamentadora Nº 10 .................................................................... 35

4.1.3 Norma Regulamentadora Nº 12 .................................................................... 36

4.1.4 Manual para utilização do laboratório ......................................................... 37

4.1.4.1 Regras básicas ............................................................................................. 37

4.1.4.2 Recomendações ........................................................................................... 37

4.1.4.3 Equipamentos do laboratório ........................................................................ 38

4.2 FUNCIONALIDADES DA BANCADA DIDÁTICA ............................................... 39

4.2.1 Componentes da bancada didática ............................................................. 40

4.3 BANCADAS DIDÁTICAS COMERCIAIS ........................................................... 40

4.3.1 Dock Station CLP S7-1200 ............................................................................ 41

4.3.2 Kit didático CLP (KDCLP-02) ........................................................................ 42

4.3.3 EduTrainer® with SIMATIC S7-1200 and 19" simulation module .............. 43

4.3.4 DLB CLP 646S ............................................................................................... 44

4.3.5 KB16M – Módulo CLP ................................................................................... 45

4.4 ESPECIFICAÇÃO E DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES ................ 46

4.5 DIAGRAMA MULTIFILAR E LAYOUT ............................................................... 53

4.6 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA BANCADA DIDÁTICA ................. ERRO!

INDICADOR NÃO DEFINIDO.

5 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ................................................. 65

6 CONCLUSÕES .................................................................................................... 66

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 67

ANEXOS ................................................................................................................... 68

ANEXO A – CARACTERÍSTICAS DA LINHA S7-1200 ........................................... 69

ANEXO B – EVOLUÇÃO DOS CLPS ...................................................................... 70

12

1 INTRODUÇÃO

A automação seja ela residencial, comercial ou industrial vem desde a revolução

industrial, tornando-se indispensável. Com a função de otimizar tempo e recursos, a

automação traz cada vez mais qualidade e produtividade para os variados processos, além de

segurança e qualidade de vida para as pessoas.

Para formar profissionais que entendam, projetem e implementem processos de

automação industrial, as instituições de ensino de nível técnico, superior ou de pós-graduação

investem em bancadas didáticas que permitem aos alunos ter um contato de primeiro grau

com equipamentos que, só teriam acesso ao ingressarem no mercado de trabalho.

É unânime entre os professores de nível técnico ou superior de áreas tecnológicas,

a importância de ensinar o aluno proporcionando a ele o manuseio real de equipamentos

estudados teoricamente no início do processo. Além da habilidade de manusear os

equipamentos, o aluno desenvolve também a segurança de operá-los, uma vez que já o

fizeram durante todo o período acadêmico.

A Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina, mais

conhecida como SATC, atua no ensino técnico há mais de 50 anos e no ensino superior há

mais de 10 anos. Durante todo período, sempre apostou no “aprender fazendo”, ou seja,

encurtar a distância entre o aprendizado teórico e o prático, por meio de aulas práticas,

utilizando equipamentos que os mesmos poderão encontrar durante a atuação profissional.

Este método de ensino leva os alunos para as empresas com maiores habilidades de manuseio

e aplicação dos conhecimentos, tornando a sua adaptação ao trabalho muito mais rápida.

Atualmente, a SATC usa bancadas didáticas para ensino nas mais diversas áreas,

como: elétrica, eletrônica, mecânica, etc. Estas normalmente são adquiridas de fornecedores

destinados a produção exclusiva destes produtos, sendo que, estas bancadas geralmente têm

funcionalidades que não se aplicam a realidade da instituição, ou então, deixam de ter

funcionalidades que entende-se necessária, além de terem custos elevados.

O método de ensino praticado na SATC traz consigo a preocupação com possíveis

acidentes, uma vez que a interação com equipamentos reais acabam por trazer consigo as

mazelas reais do campo de trabalho, como por exemplo, choque elétrico, cortes, queimaduras

e etc. Para zerar acidentes e minimizar os riscos, em primeiro lugar a instituição preocupa-se

com a adoção de procedimentos de trabalhos que são cuidadosamente supervisionados por

professores durante a execução das aulas práticas. Mesmo com a constante supervisão, é

13

preciso investir em equipamentos e tecnologias para proteção contra acidentes causados por

ações realizadas por falta de conhecimento, ou então por ação deliberada.

Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma bancada de baixo custo,

para o ensino de automação industrial, pautada na segurança do usuário/aluno seguindo as

normas de segurança vigentes.

1.1 JUSTIFICATIVA E CONTRIBUIÇÕES

O uso de bancadas didáticas no ensino é essencial para o educando, pois facilita o

entendimento da disciplina, podendo interagir de forma real com o que se aprende na teoria,

obtendo um conhecimento mais abrangente na área, que em um futuro próximo, poderá atuar.

A bancada didática é muito utilizada em cursos de graduação de engenharias e

tecnologias, e quando se fala de aprendizado prático, para a SATC, a segurança dos alunos é

primordial. Com isso, serão adotados procedimentos e equipamentos para aumentar a

segurança no manuseio da bancada, juntamente com a supervisão do professor, ao lecionar a

disciplina.

O presente trabalho torna-se relevante, visto que contribuirá para a instituição

SATC, pois o laboratório de automação terá um upgrade. Os equipamentos antigos darão

lugar às novas tecnologias, mais modernas e avançadas. Contribuindo para o aprendizado,

aprimorando habilidades e aumentando a segurança, para quando os alunos ingressarem nas

empresas, obterem uma adaptação mais rápida ao mercado de trabalho.

1.2 ORGANIZAÇÃO

Com o objetivo de projetar uma bancada didática prezando a segurança do aluno e

com um custo baixo em relação as bancadas comerciais existentes, este TCC foi dividido em

seis capítulos, que seguem na seguinte ordem:

14

Primeiro capitulo: apresenta uma introdução geral sobre o tema e a importância do

projeto.

Segundo capítulo: expõe uma breve revisão sobre automação, importância da

bancada no ensino, controlador lógico programável, interface Homem-Máquina e redes de

comunicação.

Terceiro capítulo: apresenta os procedimentos metodológicos, os quais detalham a

metodologia utilizada no projeto.

Quarto capítulo: demonstra as normas utilizadas para projetar a bancada,

orçamentos de bancadas existentes no comércio, funcionalidades da bancada projetada,

especificação dos componentes da bancada, diagrama multifilar e layout da bancada didática.

Quinto capítulo: aborda a análise de custos do projeto.

Sexto capítulo: apresenta as conclusões a respeito do projeto, considerações finais

e sugestões para trabalhos futuros.

1.3 OBJETIVO GERAL

Projetar uma bancada didática de baixo custo para o ensino de automação

industrial seguindo as normas de segurança vigentes.

1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Realizar um estudo sobre as normas de segurança vigentes bem como sua

aplicação em bancadas didáticas;

- Fazer um levantamento das funcionalidades necessárias para uma bancada

didática de automação industrial aplicada a realidade da instituição (SATC);

- Realizar um levantamento das bancadas didáticas comerciais, suas

funcionalidades e custos;

15

- Especificar e dimensionar os componentes elétricos/eletrônicos para a aplicação

na bancada didática a ser desenvolvida;

- Fazer os diagramas elétricos e de automação da bancada bem como layout de

disposição com equipamentos/componentes;

- Desenvolver o projeto da bancada de automação industrial baseada nos dados

preliminares levantados;

- Confrontar vantagens e desvantagens da bancada desenvolvida em relação as

bancadas comercializadas atualmente;

16

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Este capítulo tem por objetivo fornecer uma visão geral sobre equipamentos e

aplicações relacionados à automação, assim como a aplicação no ensino com segurança.

2.1 AUTOMAÇÃO

A palavra automation foi criada em 1960 a fim de enfatizar a participação do

computador no processo industrial. Visa à substituição do trabalho humano prezando a

segurança, aumento da qualidade do produto, aumento do fluxo de produção, redução de

custos, menores perdas de materiais e de energia etc. Enfim, transmite um melhor

planejamento e controle de processo [1].

A automação é todo um sistema interligado e assistido por meio de uma rede de

comunicação, transmitindo e adquirindo informações através de sistemas supervisórios e

IHMs que auxiliam os operados na supervisão e análise do processo ou problema que possa

apresentar. Durante décadas, vem crescendo o uso da automação, espalhando-se das indústrias

para qualquer processo que possa ser automatizado, exemplo prédios e casas [1].

2.1.1 Automação predial

Definida como edifícios inteligentes ou edifícios de alta tecnologia, a automação

predial surge em meio a uma crise mundial de energia, onde a geração de energia torna-se

mais cara, exigindo uma racionalidade no consumo da energia elétrica. Com isso, há a

necessidade do controle de certos equipamentos, tais como sistema de calefação e ar-

condicionado [2].

Hoje em dia, já se obtém dessa automatização, comodidade, segurança, controle

de energia e eficácia, como: controle da iluminação, elevadores, monitoração do consumo de

17

energia, segurança ativa, controle de acesso, sistemas de incêndio, circuito fechado de TV -

CFTV, dentre outros [2].

A automação predial busca tornar-se essencial na criação dos novos edifícios,

visando controle de todas as informações e funções sem a presença de um operador, com

maior eficiência, flexibilidade e precisão, respeitando a individualidade dos usuários,

proporcionando um conforto e diminuição do consumo de energia [2].

2.1.2 Automação residencial

Surgiu no Brasil por influência do mercado americano conhecido como Home

Automation, pelo fato de que os primeiros sistemas de automação voltados para residências

serem originados de fabricantes americanos [3].

A automatização de uma residência se resume a um processo que consiste várias

soluções e equipamentos, possibilitando ao morador usufruir de um conforto e uma ótima

qualidade de vida em sua casa [3].

Com o passar dos anos, muitos fabricantes de equipamentos, profissionais da área

e associações, vem tentando difundir cada vez mais sobre o assunto. Mostrar que o uso da

tecnologia pode trazer muitos benefícios, como aumentar a qualidade de vida, economia na

conta de energia, segurança e até mesmo o aumento do valor do imóvel [3].

Antigamente, a automação residencial era artigo de luxo ou até mesmo algo

impossível de se obter, porém, hoje em dia já se vê muitas famílias brasileiras usufruindo

naturalmente dessas automatizações. Acessibilidade no assunto está cada vez maior e a

maioria, no mínimo, já ouviu falar por meio da mídia ou de alguém que já possui sua

residência automatizada [3].

18

2.1.3 Automação industrial

A automação industrial consiste em substituir a ação humana, tanto na operação

de uma máquina quanto no controle de processos de contagem ou identificação de algo

mensurável, com a finalidade da criação de um produto ou um feedback final [4].

Tendo um revés a substituição da mão-de-obra ou até mesmo o fim de um cargo

dentro de uma empresa, busca-se a automação em uma indústria quando a mesma apresenta a

necessidade de torna-la mais produtiva, podendo acarretar a reciclagem do funcionário que

exercia a função antes do novo processo [4].

Hoje em dia, o mercado encontra-se competitivo exigindo eficiência, um ótimo

custo-benefício e flexibilidade para sobreviver. Isso tem gerado um grande aumento na

demanda de automatização na indústria, visando uma maior velocidade, confiabilidade,

versatilidade e fluxo de produção. Relés e sistemas lógicos computacionais efetuam esse

controle exigido nos processos industriais, mas possuem limitações e desvantagens que

podem ser resolvidas com o uso dos CLPs [4].

A automação industrial pode ser representada pela pirâmide abaixo, onde mostra

os diferentes níveis que uma planta industrial possui.

Fig. 1 - Pirâmide de automação [1]

19

Referente a figura 1, o nível 1 representa dispositivos que encontra-se no local

onde é feita a automação. Transdutores, atuadores, dentre outros sensores e componentes que

compõem uma planta. No nível 2 encontra-se os CLPs, Relés e SDCDs (sistema digital de

controle distribuído), ou seja, onde realiza-se o controle automatizado da planta. O nível 3

representa a supervisão do processo automatizado, o qual muitas vezes possui um banco de

dados, para arquivar e processar informações. O nível 4 é onde gerencia a planta imposta,

responsável pela programação e planejamento da produção. E o nível 5 é constituído por

softwares para vendas, gestão financeira e BI (Business Intelligence), local onde é

administrado os recursos da empresa [1].

2.2 BANCADA DIDÁTICA NO ENSINO

Buscando melhorar o perfil do educando, tem-se como principal discussão,

competências e habilidades necessárias para formar este profissional. Defina-se uma estrutura

mais flexível possível, a qual traz para projetos pedagógicos novas habilidades, competências

e ações [5].

Cursos de graduação são mais generalistas por abordarem vários assuntos durante

os semestres, faltando assim um foco especifico, o que é necessário na formação do educando.

Os cursos de engenharias e tecnologias possuem disciplinas mais restritas, como exemplo

disciplinas referentes à automação, são exceções em vista da análise anterior [5].

Bancadas didáticas são muito eficientes, tornando um recurso bastante utilizado

em curso de graduação na área da engenharia e tecnologia. Hoje em dia, existem muitos

fabricantes de produtos utilizados em bancadas, disponibilizando atividades de configuração e

aplicações. Porém, a criação da solução exigi habilidades e é raramente explorada em certas

disciplinas, tornando-as susceptíveis a práticas, ficando somente na teoria [5].

20

2.2.1 Experiências pedagógicas

Quando fala-se em educação tecnológica, vê-se diversos desafios no contexto

ensino-aprendizagem. Desafios esses, estruturados por: constante evolução tecnológica,

carência no avanço da relação teoria-prática, base gnosiológica voltada para teoria,

dificuldade de obter um amplo domínio pelo fato de a carga horária ser mais diminuta, etc [8].

Nos últimos anos, diversos trabalhos foram desenvolvidos para resolver esses

problemas, tais como: novos métodos de lecionar o conteúdo, desenvolvimento de bancadas

didáticas e aventar disciplinas que desenvolve o fazer do engenheiro [8].

A construção de bancada didática é importante no cenário da educação, pois

diminui o espaço entre teoria e prática, equilibrando o método de ensino nas engenharias, as

quais possuem fama de serem teóricas. A interação prática educacional, proporciona

habilidades, como: solucionar problemas difíceis, aumento da confiança ao ingressar no

mercado de trabalho, trabalhar em equipe, etc [8].

Quando observa-se o processo de aprendizagem na área da automação nos dias

atuais, vê-se um fato que o afeta, pois está cada vez mais presente no mundo com aplicações

em vários setores, como: eletrodomésticos, construções civis, indústrias, vias públicas,

automóveis, transportes públicos, medicina, enfim, está adentrando-se no nosso dia-a-dia.

Com isso, está mais diversificado, com variáveis complexas, necessitando construir um

conhecimento amplo que permite os futuros engenheiros lidar com essas constantes

mudanças, tornando-se mais flexíveis e ágeis [8].

Obter uma boa ligação e análise correta entre conceito e uso de bancadas

didáticas, é um problema fundamental na educação. No entanto, mostra-se que o ensino

prático é mais que uma atividade complementar no método de aprendizagem, passando a

assumir, ser solução no equilíbrio entre teoria e prática. A utilização de bancadas, associado

ao desenvolvimento das mesmas, é essencial nos cursos de graduações voltados para

engenharias e tecnologias [8].

21

2.2.1.1 Curso laboratoriais: estrutura e bases pedagógicas

Ao analisar a estrutura da associação dos cursos às práticas laboratoriais,

destacam-se três opções: cursos autônomos, concorrente ou complementar. Nos cursos

autônomos, a base do conceito teórico é abordada como parte da atividade laboratorial, já que

fornece as informações necessárias para a execução dos experimentos. Assim, nessa opção, a

concepção pedagógica é desenvolver a motivação dos alunos para o aprendizado conceitual,

provocando a busca por explicações e por suporte teórico que auxiliem no entendimento dos

fenômenos observados em laboratório [8].

Nas aulas no laboratório, chamadas de estruturas concorrentes, os experimentos

são mesclados às aulas conceituais. Essa opção permite a utilização de experimentos mais

sofisticados, baseados em teorias mais complexas e que possibilitam questionamentos mais

aprofundados [8].

Nos cursos de laboratório, terceira opção das práticas laboratoriais, também

chamada como complementar. Esses cursos ocorrem após os cursos conceituais prévios,

buscando enaltecer o conhecimento já adquirido pelo estudante. Nessa situação o estudante já

dispõe de conhecimento das bases do controle, que podem ser aplicadas na realização de

experimentos mais complexos, pois exigem uma maior sofisticação nas análises de seus

resultados [8].

Independente da estrutura adotada para o curso, busca-se uma flexibilidade nos

experimentos e na utilização dos recursos laboratoriais, diversificando assim, o uso dos

mesmos equipamentos, que são utilizados por diversos cursos que tem o aprendizado

associado à automação. A eficiência das estruturas laboratoriais, se revelam apenas quando

acompanhada de posturas pedagógicas adequadas, baseadas em métodos diversificados e com

a utilização de novas tecnologias de aprendizagem [8].

O aprendizado flexível deve adaptar-se às habilidades dos estudantes, dividindo as

funções entre homem e computador, o que acarreta em uma maior disponibilidade do tutor

para responder as expectativas. Os cronogramas devem ser flexíveis a ponto de disponibilizar

várias mediações, de acordo com as necessidades de cada estudante. O fenômeno que

desenvolve o conhecimento e o aprendizado, é baseado no processo do “aprender fazendo”,

pois o esforço intelectual desencadeia ações e avalia erros, possibilitando aos estudantes a

aprendizagem da investigação, análise e conhecimento de objetivos técnicos [8].

22

2.2.1.2 Caracterização dos laboratórios de automação

A estruturação de um laboratório deve responder às questões de soluções

possíveis, podendo assinalar a existência da visão já existente aos objetivos estabelecidos para

os laboratórios de automação. Assim esses laboratórios devem [8]:

Motivar o conhecimento de conceitos analíticos;

Introduzir problemas do mundo real associados à automação;

Fornecer estruturas que possibilitem procedimentos associados a

instrumentação;

Expor os estudantes em situações integradas no desenvolvimento de projetos;

Confrontar as necessidades práticas profissionais com os estudantes;

Desenvolver trabalhos em equipe na busca pela solução de problemas [8].

A implementação desses laboratórios devem contemplar a riqueza e adversidade

dos sistemas de automação, tendo que lidar com restrições orçamentarias, espaço físico

adequado, estrutura para operação e a disponibilidade humana para ensino e

acompanhamento. Destacam-se então, características necessárias [8]:

Demonstrar os conceitos teóricos necessários ao aprendizado na área da

automação;

Discutir problemas encontrados nas situações reais;

Permitir que os educandos tenham contatos reais com os fenômenos

analisados;

Determinar constantes de tempo menores, que possibilitam vários

procedimentos durante a prática laboratorial;

Seguir procedimentos de segurança pautada aos usuários;

Dispor de baixos custos para aquisição, operação e manutenção;

Conceder ações de compreensão clara e objetiva, combinando a procedimentos

operacionais [8].

23

2.3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

Do surgimento, no final da década de 60 aos dias atuais, o CLP é muito utilizado

para automatizar e controlar equipamentos e processos, preferencialmente, na área industrial.

Tudo começou com indústrias automobilísticas, por ter uma linha de montagem dinâmica,

onde qualquer mudança do sistema gerava troca de fios, cabos e componentes. Foi então que

Bedford Associates ofereceu a General Motors um dispositivo que funcionaria em várias

operações distintas e era facilmente programável, equipamento esse chamado de MODICON

(Modular Digital Controller) [7].

O MODICON 084 foi o primeiro CLP comercial apresentado ao mundo,

proporcionando economia na mudança de função, vida útil maior do controlador, baixa

manutenção preventiva e corretiva e tamanho menor. Para facilitar a programação e aumentar

a vida útil em ambientes agressivos, os CLPs passaram a utilizar componentes estáticos [7].

Em 1970, surge o microprocessador e o CLP passa a ser equipado com essa nova

tecnologia. Com o passar dos anos, diversas inovações tecnológicas foram sendo

implementadas nos CLPs de acordo com a tabela do anexo B [7].

Os primeiros controladores lógicos programáveis surgiram, como principal

função, a substituição dos relés. Com o tempo esses controladores obtiveram muitas

melhorias em relação aos relés. Pode-se dizer que o CLP é um equipamento que pode ser

programado para executar funções primordiais em uma automatização, como controle de

dispositivos, máquinas e operação de processo de alguma função específica (lógica de

controle, sequenciamento, controle de tempo, operações aritméticas, controle estatístico,

controle de malha, transmissão de dados etc.) [6].

Um Controlador Lógico Programável é definido pela IEC como

Sistema eletrônico operado digitalmente, projetado para uso em um ambiente

industrial, que usa uma memória programável para a armazenagem interna de

instruções orientadas para o usuário para implementar funções específicas, tais como

lógica, sequencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de

entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas ou processos. O

controlador programável e seus periféricos associados são projetados para serem

facilmente integráveis em um sistema de controle industrial e facilmente usados em

todas suas funções previstas. [6]

De acordo com a definição da National Electrical Manufactures Association um

CLP é

24

Um equipamento eletrônico que funciona digitalmente e que utiliza uma memória

programável para o armazenamento interno de instruções para implementar funções

específicas, tais como lógica, sequenciamento, registro e controle de tempos,

contadores e operações aritméticas para controlar, através de módulos de

entrada/saída digitais ou analógicos, vários tipos de máquinas ou processos. [6]

Os CLPs são fabricados para serem utilizados em ambientes irregulares, sendo

assim, são resistentes a poeiras, umidade, altas temperaturas, etc. A parte estrutural do CLP,

número de entradas e saídas digitais ou analógicas, memória, conjunto de instruções,

velocidade do processamento, conectividade, flexibilidade etc., depende exclusivamente de

cada fabricante [6].

O diagrama de blocos abaixo ilustra melhor a arquitetura de um CLP:

‘

Fig. 2 - Diagrama de blocos do CLP [6]

Pode-se assim dizer que o CLP pode ser divido em cinco partes fundamentais:

Fonte de alimentação;

Entradas analógicas e/ou digitais;

Saídas analógicas e/ou digitais;

Unidade Central de Processamento (CPU) e

Unidade de Comunicação.

Comunicação

Saída digital

Saída analógica

Entrada digital

Entrada

analógica

Fonte de

alimentação

Unidade

Central de

Processamento

25

2.3.1 SIMATIC S7-1200

Pode-se considerar um ótimo equipamento para uma automação segura e de alto

padrão, possui quatro modelos diferentes de CLP: 1211C, 1212C, 1214C e 1215C. Possui

interface PROFINET integrada, PROFIBUS a AS-Interface, Acesso remoto e grande

flexibilidade, permitindo uma comunicação simples e soluções eficientes. Pode-se visualizar

na figura 3, a linha SIMATIC S7-1200, controladores compactos, versáteis e modulares [9].

Fig. 3 - Linha SIMATIC S7-1200 [9]

A nova linha da Siemens teve melhorias na sua performance como: diminuição do

tempo de execução de operações booleanas de 100ns para 85ns, atualização do firmware via

PROFINET, firmware 3.0 e a faixa de temperatura ampliada com o mínimo de -20ºC e

máximo de +60ºC [9].

O S7-1200 permite a expansão de I/Os sem aumento de tamanho físico, um signal

board pode ser encaixado facilmente na frente da CPU, aumentando a capacidade do

controlador. Permite também o aumento de entradas e saídas usando módulos de sinal e

expansão de comunicação usando módulo de comunicação. O anexo A mostra detalhes de

cada modelo do S7-1200 [9].

26

2.4 INTERFACE HOMEM-MÁQUINA

Sistemas usados na área industrial, pelo fato do ambiente de chão-de-fábrica ser

irregular, as IHMs possuem uma enorme robustez, resistência a agua, umidade, temperatura

elevada e poeira de acordo com IP necessário [1].

As IHMs podem ser aplicadas desde uma simples máquina de lavar até cabines de

aviões, tendo diferença na fabricação de acordo com a precisão necessária. Seu

funcionamento baseia-se em traduzir sinais enviados do CLP para sinais gráficos de fácil

compreensão, enviar sinais para o controlador acionando alguma saída ou modificando algum

processo na lógica de programação [1].

Outrora eram utilizados painéis sinóticos no processo industrial, onde era usado

sirenes, sinaleiros, chaves seletoras e botoeiras para comandar ou acompanhar processo da

fábrica. Com o passar dos anos surgiram os displays e as chaves digitais, permitindo a

visualização dos valores das variáveis do processo e modificação de parâmetros de

temporizadores e contadores. Porém, apareceram problemas com a utilização dessa interface,

como a necessidade de ampliação dos painéis para alojar botões ou informações necessárias e

toda complexa fiação para ligar sensores e atuadores aos displays e chaves digitais [1].

Com desenvolvimentos de displays alfanuméricos, teclados de funções e

comunicação serial, obteve-se uma quantidade de benefícios:

Economia de fiação e acessórios;

Facilidade para montagem;

Extinção dos painéis sinóticos;

Aumento significativo no controle de processo;

Flexibilidade;

Operação amigável;

Fácil manutenção e programação.

Enfim, pode-se dizer que a IHM é um hardware que utiliza um display Crystal

liquido e conjunto de teclas para navegação ou inserir dados, o qual possui um software

proprietário para programação. Hoje em dia já possui IHMs Touchscreen, ou seja, possuem

algumas teclas de configuração adicionais e toques na tela [1].

27

2.5 REDES DE COMUNICAÇÃO INDUSTRIAL

Redes de comunicação foram desenvolvidas, tendo como objetivo principal a

transferência de dados entre computadores. Com o passar dos anos, os processos de

automação em chão de fábrica evoluíram consideravelmente, tornando o uso de

microprocessadores em CLPs indispensáveis. Sendo assim, pode-se considerar esses

controladores também como computadores. Hoje em dia, processos industriais automatizados

exigem comunicação rápida e confiável entre equipamentos da planta, e as redes de

comunicação proporcionam isso [12].

A substituição de tubos utilizados para a transmissão pneumática por sinais

elétricos analógicos, surgiu em 1960 e diminuiu o custo de instalação e o tempo de

transmissão dos sinais. Inicialmente, interligava-se os computadores e os dispositivos de I/O,

logo após, utilizava-se em sistemas de controles distribuídos e CLPs. Até os anos 80 não eram

vistas as comunicações digitais em pequenos dispositivos, por esse fato o barramento de

comunicação para redes em chão de fábrica não evoluiu até os anos 90 [12].

Como a automação industrial estava em constante evolução e cada vez mais

presente nos variados processos de fabricação, necessitava-se que padrões fossem criados

para interconectar diferentes dispositivos utilizados para automatizar uma produção. Com

isso, o padrão OSI (Open Systems Interconnection) com esforço internacional foi criado para

padronização de redes locais, o qual permite dois dispositivos utilizados na automatização

comuniquem-se com confiabilidade independente do fabricante [12].

Na última década, as redes de comunicações industriais obtiveram maiores

evoluções, dentre as tecnologias associadas aos sistemas de controles na indústria, seguida da

evolução das comunicações em diversos ramos, como: telefonia móvel, internet, comunicação

sem fios, e outros [13].

O uso das redes tem por objetivo a comunicação de diversos dispositivos

interligados, com rapidez, confiabilidade e visando a redução de custo da empresa [13].

As evoluções em redes de comunicações trouxeram benefícios, como: redução na

fiação, flexibilidade, fácil manutenção e diagnósticos de dispositivos. Com uso de protocolos

de comunicação digital padronizados, possibilitaram-se a comunicação e inserção de

equipamentos de diferentes fabricantes na rede, tornando-se muito flexível e expansível [12].

28

Para que uma rede de comunicação seja implantada no chão de fábrica, deve-se

considerar as seguintes variáveis: taxa de transmissão, topologia física da rede, meio físico de

transmissão, tecnologia de comunicação, algoritmo de acesso ao barramento, tipo de rede para

o ambiente, custo do projeto, facilidade da implantação, configuração e expansão do sistema a

ser implantado, manutenção da rede, número de dispositivos, segurança, etc [12].

2.5.1 Componentes de uma rede industrial

Em ambiente como chão de fábrica, uma rede de comunicação não se faz com um

simples cabo, pois é insuficiente para conectar todos nós existentes. Com objetivo de oferecer

isolamento e bom desempenho, cria-se uma topologia de rede, a qual mostra a necessidade de

equipamentos adicionais na rede. As redes podem ser estruturadas com repetidores, pontes,

roteadores e gateways [12].

Os repetidores servem para amplificação do sinal para transmissão em range

maior, permitindo a conexão de um grande número de nós na rede. As pontes interligam duas

redes desiguais, permitindo a troca de informações entre elas. Os roteadores retransmitem

pacotes de dados em vários nós e até mesmo redes diferentes e os gateways permite que sub-

redes incompatíveis se comuniquem entre si [12].

2.5.2 Classificação das redes industriais

Os sistemas que coordenam os processos produtivos são complexos, exigindo

uma estruturação em níveis hierárquicos para melhor entendimento. Observa-se na figura 5

esses níveis [12].

29

Fig. 4 - Classificação das redes industriais [12]

A rede SensorBus é utilizada para ligar equipamentos simples e pequenos

diretamente na rede. Composta por sensores e atuadores de valor baixo, tem por objetivo

obter custos de conexão baixo, com tempos de reação na ordem de milissegundos, distância

máxima de 200 metros e informações transferidas em bits. Seriplex, ASI e CAN são exemplos

desse tipo de rede [12].

A DeviceBus geralmente composta por equipamentos com pontos mais discretos

e/ou dados analógicos. Possui transferência rápida na ordem de dezenas de milissegundos,

distância máxima de 500 metros e consegue trabalhar com maior número de equipamentos e

dados. Tem-se como exemplo de rede a DeviceNet, Profibus DP, etc [12].

Com a rede FieldBus interliga-se equipamentos de I/O mais complexos,

possibilitando desempenhar funções especificas, controle de informações e processos. Tem-se

como distância máxima 10 quilômetros e as transferências são mais longas na ordem de

centenas de milissegundos, porém, comunica-se utilizando vários tipos de dados, como:

discreto, analógico, parâmetros, programas e informações do usuário. Como exemplo

podemos citar as redes Modbus Plus e Profibus FMS [12].

Já a rede DataBus é utilizada para comunicação na parte de gerenciamento de

todo o processo, ou seja, interliga os sistemas supervisórios e os sistemas de gestão. A

transferência é efetuada na ordem de segundos até minutos, atinge uma distância máxima de

100 quilômetros e as informações transferidas possui grande volume de informação. A rede

Ethernet é um exemplo forte deste nível [12].

30

2.5.2.1 Rede Ethernet

Em um contexto mundial é utilizada para redes de computadores, dita como

desafiante no setor industrial, é hoje, o tipo de rede que mais cresce nesse segmento. Surgiu

em 1973, criada pela Xerox em um centro de pesquisa chamado Palo Alto Research Center,

na tabela 1 podemos observar a evolução da rede Ethernet no decorrer dos anos [13].

Tab. 1 - Evolução da rede Ethernet [13]

Ano Inovação

1979 Criação de normas pelo consórcio DIX

1980 Foi especificada a Ethernet 10Mbps

1982 Criação da norma Ethernet 802.3

1993 Foi especificada a Ethernet 100Mbps

1996 A Ethernet 100Mbps se difundiu no mercado

1998 Criação da norma Gigabit Ethernet

A grande performance, baixo custo e a possibilidade de comunicação com PCs,

está difundindo-se e atraindo cada vez mais as empresas, quando se pensa em criar uma rede

de comunicação industrial. Implantando nesse segmento, visa-se interligar CLPs, sistemas

supervisórios e sistemas de gestão, também está crescendo em aplicações de equipamentos

I/O descentralizados, variadores de velocidades e sensores [13].

A Ethernet utiliza um método para evitar colisão de dados, ou seja, tem-se dois

nós distintos e os mesmos resolvem enviar um pacote de dado juntos, isso resultará em uma

colisão. Havendo esse conflito, destrói-se as mensagens e cada nó adquiri um tempo de espera

até nova tentativa de envio de mensagem, esse método chama-se CSMA/CD (Carrier Sense

Multiple Access/Collision Detection) [13].

A Ethernet possui alguns serviços universais, tais como: HTTP, DHCP, FTP,

NTP, SMTP, SNMP, COM/DCOM, Modbus TCP/IP, IO Scanning, FDR e Global Data [13].

O serviço HTTP (Hipertext Transfer Protocol) vem sendo usado desde 1990 com

intuito de conduzir páginas web entre um servidor e um browser. O DHCP (Dynamic Host

Configuration Protocol) concede endereços de IP para equipamentos na rede

automaticamente, sem ter que colocar endereços manualmente. O serviço FTP (File Transfer

Protocol) efetua a transferência de arquivos de forma rápida e versátil entre equipamentos. O

31

NTP (Network Time Protocol) faz a sincronização do tempo através de um servidor,

mantendo a hora do computador sempre certa e com exatidão. O SMTP (Simple Mail Transfer

Protocol) é um serviço utilizado para troca de e-mail, ou seja, trabalha como servidor quando

um emissor envia mensagens para um receptor [13].

Com SNMP (Simple Network Management Protocol) gerencia-se de forma

simples os dispositivos conectados à rede, analisando o estado da rede, possíveis falhas e

permitindo a modificação da configuração. O COM/DCOM (Distributed Component Object

Model) é uma tecnologia que faz o Windows comunicar-se de forma transparente. O Modbus

TCP/IP encapsula o protocolo Modbus na Ethernet, difundiu-se no segmento industrial de

forma incrível, tornando-se essencial hoje em várias aplicações e totalmente livre. O serviço

IO Scanning realiza trocas de I/O distribuída na rede Ethernet, de forma simples e versátil. O

FDR (Faulty Device Replacement) permite a substituição de um equipamento com falha por

um novo, efetuando a detecção, reconfiguração e inicialização automática do sistema. Já o

Global Data faz a transferência de dados em tempo real entre diversos dispositivos na rede,

pertencentes ao mesmo grupo. Com o serviço Global Data sincroniza-se atividades remotas e

compartilha-se dados comum entre variadas aplicações [13].

A comunicação Ethernet na área industrial é semelhante à utilizada em ambientes

normais, porém, quando se fala na utilização de chão de fábrica, obtenha-se componentes e

equipamentos mais robustos [13].

A interligação dos dispositivos pode ser efetuada por diversos meios físicos. Tem-

se a ligação em cobre 10Base-T ou 100Base-TX, a qual utiliza cabos UTP (não blindado) ou

STP (blindado) com conector RJ45, e a ligação óptica ou fibra óptica, que consiste em um

cabo com vários fios de vidro fino, por onde transita um raio de luz com perda mínima de

energia e sem interferência eletromagnética [13].

A estruturação de uma rede pode ser descrita com topologia, ou seja, layout dos

dispositivos interligados, dentre as existentes, tem-se 3 tipos que são usadas na área industrial:

topologia em estrela, topologia linear e topologia em cadeia [13].

32

Fig. 5 - Topologia em estrela [13]

A figura acima representa a topologia em estrela, onde todos dispositivos são

interligados por componente de rede, o qual pode ser um hub ou um switch. Na indústria os

switches são mais utilizados, por serem mais eficientes [13].

Fig. 6 - Topologia linear [13]

Na figura 7 tem-se a topologia linear (bus), mais comum na automação industrial,

utiliza-se hubs e/ou switches interligando-se um ao outro, e consequentemente os dispositivos

nos mesmos. Os switches são mais comuns por terem o número ilimitado para esse tipo de

configuração [13].

Fig. 7 - Topologia em cadeia [13]

A figura 8 representa a topologia em cadeia (Daisy Chain), não muito comum em

rede de comunicação Ethernet, porém, tem-se como solução interessante no futuro. Cada

dispositivo na rede tem 2 portas Ethernet e um Switch integrado [13].

33

3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS

O presente projeto apresenta o desenvolvimento da bancada didática quanto aos

fins de ensino, visto que busca adequar o conhecimento teórico sobre o princípio de

funcionamento e aplicações da automação.

A pesquisa é qualitativa, pois permite desenvolver habilidades, na qual contribui

para implementação de bancada com qualidade. Por meio da exploração de fontes

bibliográficas disponíveis sobre o assunto em estudo, busca-se conhecer os aspectos

relevantes sobre a utilização de bancadas didáticas nas instituições.

O estudo das fontes publicadas pelos principais autores da área de automação, visa

esclarecer a importância em aderir o conhecimento sobre o assunto. As fontes bibliográficas

podem incluir: livros, artigos, teses, catálogos e pesquisas publicadas, além de fontes orais e

interação com os equipamentos de forma real.

Os dados da pesquisa e desenvolvimento da bancada serão obtidos por meio de

dados secundários, oriundos de fontes bibliográficas escritas, disponibilizadas em meios

físicos e online. As principais fontes sobre o tema em estudo serão obtidas nas bibliotecas

locais, nos sites sobre o tema na internet e em recursos adquiridos pela instituição SATC.

Pode-se realizar a coleta dos dados sobre bancadas por meio de técnica

qualitativa. A pesquisa qualitativa engloba dados descritivos, como palavras e imagens com o

objetivo de solucionar o problema em estudo [8].

Para desenvolvimento, faz-se o uso do método projetual, no qual consiste em

chegar a uma solução, considerando todas características, normas existentes e processo pelo

qual a bancada didática deverá passar para chegar no ponto desejado de satisfação e efetuar a

função exigida.

34

4 DESENVOLVIMENTO DA BANCADA DIDÁTICA

Como visto nos capítulos anteriores, as bancadas didáticas são de suma

importância no estreitamento da lacuna existente entre teoria e prática. Além de permitir

desenvolver habilidades de manuseios dos equipamentos dispostos, proporciona um aumento

da autoconfiança para ingressar ao mercado do trabalho.

A SATC aposta no “aprender fazendo”, ou seja, os cursos técnicos e graduações

contam com laboratórios para diversas áreas, com intuito de desenvolver esse lado prático dos

educandos, com isso, a bancadas acabam se tornando essenciais para que esse

desenvolvimento tenha uma maior evolução possível.

Esse capitulo tem como objetivo principal apresentar o projeto de uma bancada

didática de automação, pautada nas normas de segurança vigentes com um custo baixo

comparado às bancadas existentes no comércio, alcançando o objetivo da instituição de

diminuir o espaço entre teoria e prática com ênfase na segurança dos educandos.

4.1 NORMAS DE SEGURANÇA VIGENTES

Esse método de ensino implementado pela SATC de propor ao aluno a interação

prática com equipamentos existentes no mercado, traz consigo perigos reais como, choque

elétrico, cortes, queimaduras, e outros.

A aplicação de normas de segurança em qualquer segmento é essencial para que

não ocorra acidentes. Na educação tem-se como principal assunto quando executa-se aulas

laboratoriais, pois os alunos além de não terem experiências práticas na maioria das vezes, são

dependentes da instituição de ensino. Com isso, é fundamental que utiliza-se das normas para

evitar eventuais problemas e preservar o bem-estar dos educandos.

As normas regulamentadoras visam a segurança e a saúde dos trabalhadores,

criadas pelo ministério do trabalho é aplicada em empresas como obrigatoriedade e o

descumprimento das normas gera penalidades. Foram criadas para os trabalhadores, porém,

existem itens de algumas NRs que podem ajudar na segurança da bancada proposta.

35

O projeto da bancada pauta-se em itens de normas aplicáveis a mesma, das NRs

existentes baseia-se na NR-6, NR-10 e NR-12, assim como, normas para utilização do

laboratório.

4.1.1 Norma Regulamentadora Nº 6

A norma regulamentadora Nº 6 dispõe de um tema importante, o EPI

(Equipamento de Proteção Individual). Visa a proteção contra acidentes, aplica-se nesse

projeto na segurança dos alunos e é de suma importância o comprometimento dos mesmos

usa-los para prevenção e bem-estar.

Os equipamentos possuem CA (Certificado de Aprovação) imposto pelo

ministério do trabalho e devem ser disponibilizados pela instituição de ensino, funcionando e

bem conservados.

Cabe à instituição, exigir o uso dos mesmos, assim como, orientar os educandos

como fazer o uso adequado e conservar. Em caso de extravio ou se estiver danificado fazer a

substituição e comunicar o MTE se houver irregularidades. Dentre vários EPIs existentes

exija-se a utilização de óculos de segurança, calçados fechados e calça.


A NR-10 estabelece medidas de controle e prevenção, com objetivo de garantir

segurança e saúde de quem interage de forma direta ou indiretamente, com serviços em

eletricidade e instalações elétricas. Esta norma não é aplicável em extra baixa tensão, porém,

aplica-se na bancada pela necessidade da alimentação das fontes projetadas, as quais são

alimentadas em uma tensão de 220 Vca fase-neutro.

Conforme exija-se a norma, a bancada conta com um diagrama multifilar

atualizado especificando o devido aterramento, assim como, os dispositivos e conexões

existentes. Os locais energizados com 220 Vca devem possuir restrições e impedimentos de

36

acesso, assim como, sinalização de advertência para conscientizar os usuários do perigo

eminente.

Na entrada de alimentação utiliza-se um disjuntor modular com proteção

diferencial residual fase-neutro, tendo como objetivo a proteção contra sobrecargas, curto

circuitos, choques elétricos e incêndio.


Com objetivo de definir referências técnicas, princípios fundamentais e medidas

de proteção, visando sempre a segurança de trabalhadores ou de quem interage com maquinas

ou equipamentos, surge-se a NR-12. Esta norma possui alguns itens aplicáveis à bancada.

Exija-se que o projeto constitua-se de métodos para prevenção de perigos como

choques elétricos, explosões, e outros, isso mescla a NR-10 à esta norma, a qual já foi citada

anteriormente. Com isso, reforça-se que o aterramento é fundamental em qualquer parte da

bancada didática que possa conduzir corrente elétrica.

Referindo-se a alimentação elétrica, é de fato importante, que os condutores

possuam proteção mínima de segurança de acordo com as normas vigentes, com isso, a

isolação dos mesmos devem suprir à corrente consumida pela bancada e eles não devem ficar

expostos para os educandos não obterem contato com tensão 220 Vca.

Como visto na NR-10, utiliza-se o disjuntor modular com proteção diferencial

residual fase-neutro para proteção contra sobrecargas, curto circuitos, choques elétricos e

incêndios. Com esse dispositivo o aluno não interage diretamente com 220 Vca, apenas

aciona o dispositivo alimentando as fontes de tensão e posteriormente os dispositivos da

bancada. Todos os terminais e contatos dos dispositivos que circulam uma tensão 220 Vca,

não possuem acesso para que os educandos não sofram um acidente.

A bancada didática respeita exigências ergonômicas, como: postura, movimentos

e esforços físicos. Por essa razão, deve-se posicioná-la na altura do peito do aluno, assim,

ficará em cima da mesa ao lado do monitor de vídeo, teclado, mouse e PC, permitindo uma

interação clara, flexível e objetiva dos educandos.

37

4.1.4 Manual para utilização do laboratório

Um laboratório de automação e controle requer cuidados e prevenções para que

não ocorra nenhum acidente na utilização dos equipamentos e materiais, assim como, mantê-

lo em ordem e organizado. É de suma importância que os alunos sejam orientados pelos

professores sobre os procedimentos que irão deixá-los em segurança, e que possam ter um

bom desenvolvimento técnico prático.

Acidentes ocorrem quando se há pressa excessiva para obter o resultado, com isso

é responsabilidade do aluno concentrar-se e não apressar-se para que nenhum venha ocorrer.

Brincadeiras não são bem vindas em um laboratório, pois atrapalha o colega e podem surgir

riscos de acidente.

4.1.4.1 Regras básicas

Antes de iniciar qualquer prática nos laboratórios os alunos e professores devem

utilizar os EPIs exigidos pelas normas citadas e que são básicos em laboratório, são eles:

Óculos de proteção;

Calçado fechado;

Calça.

4.1.4.2 Recomendações

Um trabalho no laboratório exige muita concentração, com isso, deve-se evitar

distrações e brincadeiras, que além de atrapalhar o aprendizado do aluno, prejudica os outros

colegas. O professor é responsável pelos alunos durante as aulas práticas, portanto, é

importante que o mesmo exija dos alunos, ao entrarem no laboratório, os seguintes itens:

38

Utilizar os EPIs (óculo de proteção, sapato fechado e calça comprida);

Cabelos compridos devem estar presos;

Feche todas gavetas e portas que abrirem;

Não comer e/ou beber no laboratório;

Não fumar no laboratório;

Não levar pertences do laboratório para casa;

Obter conhecimento sobre a forma correta de utilização da bancada;

Manter as mesas sempre limpas e organizadas;

Em caso de dúvida consulte o professor;

Se houver irregularidades no funcionamento informe o professor;

Obedecer todos itens acima.

4.1.4.3 Equipamentos do laboratório

Para operação dos equipamentos disposto no laboratório, deve-se seguir os

seguintes quesitos:

Somente utilize a bancada e o computador se os cabos, plugues e tomadas

estiverem em perfeita condições;

A bancada deve conter indicação de tensão 220 Vca na entrada de alimentação

elétrica;

A superfície de operação não pode estar úmida;

Não deixar equipamentos ligados ao sair do laboratório, caso contrário

identificar;

Estar ciente que em caso de incêndio com equipamentos elétricos, deve-se

utilizar extintor de CO2 ou pó químico seco.

39

4.2 FUNCIONALIDADES DA BANCADA DIDÁTICA

Hoje em dia, ao citar a palavra automatização imediatamente pensa-se em CLP

pelo fato de ser uma das maiores evoluções na área da automação, logo vem a IHM

proporcionando comodidade, flexibilidade, versatilidade, etc. Com isso, é de suma

importância para o desenvolvimento profissional do aluno obter conhecimento com qualidade

sobre o funcionamento e programação desses equipamentos que estão revolucionando os

setores industriais, prediais e residenciais.

A bancada didática irá proporcionar um conhecimento amplo e atualizado na área

de automação e controle, os alunos irão interagir com equipamentos e programa de última

geração, fabricados pela empresa Siemens. Com a bancada o educando pode explorar os

recursos disponíveis, os quais são: CLP, IHM, Switch, programa Portal TIA V12, dentre

outros. Em uma estrutura flexível, resistente e segura, o aluno irá interagir com chaves

ON/OFF, botões de pulsos, relés, potenciômetros e com um computador para programação.

Através de bornes banana e devidos cabos de conexões, adquira-se o

conhecimento necessário para ligação dos comandos de um processo de automação utilizando

as entradas e saídas digitais do CLP. Com as entradas e saídas analógicas do CLP, pode-se

obter em conjunto do sinal 10Vcc disponível e mais o potenciômetro, a variação da tensão

sendo representada por um Mini voltímetro digital conectado à saída analógica.

Com a IHM conectada ao CLP através de um switch em modo de comunicação

Ethernet/PROFInet, o educando pode visualizar e modificar configurações da programação

realizada no CLP em tempo real em uma tela TouchScreen. A programação do CLP será feita

através do Portal TIA V12, programa exclusivo da Siemens totalmente novo, didático e com

diversos recursos de programação gráfica. O switch realiza a transferência da programação

feita no PC para o CLP, ou seja, interliga o CLP, IHM e PC através da comunicação

Ethernet/PROFInet.

Os equipamentos Siemens possuem as licenças dos softwares necessários para sua

utilização integral adquiridas pela instituição SATC, conforme cada configuração. Os cabos

para programação e comunicação estão inclusos, a bancada é pautada nas normas de

segurança vigentes priorizando o bem-estar dos alunos, além de um avançado conhecimento

prático.

40

4.2.1 Componentes da bancada didática

CLP S7-1200 – CPU 1214 DC/DC/DC (com Signal Board SB1232 AQ);

IHM KTP600 BASIC COLOR PN;

Switch compacto CSM 1277;

Bornes pino banana;

Chaves HH ON/OFF;

Botões de pulso;

Potenciômetros;

Mini voltímetro digital;

Relés;

Fonte de alimentação 10 Vcc;

Fonte de alimentação 24 Vcc;

Cabos Ethernet industrial;

Disjuntor modular com proteção diferencial residual fase-neutro;

Cabos pino banana;

Painel frontal em tecníl.

4.3 BANCADAS DIDÁTICAS COMERCIAIS

Hoje em dia, existem várias empresas especializadas em fabricação de bancadas

didáticas para o ensino, porém, possuem um custo elevado tornando o investimento difícil nas

instituições de ensino. Com intuito de apresentar o investimento necessário para se obter uma

bancada didática, fora feito orçamentos com empresas reais no comercio desse tipo de

produto, a seguir pode-se observar as funcionalidades, características e preços de bancadas

comerciais parecidas com a que está sendo projetada.

41

4.3.1 Dock Station CLP S7-1200

Fig. 8 - Bancada didática dock station CLP S7-1200 [14]

Na figura 9 pode-se visualizar a bancada da empresa 1, ela conta com uma

estrutura monobloco com fechamento em ABS termo moldado, tensão de alimentação:

110/220 Vca monofásica, chave geral liga/desliga e painel frontal constituídos por placa de

polimetacrilato de metila. Possui um CLP S7-1200 idêntico ao do projeto onde suas

características podem ser vistas no anexo A.

A IHM é TouchScreen, possui 1 porta de comunicação padrão RJ45 protocolo

PROFINET embutido, tela colorida, porém, menor que a do projeto. A bancada conta ainda

com 8 chaves ON/OFF, 8 sinaleiros LED indicando as saídas digitais, 2 potenciômetros, 1

mini voltímetro, 1 Chave geral liga/desliga a bancada e um cabo de alimentação.

Como pode ser visto na figura 9 as ligações de entradas e saídas são feitas

internamente, não permitindo uma interação ampla do aluno ao aprendizado prático, ao

contrário da bancada projetada. O custo de uma bancada didática desse nível é de R$

21.320,00, com isso, para implementa-la no laboratório de automação necessitaria de um

investimento de R$ 255.840,00.

42

4.3.2 Kit didático CLP (KDCLP-02)

Fig. 9 - Kit didático CLP [15]

Na figura 10 pode-se visualizar o Kit didático da empresa 2, é uma maleta portátil

de material resistente, composta com um CLP S7-1200 idêntico ao do projeto, suas entradas

e saídas analógicas são interligadas a bornes de 4 mm montados sobre placa de alumínio. O

kit possui uma fonte de alimentação chaveada 24 Vcc 3 A, mini chaves disponibilizadas pela

fabricante do CLP para simulação de entradas digitais e LEDs indicando a saída digital

acionada com seus terminais ligados a bornes isolados, o acionamento do kit é feito por uma

chave liga e desliga. O custo de um kit didático desse nível é de R$ 8.550,00, com isso, para

implementa-lo no laboratório de automação necessitaria de um investimento de R$

102.600,00.

43

4.3.3 EduTrainer® with SIMATIC S7-1200 and 19" simulation module

Fig. 10 - Bancada didática EduTrainer® [16]

A bancada da empresa 3 pode ser visualizada na figura 11, é equipada com CLP

S7-1200 idêntico ao do projeto, as entradas e saídas do CLP estão conectadas a bornes de

segurança 4 mm e/ou a conectores universal I/O Syslink, permite download de programa

online via conector RS485-MPI e/ou PROFIBUSDP e via PROFINET. Alimentação via I/O

BUS do CLP permiti acesso remoto à rede ASI com monitoração de status por LED.

A bancada conta ainda com 16 chaves do tipo alavanca (pulso / trava) e 16 bornes

de segurança para cabo tipo banana 4 mm responsável pela simulação dos sinais de entrada

digital, 16 LEDs amarelos que indicam o status da saída digital e 16 bornes de segurança para

cabo tipo banana 4mm, 4 potenciômetros que simulam o sinal de entrada analógico a tensão e

um display para visualização dos valores de tensão nas entradas e saídas analógicas. As

entradas e saídas analógicas também podem ser acessadas através de bornes de segurança para

cabo tipo banana de 4mm.

Constitui também de um módulo Syslink responsável por disponibilizar as

entradas e saídas digitais em conector Centronic (24 Vias) e as entradas e saídas analógicas

em conector DB15 (15 vias) e um módulo 24V/0V responsável por disponibilizar sinais de

24VDC e 0VDC proveniente da fonte de alimentação.

44

Para programação do CLP é utilizado o software Portal TIA V12. O custo dessa

bancada é de R$ 27.200,00, com isso, para implementa-lo no laboratório de automação

necessitaria de um investimento de R$ 326.400,00.

4.3.4 DLB CLP 646S

Fig. 11 - Bancada didática DLB CLP 646S [17]

Na figura 12 pode-se observar a bancada da empresa 4, é uma bancada que possui

uma estética estrutural parecida com a do projeto. A bancada é composta por um bastidor

vertical em estrutura tubular de aço tratada com pintura eletrostática com tinta epóxi e

módulos de chapas de aço. O CLP utilizado é o S7-1200 da Siemens e é idêntico ao do

projeto, assim como, a IHM e o switch também são.

Conta ainda com 1 simulador de entradas digitais disponibilizados pela Siemens,

1 Módulo com uma fonte 12Vcc, uma fonte 24Vcc e uma fonte variável 0 à 24Vcc, todas com

proteção contra inversão de pólos e sobre corrente, 1 Módulo composto por disjuntor de

45

proteção e sinaleiro para proteção dos demais módulos do painel, 1 Módulo com voltímetro

digital permitindo a medição de dois sinais simultaneamente, uma entrada mede corrente de 4

à 20mA e outra mede tensão de 0 a 10Vcc, 1 Módulo com motor de passo acoplado e com

driver de acionamento eletrônico de quatro bits com indicação luminosa para cada um dos bits

de acionamento, 1 Módulo com motor DC 24 Vcc com um encoder acoplado, 1 Módulo de

LEDs para indicação do acionamento de saída digital de oito bits, 1 Módulo com conversor

A/D de quatro bits com entrada de sinal analógico de 0 a 10Vcc e de 0 a 20mA e saída de

quatro bits em 24Vcc. 1 com conversor D/A de quatro bits com saída de sinal analógico de 0 a

10Vcc e de 0 a 20mA e entrada de quatro bits em níveis de 24Vcc. 1 Módulo com chave de

retenção e pulsadoras para simulação de sinais de entrada digital, 2 Módulos com uma chave

BCD para simulação de sinais de entrada, 1 Módulo de relés independentes e com contatos

reversíveis compostos por quatro relés para correntes de 10A e bobina de 24Vcc e 1 Módulo

de potenciômetros com dois potenciômetros de 10K lineares para simulação de sinais de

tensão ou corrente.

O custo de um kit didático desse nível é de R$ 16.100,00, com isso, para

implementa-lo no laboratório de automação necessitaria de um investimento de R$

193.200,00.

4.3.5 KB16M – Módulo CLP

Fig. 12 - Bancada didática KB16M – Módulo CLP [18]

46

A figura 13 representa a bancada da empresa 5, a qual possui 1 CLP S7-1200

idêntico ao do projeto, 2 fontes de alimentação 24 Vcc, 10 saídas digitais a relés, 14 entradas

digitais optoacopladas, 2 saídas analógicas de 0-10 Vcc, 4 entradas analógicas 0-10 Vcc, 2

displays de medição, 1 para medição de corrente e outro para medição da tensão das saídas

analógicas, 1 fonte variável de 0 à 10 Vcc e 2 potenciômetros.

Para teste de conversores a bancada conta com 1 conversor D/A de 4 bits e saída 0

à 10 Vcc, 1 Conversor A/D de 0 à 10V e saída 4 bits e 1 Conversor A/D de 4 a 20mA e saída

4 bits. Possui ainda 8 Sinalizadores de 24Vcc para aviso de acionamento da saída digital e 1

modulo BCD composto por 2 displays de 7 segmentos.

A bancada é energizada pelo acionamento de uma chave liga e desliga, e a

programação é feito pelo software do fabricante do CLP. O custo dessa bancada didática é de

R$ 21.325,00, com isso, para implementa-lo no laboratório de automação necessitaria de um

investimento de R$ 255.900,00.

4.4 ESPECIFICAÇÃO E DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES

Os componentes da bancada didática visa proporcionar total interação dos

educandos ao método de ensino “aprender fazendo” que a instituição adota. O aluno além de

aprender a programar o controlador lógico programável, irá desenvolver um conhecimento

técnico para montar um circuito de comando, ou seja, a bancada proporciona um bom

entendimento para criar um processo de automatização.

Com isso, apresenta-se os seguintes componentes que proporcionam esse

aprendizado:

47

Fig. 13 - CPU 1214C DC/DC/DC [9]

O principal componente da bancada pode ser visualizado na figura 14, o

controlador lógico programável 1214C DC/DC/DC possui um processador avançado, controle

bidirecional de acionamentos, 14 entradas digitais, 10 saídas digitais, 2 entradas analógica e

barramento PROFINET (Ethernet industrial). Com o controlador é possível monitorar e

controlar o processo de automatização proposto de acordo com a lógica do programa criado. É

um CLP de última geração que proporciona um aprendizado avançado e atualizado, suas

características podem serem vistas com mais detalhes no anexo A.

Fig. 14 - SIPLUS S7-1200 SB1232 [9]

Acoplado ao controlador lógico programável, o módulo de expansão representado

na figura 14 possui uma saída analógica 0-10 V (12 bits) e 0-20 mA (11 bits).

48

Fig. 15 - KTP600 BASIC COLOR PN [10]

Como pode-se observar na figura 15, a IHM é um componente que enriquece a

bancada didática, a KTP600 BASIC COLOR PN é adaptável a qualquer situação especifica de

visualização, com desempenho otimizado e funcional. Possui um display de 5,7" polegadas

256 cores TouchScreen, 6 teclas de configuração adicionais, 512Kb de memória,

comunicação PROFINET, PROFIBUS ou Ethernet, grau de proteção IP65, NEMA e 12/IP20,

ideal para controle de máquinas e edifícios e possui um design atrativo [10].

Fig. 16 - Switch SIMATIC NET CSM 1277 [9]

Coadjuvante na bancada vê-se na figura 16 o switch CSM 1277, ele é essencial

para o funcionamento de todo processo e aprendizado proposto pela bancada didática, ou seja,

sem ele não há a interligação dos dispositivos e PC. O switch é alimentado com 24 Vdc e

49

possui 4 portas RJ45, nas quais conecta-se o PC, CLP e a IHM. A comunicação é feita via

PROFINET (Ethernet industrial).

Fig. 17 – Disjuntor modular com proteção diferencial residual [ ]

A entrada de alimentação de energia da bancada didática é permitida através do

seccionamento do disjuntor modular representado na figura 17, tendo como objetivo a

proteção contra sobrecargas, curto circuitos, choques elétricos e incêndio. Possui corrente

nominal de 10 A, tensão máxima de 230 Vca, sensibilidades de 30 mA contra choque elétrico

e 300 mA contra incêndios.

Fig. 18 – Fonte de alimentação PSS24-W/2,5 [ ]

Para alimentação do CLP, IHM, Switch e bornes pinos bananas, utiliza-se uma

fonte chaveada de alimentação com tensão de saída 24 Vcc e corrente máxima de saída 2,5 A

com proteção de curto circuito, pode-se ver na figura 18.

50

Fig. 19 – Fonte de alimentação KD-1001/FR90-264Vac [ ]

Com intuito de alimentar bornes, nos quais conecta-se entradas analógicas do

CLP, utiliza-se uma fonte de alimentação com sinal de saída 10 Vcc e corrente máxima de 1

A, pode-se observar na figura 19.

Fig. 20 – Bornes banana [ ]

Os bornes bananas estão engajados há proporcionar uma maior interação dos

alunos, ou seja, permitem que os educandos criem os circuitos de comandos utilizando cabos

bananas conectados aos bornes disposto, na figura 20 pode-se observar melhor os modelos.

51

Serão utilizadas 5 cores de bornes 2 mm², a verde representa as entradas digitais

do CLP, saídas dos botões de pulso e saídas das chaves ON/OFF, a azul as saídas digitais do

CLP e entradas A1 da bobina dos relés, a amarela as entradas analógicas e saídas dos

potenciômetros, a vermelha as saídas de sinais + 10 Vcc e saídas de alimentação + 24 Vcc e a

preta representa as saídas de sinais – 10 Vcc, saídas de alimentação – 24 Vcc e entradas A2 da

bobina dos relés. Os bornes 4 mm² pretos serão utilizados nas entradas e saídas dos relés.

Fig. 21 - Mini voltímetro digital [ ]

Para fins de medição da variação de tensão ocasionada pela saída analógica do

CLP, utiliza-se um mini voltímetro digital representado pela figura 21. Com ele pode-se obter

uma análise clara do sinal da saída analógica, em uma faixa de 0 à 10 Vcc.

Fig. 22 – Relé modular - 2 contatos [ ]

Como pode-se observar na figura 22, a bancada é composta de relés para

simulação de processos automatizados, as bobinas dos relés serão controladas pelas saídas do

CLP e os contatos dos relés podem conectar equipamentos externos. Os relés utilizados

52

possuem um contato comum, uma saída normalmente fechada e uma saída normalmente

aberta.

Fig. 23 – Potenciômetro 10 K linear [ ]

A figura 23 representa o potenciômetro de 10 K projetado, ele proporciona a

variação do sinal +10 Vcc recebido e emiti através dos bornes e cabos bananas o sinal

resultante para a entrada analógica do CLP.

Fig. 24 – Botão de pulso [ ]

A bancada didática contará com 14 botões de pulso semelhante ao da figura 24,

eles simulam uma mudança de estado do sinal na entrada digital, permitindo assim, efetuar

testes da lógica de programa efetuada no CLP.

Fig. 25 - chave alavanca ON/OFF [ ]

53

Com o mesmo intuito que os botões de pulso, a bancada possui 14 chaves

alavanca ON/OFF como representado na figura 25, permitindo que essa mudança de sinal na

entrada digital tenha retenção, ou seja, sempre ligado ou sempre desligado.

4.5 DIAGRAMA MULTIFILAR E LAYOUT

Com objetivo de detalhar a bancada didática e facilitar na montagem, foi criado

um diagrama multifilar demonstrando todas conexões e componentes utilizados na bancada,

com simbologias típicas e detalhamentos dos dispositivos, podendo ser facilmente

interpretada por um profissional habilitado.

Foi desenvolvido também um layout, o qual possibilita uma análise de como o

projeto ficará. Nele pode-se obter a localização, posição e descrição de cada componente, bem

como a estruturação da bancada didática.

4.5.1 Diagrama multifilar da bancada didática

Fig. 26 – Diagrama topologia de rede [Do autor]

54

Como pode-se observar na figura 26, a bancada possui uma topologia de rede em

estrela, ou seja, o CLP, a IHM e o PC estão interligados por um único componente o switch

CSM 1277. Cada dispositivo possui um endereço de IP para não haver conflitos na rede e

utilizam um cabo ethernet industrial para comunicação. O diagrama pode ser analisado

melhor no anexo C.

Fig. 27 – Diagrama alimentação das fontes [Do autor]

A figura 27 representa alimentação da bancada didática e o devido aterramento.

Como pode-se observar, a rede 220 Vca externa passa por um disjuntor DR na entrada, que ao

ser acionado permiti alimentação das duas fontes chaveadas que compõem a bancada, e a

partir dessas a energização dos dispositivos acontecem. Para uma melhor visualização

conferir anexo D.

55

Fig. 28 – Diagrama entradas do CLP [Do autor]

Na figura 28 pode-se observar as entradas do CLP, ou seja, entradas de

alimentação, entradas digitais, aterramento e entradas analógicas. As entradas L+ recebe o

sinal + 24 Vcc, as M e 1M recebem o sinal – 24 Vcc, a 2M recebe o sinal – 10 V da referência

do sinal recebido na entrada analógica, o aterramento é ligado na sua devida simbologia como

mostra a figura e as entradas digitais e analógicas são ligadas aos bornes, os verdes são

digitais e os amarelos são analógicas. No anexo E pode-se analisar melhor esse diagrama.

Fig. 29 – Diagrama saídas do CLP [Do autor]

56

As saídas digitais do CLP são acionadas por transistor, por essa razão os bornes

3L+ e 3M são conectados a fonte 24 Vcc para alimentar os transistores, as saídas digitais são

ligadas aos bornes azuis, como pode-se ver na figura 29. O CLP possui um signal board

acoplado a ele, o qual possui uma saída analógica que é ligada diretamente a um mini

voltímetro digital 0-10 Vcc. O anexo F apresenta de forma mais clara esse diagrama.

Fig. 30 – Diagrama potenciômetros da bancada [Do autor]

A bancada didática possui 2 potenciômetros para variar o valor do sinal de 0 à 10

Vcc, o qual alimenta as entradas analógicas existentes no CLP. A figura 30 representa esses

potenciômetros, onde seus terminais são ligados aos bornes amarelos conforme o digrama. O

anexo G mostra com mais clareza esse diagrama.

57

Fig. 31 – Diagrama chaves alavanca ON/OFF [Do autor]

A figura 31 representa como as chaves alavanca da bancada são conectadas. Elas

recebem um sinal +24 Vcc e suas saídas são ligadas aos bornes verdes. O anexo H representa

melhor esse diagrama.

Fig. 32 – Diagrama botões de pulso [Do autor]

Assim como as chaves alavanca ON/OFF, os botões de pulso da bancada são

conectados, como pode-se ver na figura 32. Eles recebem um sinal +24 Vcc e suas saídas são

ligadas aos bornes verdes. O anexo I representa de uma forma mais ampla esse diagrama.

58

Fig. 33 – Diagrama bobinas dos relés [Do autor]

Na figura 33 pode-se analisar como é ligada as bobinas dos relés. Cada relé possui

uma bobina com dois terminais, A1 e A2. O A1 é ligado ao borne azul e o A2 ao borne preto.

Pode-se ver melhor no anexo J.

Fig. 34 – Diagrama contatos dos relés [Do autor]

A bancada didática possui 5 relés e cada relé possui 3 contatos (COM, NA e NF).

O diagrama representado pela figura 34 mostra como esses contatos serão ligados, ou seja,

são conectados aos bornes pretos. O anexo K está de forma mais ampla representando essa

ligação.

59

Fig. 35 – Diagrama alimentações das fontes [Do autor]

Na figura 35 podemos ver no diagrama que a bancada didática ainda conta com

alguns bornes com sinais de tensão Vcc. São 2 bornes pretos com sinal - 10 Vcc, 2 bornes

vermelhos com sinal + 10 Vcc, 5 bornes vermelhos com sinal + 24 Vcc e 5 bornes pretos com

sinal - 24 Vcc. Esses bornes recebem os sinais diretos das fontes chaveadas. No anexo L

pode-se analisar de forma mais ampla essas ligações.

4.5.2 Layout da bancada didática

Com o layout a montagem da bancada didática pode ser feita de forma clara e

objetiva, pois com ele obtém-se a localização de cada componente, bem como a estética.

60

Fig. 36 – Bastidor vertical [Do autor]

O projeto se realizou-se, tendo como base o reaproveitamento do bastidor das

bancadas antigas já existentes na instituição SATC. Suas medidas foram computadorizadas,

ou seja, foi desenhada através de um programa disponível na internet, o Google SketchUp 8,

para que pode-se criar o projeto da bancada didática.

Fig. 37 – Vista frontal da bancada [Do autor]

Criado o desenho do bastidor, efetuou-se o projeto da bancada proposta. Foram

utilizadas medidas reais, para não haver erros na montagem, com isso todos os dispositivos e

demais componentes foram criados junto ao bastidor, tendo ao final a bancada didática como

pode-se observar na figura 37.

61

Fig. 38 – Vista panorâmica da bancada 1 [Do autor]

Na figura 38 pode-se obter uma noção maior da bancada didática. Observa-se que

a bancada possui uma tampa atrás, para que os alunos não tenham acesso as ligações e não

corram o risco de acidentes.

Fig. 39 – Vista panorâmica da bancada 2 [Do autor]

A figura 39 transparece melhor a tampa que obstrui o acesso dos alunos as

ligações atrás da bancada, evitando um choque elétrico. Ela é fixada por 6 parafuso M3 allen.

62

Fig. 40 – Vista traseira da bancada [Do autor]

A tampa traseira além de obstruir o acesso por trás da bancada, possui um aviso

de perigo tensão 220 Vca, como pode-se ver na figura 40.

Fig. 41 – Posição do parafuso [Do autor]

Como citado anteriormente, a tampa traseira é fixada por 6 parafusos. Na figura

41 pode-se analisar melhor o encaixe dessa tampa, assim como a furação do parafuso.

63

Fig. 42 – Vista frontal ampliada 1 [Do autor]

Na vista frontal ampliada na parte superior como mostra a figura 42, pode-se ver a

localização de cada componente e suas descrições. É possível ver o local dos botões de pulso,

da IHM, Chaves alavanca ON/OFF e até mesmo o emblema da faculdade SATC. Observa-se

que cada botão de pulso e chave ON/OFF possui um borne de saída.


A figura 43 apresenta a vista frontal ampliada no meio da bancada, vê-se a

localização do mini voltímetro digital, os 2 potenciômetros e seus bornes de ligação, o CLP, o

switch, os bornes de entradas digitais, saídas digitais e entradas analógicas e o emblema da

instituição SATC. Pode-se analisar que acima e abaixo do CLP há uma abertura da placa

frontal para a passagem dos cabos do CLP e switch.

64


Já a figura 44 mostra a vista frontal ampliada na parte inferior da bancada. Com

isso, vê-se a localização do disjuntor DR que aciona a bancada, os bornes de alimentação

derivados das fontes chaveadas, os bornes dos relés e os relés propriamente dito. Pode-se

analisar que a placa frontal é aberta acima e abaixo dos relés para passagem dos cabos e que

cada componente possui sua descrição.

65

5 ANÁLISE DE CUSTOS

Como pode-se observar não foi possível montar a bancada didática por questões

de tempo, porém, o trabalho foi gratificante. Através de programa criou-se um layout em

medidas reais e com isso pode-se fazer um levantamento de componentes e materiais a serem

usados.

Com esse levantamento obteve-se um custo real de quanto gastaria para montar

essa bancada didática. Por essas razões, foi atingido o objetivo que era o baixo custo e a

segurança dos educandos.

Com base em orçamentos reais montou-se uma tabela com os componentes da

bancada e seus devidos preços, como podemos ver na tabela 2.

Tab. 2 – Custos da bancada didática [Do autor]

66

6 CONCLUSÕES

Etapa esta que servirá para você evidenciar as conquistas alcançadas com o estudo

e indicar as limitações e as reconsiderações. Além disso, você poderá apontar a relação entre

fatos verificados e teoria e mostrar a contribuição da pesquisa para o meio acadêmico,

empresarial e/ou para o desenvolvimento da ciência e tecnologia. Além disso, você poderá

sugerir temas complementares a sua pesquisa para estudos futuros. Responda aqui a sua

pergunta-problema de pesquisa.

67

REFERÊNCIAS

[1] MORAES, Cicero Couto de; CASTRUCCI, Plínio de Lauro. Engenharia de automação

industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. 347 p.

[2] IV WBGPPCE 2004 - WORKSHOP BRASILEIRO DE GESTÃO DO PROCESSO DE

PROJETO NA CONSTRUÇÃO DE EDIFÍCIOS, 4., 2004, Rio de

Janeiro. EDIFICAÇÕES INTELIGENTES: PRESSUPOSTOS PARA O SEU

PROJETO DE ARQUITETURA. Rio de Janeiro: FAU - Faculdade de Arquitetura e

Urbanismo, 2004. 8 p.

[3] MURATORI, José Roberto; BÓ, Paulo Henrique Dal. Automação

Residencial: conceitos e aplicações. Belo Horizonte: Educere, 2013. 200 p.

[4] PUPO, Mauricio Santos. Interface homem-máquina para supervisão de um CLP em

controle de processos através da WWW. 2002. 113 f. Dissertação (Mestrado) - Curso

de Engenharia Elétrica, Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São

Paulo, São Carlos, SP, 2002. Cap. 2.

[5] XXXV CONGRESSO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA, 35., 2007,

Curitiba. UMA EXPERIÊNCIA DE EDUCAÇÃO CONTINUADA EM

AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – BANCADA DIDÁTICA COM CLP. Curitiba, PR:

UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2007. 14 p.

[6] FRANCHI, Claiton Moro; CAMARGO, Valter Luís Arlindo de. Controladores Lógicos

Programáveis. São Paulo: Érica, 2008. 352 p.

[7] CAPELLI, Alexandre. Automação Industrial: Controle do movimento e processos

contínuos. 2. ed. São Paulo: Érica, 2001. 236 p.

[8] AGUIRRE, Luís Antonio et al (Ed.). Enciclopédia de Automática: Controle e

Automação. São Paulo: Blucher, 2007. 450 p.

[9] SIEMENS. SIMATIC S7-1200: A integração faz a diferença. 2009. Disponível em: <

http://www.siemens.com.br/simatic-s7-1200>. Acesso em: 23 fev. 2014.

[10] SIEMENS. Painéis SIMATIC HMI Basic. Disponível em: <

http://www.industry.siemens.com.br/automation/br/pt/monitoramento-controle/hmi-

espec/Pages/Default.aspx>. Acesso em: 23 fev. 2014.

[11] MINISTÉRIO DO TRABALHO E EMPREGO. NORMA REGULAMENTADORA

12: SEGURANÇA NO TRABALHO EM MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS. Brasília:

MTE, 2013. 85 p.

[12] NOGUEIRA, T. A. Redes de comunicação para sistemas de automação industrial.

2009. 83 f. Monografia (Graduação em Engenharia de controle e automação) -

Universidade Federal de Ouro Preto, Minas Gerais, 2009.

[13] BORGES, F. Redes de comunicação industrial. Portugal: Centro de Formação da

Schneider Electric, 2007. 2 v.

68

ANEXOS

69

ANEXO A – Características da linha S7-1200

70

ANEXO B – Evolução dos CLPs

Anos Tecnologias, Inovações Características principais

1969 Circuitos digitais convencionais Substituição de controles lógicos

implementados com relés

1971 Circuitos digitais com maior grau

de integração microprocessador

Substituição de contadores e

temporizadores, operações

aritméticas, terminais portáteis de

programação, impressão dos

programas e relatórios

1976 Microprocessador de 16 bits

Entradas e saídas analógicas,

comunicação entre CLPs, maior

capacidade de entradas e saídas

1981

Rede maior variedade de

microprocessadores a custos

menores

Maior capacidade aritmética, CLPs

em rede, módulos complexos,

entradas e saídas remotas, recursos

para implementação de interfaces

com o operador, CLPs de diversos

portes e capacidades

1989 Maior grau de integração dos

componentes semicondutores

CLPs de porte muito pequeno (uma

placa), sistemas de supervisão,

várias formas de programação, PCs

transformados em CLPs,

multiplicidade de tipos de módulos

de entradas e saídas, esforços de

padronização

1995 à 2006 Novas técnicas aplicadas a controle

redução de custos da tecnologia

Técnicas de inteligência artificial,

interfaces baseadas em lógica

nebulosa, menores tempos de

varredura, mais recursos

aritméticos (ponto flutuante),

recursos de diagnósticos e detecção

de falhas, CLPs de baixo custo,

maior densidade de E/S por

módulos, conexão com

barramentos de campo, interfaces

inteligentes, esforços de

padronização

71

ANEXO C – Topologia de rede da bancada didática

72

ANEXO D – Alimentação das fontes chaveadas

73

ANEXO E – Entradas do CLP

74

ANEXO F – Saídas do CLP

75

ANEXO G – Potenciômetros

76

ANEXO H – Chaves alavanca ON/OFF

77

ANEXO I – Botões de pulso

78

ANEXO J – Bobinas dos relés

79

ANEXO K – Contatos dos relés

80

ANEXO L – Alimentações na bancada didática

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DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA DE BAIXO CUSTO …