UNIVERSIDADE DE TAUBAT

Gil Augusto de Carvalho

PROPOSTA DE MODERNIZAO EM INSTALAO

INDUSTRIAL DE MOAGEM DE ESCRIA

Taubat - SP

2012

Gil Augusto de Carvalho

PROPOSTA DE MODERNIZAO EM INSTALAO

INDUSTRIAL DE MOAGEM DE ESCRIA

Dissertao apresentada para obteno do Ttulo de Mestre pelo Curso de Ps-graduao do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Taubat, rea de Concentrao: Automao Orientador: Prof. Dr. Francisco Carlos Parquet Bizarria Co-orientador: Prof. Dr. Jos Walter Parquet Bizarria

Taubat SP 2012

Carvalho, Gil Augusto de Proposta de modernizao em instalao industrial de moagem de

escria / Gil Augusto de Carvalho. 2012. 112 f.: il.

Dissertao (Mestrado) Universidade de Taubat, Departamento

de Engenharia Mecnica, 2012 Orientao: Prof. Dr. Francisco Carlos Parquet Bizarria,

Departamento de Engenharia Mecnica. Co-orientao: Prof. Dr. Jos Walter Parquet Bizarria, Departamento de Engenharia Mecnica.

1. Automao. 2. Fbrica de Cimento. 3. Moagem de Escria.

I. Ttulo.

GIL AUGUSTO DE CARVALHO

PROPOSTA DE MODERNIZAO EM INSTALAO INDUSTRIAL DE MOAGEM

DE ESCRIA

Dissertao apresentada para obteno do Ttulo de Mestre pelo Curso de Ps-graduao do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Taubat, rea de Concentrao: Automao

Data: 16/02/2012

Resultado:_________________

BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. Francisco Carlos Parquet Bizarria Universidade de Taubat

Assinatura __________________________________

Prof. Dr. Jos Walter Parquet Bizarria Universidade de Taubat

Assinatura __________________________________

Prof. Dr. Viktor Pastoukhov Universidade de Taubat

Assinatura __________________________________

Prof. Dr. Alfredo Rocha de Faria DCTA / ITA

Assinatura __________________________________

Dedico este trabalho minha famlia pelo apoio e incentivo incondicional

recebidos durante a realizao do curso de mestrado.

AGRADECIMENTO

Ao professor Dr. Francisco Carlos Parquet Bizarria, pelo profissionalismo,

competncia e comprometimento na conduo da orientao deste trabalho.

RESUMO

Este trabalho apresenta uma proposta de modernizao para instalao industrial de

moagem de escria em uma fbrica de cimento, com atualizao tecnolgica

(retrofit) nos principais componentes do referido processo, voltada para a

implementao de uma arquitetura de automao com operao remota. Atualmente

a instalao dessa moagem ainda utiliza a tecnologia da dcada de sessenta e no

est automatizada, estabelecendo situao que exige a realizao de ajustes

manuais para o seu funcionamento. Alm disso, a planta est desprovida de sistema

para a superviso remota da operao. A continuidade dessa situao tem potencial

suficiente para comprometer a segurana, prejudicar a produo e aumentar o nvel

de estresse fsico e psicolgico dos operadores. Nesse contexto, este trabalho

prope uma arquitetura de automao para realizar a superviso, o comando e a

operao remota da instalao, a qual baseada em soluo tcnica moderna,

inovadora e de investimentos moderados. A validao do sistema proposto

realizada por meio de testes em prottipo que adota os principais componentes da

aludida arquitetura. Os resultados satisfatrios obtidos nos testes realizados indicam

que a proposta apresentada neste trabalho vivel e adequada para a finalidade

que se destina.

Palavras-chave: Automao. Fbrica de Cimento. Moagem de escria. Modernizao.

ABSTRACT

This paper presents a proposal for upgrading the mill slag industrial facility in a

cement plant, with technology upgrade (retrofit) of the main components of that

process, focused on implementation of an automation architecture with remote

operation. Currently the installation of this mill still uses the technology of the sixties

and is not automated, a situation that requires manual adjustments to its operation.

Besides, the plant is devoid of a system for remote monitoring of that operation. The

continuation of this hazardous situation has potential to compromise safety, crippling

production and increasing the level of physical and psychological stress of workers.

In this context, this work proposes an automation architecture to perform supervision,

control and remote operation of the facility, which is based on modern technical

solution, innovation and moderate investments. The validation of the proposed

system is performed by testing prototype that takes the main components of the

aforementioned architecture. The good results obtained indicate that the proposal

presented is feasible and appropriate for the purpose intended.

Keywords: Automation. Cement Factory. Grinding slag. Modernization.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Diagrama de um processo de moagem de escria em circuito aberto ...... 24

Figura 2 - Princpio de funcionamento da balana dosadora de correia ................... 25

Figura 3 - Balana dosadora de correia .................................................................... 26

Figura 4 - Vista interna do moinho ............................................................................ 27

Figura 5 - Componentes do acionamento do moinho ................................................ 28

Figura 6 - Funcionamento do filtro de mangas .......................................................... 29

Figura 7 - Diagrama do funcionamento do reostato lquido ....................................... 30

Figura 8 - Reostato lquido - Arrancador ................................................................... 31

Figura 9 - Pirmide da automao ............................................................................ 33

Figura 10 - Nveis 1, 2 e 3 da pirmide de automao .............................................. 34

Figura 11 - Tipos de IHM dedicadas ......................................................................... 35

Figura 12 - Janela de um sistema SCADA ................................................................ 36

Figura 13 - Janela em construo no SCADABR. ..................................................... 37

Figura 14 - Janela de configurao do SACADABR. ................................................ 39

Figura 15 - Meio fsico a dois fios para protocolo Modbus ........................................ 41

Figura 16 - Microcontrolador CUBLOC CB-280 ........................................................ 42

Figura 17 - Estrutura de um controlador lgico programvel .................................... 43

Figura 18 - Mdulo de entrada optoisolador .............................................................. 45

Figura 19 - Mdulo de sada a rel ............................................................................ 45

Figura 20 - Mdulo de sada a TRIAC ....................................................................... 46

Figura 21 - Mdulo de sada a transistor ................................................................... 46

Figura 22 - Exemplos de linguagens de CLP ............................................................ 47

Figura 23 - Ciclo de execuo das atividades do CLP .............................................. 48

Figura 24 - Ilustrao de um CLP tradicional comparado ao CUBLOC ..................... 49

Figura 25 - Comparao entre sistema monotarefa e sistema multitarefa ................ 50

Figura 26 - Tela do ambiente de desenvolvimento integrado Cubloc Studio ............ 51

Figura 27 - Formas de energia em um sensor .......................................................... 52

Figura 28 - Elementos de comando .......................................................................... 53

Figura 29 - Sensor fim de curso mecnico ................................................................ 54

Figura 30 - Modo de atuao de um sensor indutivo ................................................ 54

Figura 31 - Sensor de proximidade indutivo .............................................................. 55

Figura 32 - Pressostato industrial .............................................................................. 55

Figura 33 - Chave de fluxo industrial ......................................................................... 56

Figura 34 - Termostatos industriais ........................................................................... 56

Figura 35 - Chave de nvel com haste e flutuador ..................................................... 57

Figura 36 - Clula de carga industrial ........................................................................ 58

Figura 37 - Tacogerador ............................................................................................ 58

Figura 38 - Sensor de temperatura tipo PT-100 ........................................................ 59

Figura 39 - Transformador de corrente ..................................................................... 59

Figura 40 - Transdutor de potncia ........................................................................... 60

Figura 41 - Desenho explodido de motor eltrico trifsico de gaiola ......................... 62

Figura 42 - Exemplo de digitalizao e linearizao de sinais .................................. 63

Figura 43 - Diagrama do processo de moagem de escria ....................................... 65

Figura 44 - Mapa mental do sistema de controle da moagem de escria ................. 70

Figura 45 - Diagrama da arquitetura de automao proposta ................................... 73

Figura 46 - Arquitetura do sistema de acionamento do motor de anis .................... 74

Figura 47 - Arquitetura do sistema de dosagem de escria ...................................... 77

Figura 48 - Prottipo para superviso, controle e processo ...................................... 80

Figura 49 - Vista do prottipo para o sistema de acionamento do motor de anis .... 82

Figura 50 - Vista do prottipo para o sistema de dosagem ....................................... 83

Figura 51 - Fluxograma de partida do motor com reostato lquido ............................ 88

Figura 52 - Fluxograma de parada do motor com reostato lquido ............................ 89

Figura 53 - Fluxograma do funcionamento da balana dosadora ............................. 93

Figura 54 - Janela de interface do sistema de acionamento do motor de anis ....... 95

Figura 55 - Janela de interface do sistema de dosagem ........................................... 96

Figura 56 - Janela geral de interface grfica ............................................................. 99

Figura 57 - Mdulo experimental utilizado para o sistema do motor de anis ......... 100

Figura 58 - Simulao da atuao da proteo do disjuntor do motor de anis ...... 101

Figura 59 - Efeito da atuao da proteo do disjuntor ........................................... 102

Figura 60 - Simulao de variao de temperatura do motor de anis ................... 103

Figura 61 - Confirmao da alterao de temperatura do motor de anis .............. 103

Figura 62 - Mdulo experimental utilizado para a dosagem de escria .................. 104

Figura 63 - Simulao da atuao de chave de bloqueio da balana ..................... 105

Figura 64 - Efeitos da atuao da chave de bloqueio da balana ........................... 105

Figura 65 - Simulao de peso e velocidade da balana dosadora ........................ 106

Figura 66 - Efeitos das alteraes de peso e velocidade ........................................ 107

Figura 67 - Testes com os dois controladores Cubloc conectados ......................... 108

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Entradas e sadas do processo ................................................................ 67

Tabela 2 - Requisitos lgicos da arquitetura ............................................................. 68

Tabela 3 - Requisitos fsicos da arquitetura .............................................................. 71

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABCP Associao Brasileira de Cimento Portland

ASCII American Standard Code for Information Interchang

API Application Programming Interface

CA Corrente Alternada

CCM Centro de Controle de Motores

CH Computador Hospedeiro

CLP Controlador Lgico Programvel

DTE Data Terminal Equipment

DCE Data Communication Equipment

EIA Electronic Industries Alliance

FBD Function Block Diagram

FET Field Effect Transistor

Hz Hertz (unidade de freqncia)

IDE Integrated Development Enviroment

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

IHM Interface Homem-Mquina

IL Instruction List

LD Ladder Diagram

LED Light Emitting Diode

OSI Open System Interconection

MODBUS Serial communications protocol published by Modicon

RAM Random Access Memory

RETROFIT Melhorar, Aperfeioar e Modernizar

RTU Remote Terminal Unit

SCADA Supervisory, Control and Data Acquisition

TAG Name, identification

TRIAC Triode for Alternating Current

ULA Unidade de Lgica e Aritmtica

USB Universal Serial Bus

www world wide web

http://en.wikipedia.org/wiki/Communications_protocolhttp://en.wikipedia.org/wiki/Modicon

SUMRIO

CAPTULO 1 - INTRODUO .................................................................................. 14

1.1 Descrio do problema ................................................................................. 14

1.2 Soluo proposta .......................................................................................... 15

1.3 Objetivos do trabalho .................................................................................... 15

1.4 Mtodo .......................................................................................................... 15

1.5 Reviso bibliogrfica ..................................................................................... 16

1.6 Estrutura do trabalho .................................................................................... 21

CAPTULO 2 - CONCEITOS BSICOS .................................................................... 23

2.1 Processo de moagem de escria ................................................................. 23

2.1.1 Diagrama do processo da moagem de escria em circuito aberto ............... 24

2.1.2 Sistema de dosagem de matria-prima ........................................................ 25

2.1.3 Moagem do material ..................................................................................... 26

2.2 Retrofit .......................................................................................................... 32

2.3 Arquitetura da automao industrial ............................................................. 32

2.4 Sistema de superviso ................................................................................. 34

2.4.1 Sistema de superviso SCADABR ............................................................... 36

2.5 Redes de comunicao de dados ................................................................ 38

2.5.1 Especificao de uma rede de automao ................................................... 39

2.6 Microcontrolador ........................................................................................... 42

2.7 Controlador lgico programvel .................................................................... 43

2.7.1 Linguagens de programao de CLP ........................................................... 46

2.7.2 Programa de instrues de uso interno ........................................................ 48

2.7.3 Ciclo de execuo das atividades................................................................. 48

2.8 Sistema CUBLOC ......................................................................................... 49

2.9 Sensores ...................................................................................................... 51

2.9.1 Sensores digitais .......................................................................................... 53

2.9.2 Sensores analgicos .................................................................................... 57

2.9.3 Caractersticas de sensores ......................................................................... 60

2.10 Atuadores ..................................................................................................... 61

2.11 Conversores analgico/digital e digital/analgico ......................................... 63

CAPTULO 3 - DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO ............................................ 64

3.1 Elaborao do diagrama da planta ............................................................... 64

3.2 Adaptaes necessrias aos equipamentos ................................................ 65

3.3 Requisitos lgicos e fsicos ........................................................................... 68

3.4 Arquitetura proposta ..................................................................................... 72

3.4.1 Arquitetura do sistema de acionamento do motor de anis .......................... 73

3.4.2 Arquitetura do sistema de dosagem de escria ............................................ 76

3.5 Prottipo ....................................................................................................... 79

3.5.1 Prottipo para o sistema de acionamento do motor de anis ....................... 81

3.5.2 Prottipo para o sistema de dosagem de escria ......................................... 82

3.6 Programas de gerenciamento ...................................................................... 83

3.6.1 Algoritmo para acionamento do motor de anis ........................................... 84

3.6.2 Algoritmo para o sistema de dosagem de escria ........................................ 90

3.7 Interfaces grficas ........................................................................................ 94

3.7.1 Interface grfica do sistema de acionamento do motor de anis .................. 94

3.7.2 Interface grfica do sistema de dosagem de escria.................................... 96

3.7.3 Interface grfica geral de todo o sistema ...................................................... 98

3.8 Testes ........................................................................................................... 99

3.8.1 Testes do sistema de acionamento do motor de anis ............................... 100

3.8.2 Testes do sistema de dosagem de escria ................................................ 104

3.8.3 Testes do conjunto da moagem ................................................................. 108

CAPTULO 4 - CONCLUSES E TRABALHOS FUTUROS ................................... 109

REFERNCIAS........................................................................................................ 110

14

CAPTULO 1 - INTRODUO

Esse captulo tem a finalidade de introduzir o leitor ao tema desse trabalho, o

qual relativo modernizao de instalao de moagem de escria em uma fbrica

de cimento. Com esse propsito inicialmente descreve-se o problema a ser

resolvido, apresenta-se a soluo proposta para o mesmo, so citados os objetivos

envolvidos nessa soluo, expe-se os mtodos utilizados na pesquisa, realizada

a reviso bibliogrfica e por fim descreve-se a estrutura utilizada para a realizao

do estudo.

1.1 Descrio do problema

Em uma indstria nacional de mdio porte, que atua no ramo da fabricao de

cimento, h um processo de moagem de escria de alto forno de siderurgia, em

circuito aberto, montado com a tecnologia da dcada de sessenta. Esse processo

industrial no est automatizado e possui como principais componentes da linha de

fabricao um moinho de bolas, acionado por um motor de anis, e uma balana

dosadora de material, responsvel pelo suprimento de matria prima para o moinho.

Atualmente a partida do motor do moinho desempenhada por meio de um reostato

cuja comutao das resistncias realizada manualmente por ao do operador em

volante mecnico no local de sua instalao. O sistema de dosagem de material

para alimentao do moinho opera somente no modo manual, com variao da

rotao da balana por meio de ajuste da freqncia, no local de instalao da

balana, direto no inversor de freqncia da mesma. No obstante, os demais

equipamentos do processo tambm so ligados, desligados e monitorados apenas

do local onde esto instalados, na rea industrial. A continuidade dessa situao tem

potencial suficiente para comprometer a segurana da operao por aes manuais

sucessivas, prejudicar a qualidade do produto por falha de monitoramento, causar

perda de produo por atrasos na tomada de aes e aumentar o nvel de estresse

fsico e psicolgico dos operadores da linha de fabricao. Nesse sentido, cabe

mencionar que as informaes sobre essa situao foram obtidas de modo informal

com operadores e responsveis pelo aludido processo.

15

1.2 Soluo proposta

Modernizar a instalao industrial da moagem de escria objeto desse

estudo, com atualizao tecnolgica (retrofit) nos principais componentes do referido

processo de forma a permitir a implementao de uma arquitetura de automao

para sua operao em modo remoto.

1.3 Objetivos do trabalho

Propor arquitetura de automao para realizar a superviso, o comando e a

operao remota da instalao de moagem de escria, baseada em soluo tcnica

moderna, inovadora e de investimentos moderados.

Validar o sistema proposto por meio da realizao de testes em prottipo de

simulao da automao da planta, que adote os principais componentes da aludida

arquitetura.

1.4 Mtodo

A pesquisa referente a este trabalho pode ser considerada de natureza

aplicada, na busca de soluo para um problema especfico de modernizao de

uma planta industrial. J a abordagem qualitativa considerando-se a busca de

caractersticas que atendam aos requisitos da automao proposta no processo de

modernizao. A modalidade experimental no que diz respeito aos testes

efetuados em prottipo para validao do atendimento aos requisitos esperados e

pode ser considerada tambm bibliogrfica pelo fato de se basear na coleta de

dados j publicados sobre o assunto em questo, para as comparaes

necessrias. Os dados utilizados foram pesquisados em livros, manuais de

fabricantes de equipamentos que foram abordados neste trabalho, e, na rede de

comunicao de alcance mundial (www - world wide web). Do ponto de vista dos

objetivos a pesquisa se encaixa como exploratria, com procedimentos tcnicos de

estudo de caso por se tratar de uma aplicao em uma rea industrial especfica na

16

qual o autor j trabalha h 27 anos. Quanto anlise pode-se considerar a mesma

dedutiva dos dados, ou seja, a arquitetura proposta utiliza equipamentos e softwares

j utilizados em outras aplicaes industriais (LAKATOS; MARCONI, 1991).

1.5 Reviso bibliogrfica

Este item tem como objetivo principal apresentar a reviso bibliogrfica de

temas de outros autores que guardam relao com esse trabalho. Dessa forma so

abordados a seguir temas introdutrios relativos ao processo e tecnologias utilizadas

em instalaes industriais de moagem de escria, que uma parte do processo de

fabricao de cimento.

Ao efetuar pesquisa sobre o uso das escrias siderrgicas na construo civil,

as quais so normalmente utilizadas como matrias-primas em moagens similares

quela estudada neste trabalho, Battagin (2001) apresenta o assunto da seguinte

forma:

As primeiras referncias que se encontram na literatura sobre o emprego

das escrias como aglomerante datam pelo menos de 1774 quando Loriot

divulga o descobrimento das propriedades cimentcias das escrias em

misturas de escria e cal. Posteriormente, Vicat, em 1818, observando a

similaridade de composio entre a escria e o clnquer previu o seu

emprego na indstria cimenteira antes que Joseph Aspdin homologasse a

patente em 1824 do cimento Portland propriamente dito. Contudo, o grande

impulso para o aproveitamento das escrias foi devido a Langen, na

Alemanha em 1862, com o desenvolvimento da granulao da escria na

sada do alto-forno, em investigaes efetuadas ainda em misturas de

escria e cal. O primeiro cimento Portland com escria, em carter

comercial, somente surgiria em 1882 na Alemanha, graas a Prussing, com

utilizao de clnquer e escria modos conjuntamente. Em 1909, o Governo

alemo oficializaria o uso de at 30% de escria no cimento e,

posteriormente, em 1917, seria reconhecido um cimento com at 70% de

escria. No Brasil, a fabricao de cimento Portland de alto-forno mais

recente, com produo, em 1952, de 71765 toneladas de cimento, pela

Cimento Tupi S.A., em Volta Redonda/RJ, com emprego de cerca de 21000

toneladas de escria (BATTAGIN, 2001, pg. 9).

... As escrias possuem a capacidade de gerar por ativao ou combinao

com a cal liberada pela hidratao do clnquer compostos com propriedades

17

aglomerantes similares aos gerados pelos cimentos Portland comum. As

principais razes de utilizao na indstria cimenteira devem-se: ao seu

baixo custo, pois constituem subprodutos industriais; diminuio do

consumo energtico especfico da fabricao do cimento que esses

materiais proporcionam, contribuindo para a economia de combustveis

importados ou no; s propriedades especficas que acarretam ao cimento

(baixo calor de hidratao, baixa permeabilidade, inibio da reao lcali-

agregado, etc.), com aplicaes vantajosas sobre o cimento comum em

obras, por exemplo, de barragens, canais de conduo de esgotos, obras

sujeitas ao da gua do mar, etc.; a razes ecolgicas, com

aproveitamento de rejeitos industriais poluidores, e; a razes estratgicas,

evitando que as jazidas de calcrio sejam exauridas prematuramente.

Atualmente de grande relevncia a adio de escria no cimento visando

conservao ambiental. Efetivamente, a adio de 65% de escria reduz

a energia gasta na produo de cimento de 3,53 GJ/t para 1,67 GJ/t, alm

da diminuio das emisses de CO2. A escria granulada de alto-forno

pode ser moda em conjunto ou em separado com o clnquer Portland

desde que obedea s propores de 6% a 34% no cimento Portland

composto (NBR11578) e de 35% a 70% no cimento Portland de alto-forno

(BATTAGIN, 2001, pg. 10).

As escrias provenientes dos processos siderrgicos so normalmente

granuladas na sada do alto forno para facilitar a sua utilizao na indstria

cimenteira e antes de integrar o cimento ainda preciso a passagem pelos

processos de secagem e moagem at se atingir as especificaes necessrias. Com

uma abordagem mais especfica sobre moagens e moinhos relacionados indstria

cimenteira, Sanchez, Matsushita e Pons (1989), em seu livro sobre o tema, enfatiza

o controle automtico das plantas industriais como imprescindvel na evoluo da

indstria, conforme relatado a seguir:

Denominamos cimentos misturados mistura de cimento portland com

algum componente hidraulicamente ativo ou no, tal como a escria

granulada de alto forno, pozolanas naturais ou artificiais, calcrio, etc. Estes

cimentos tm obtido uma grande importncia devido a seu custo, aumento

de capacidade do componente ativo, economia de energia e por suas

propriedades (especialmente seu baixo calor de hidratao) (SANCHEZ;

MATSUSHITA; PONS, 1989, pg. 229).

Numa moagem em separado possvel obter a finura desejada da adio

ativa, melhorando a qualidade do cimento e/ou otimizando a adio do

componente ativo (SANCHEZ; MATSUSHITA; PONS, 1989, pg. 231).

18

Com a evoluo de metas de aumento de produo e qualidade, alm do

surgimento de novos produtos ao longo das ltimas dcadas, ficou

evidenciado que o controle automtico de processos industriais tornou-se

indispensvel na vida da indstria moderna. O controle automtico cada

vez mais utilizado por aumentar a produtividade, baixando custos e

eliminando erros introduzidos no processo por falha humana, realizando

controles antes impossveis de serem efetuados manualmente. Atualmente,

com a evoluo da eletrnica digital, produo em larga escala e baixo

custo de circuitos micro processados, surge a possibilidade de se introduzir

modelos matemticos que tem por objetivo otimizar determinados

parmetros da planta (maximizao de produo, minimizao de consumo

energtico, melhoria de ndices de qualidade, etc.), abrindo uma nova

perspectiva dentro da rea de controle automtico de processos industriais.

[...] Uma gama muito grande de variveis fsicas so sensoreadas e

transmitidas nos mais diversos tipos de indstria. Alm disso, uma mesma

varivel fsica pode ser sensoreada por dispositivos que se utilizam de

diferentes princpios fsicos de medio (SANCHEZ; MATSUSHITA; PONS,

1989, pg. 167).

A rea de controle automtico de processos um dos campos mais

complexos da engenharia. Um projeto completo nessa rea envolve

conhecimento de sistemas de seqenciamento e intertravamento de

maquinrios, acionamentos de alta e baixa potncia e velocidade fixa ou

varivel, instrumentao, normas de segurana de instalao, definies de

padres de comando para os comandos centralizados de motores (CCMs),

etc. (SANCHEZ; MATSUSHITA; PONS, 1989, pg. 192).

Um dos principais campos de aplicao da eletrnica digital o do controle

automtico de processos industriais. No incio da dcada de setenta, com o

lanamento dos primeiros microprocessadores no mercado mundial de

componentes eletrnicos, percebeu-se o grande potencial de aplicao

desses circuitos digitais de alta tecnologia no campo da automao

industrial. Assim vrios produtos novos foram desenvolvidos para essa rea,

entre os quais se destacam os Controladores Programveis (CPs)

(SANCHEZ; MATSUSHITA; PONS, 1989, pg. 211).

As balanas medidoras e/ou dosadoras de fluxo so utilizadas com muita

freqncia em circuitos de cominuio de materiais, tanto no controle de

estoques como na dosagem de matrias-primas. Esses equipamentos

proporcionam os seguintes benefcios: melhoria e uniformidade da

qualidade do produto; confiabilidade no controle de estoque; simplicidade de

operao e manuteno; e maiores taxas de produo (SANCHEZ;

MATSUSHITA; PONS, 1989, pg. 182).

19

Os sistemas gravimtricos baseiam-se no sensoreamento de deformaes

elsticas, causadas pelo peso do material a ser medido, em estruturas

mecnicas especialmente projetadas para essa finalidade, que so

genericamente designadas de clulas de carga. As clulas de carga podem

ser projetadas para diversos tipos de esforos mecnicos, tipo trao,

compresso, toro, etc. (SANCHEZ; MATSUSHITA; PONS, 1989, pg.184).

primeira vista, uma comparao inicial de processos de moagem com

outros processos industriais, tais como grandes laminadores, ferramentas,

guindastes, ou ainda fbricas de papel, pode indicar que os sistemas de

acionamento de processos de moagem so relativamente simples. Isso se

aplica grande maioria dos acionamentos. Entretanto, em alguns

equipamentos do processo, onde ocorre o consumo de grande parte da

energia eltrica necessria para o funcionamento da instalao, surge a

necessidade de uma engenharia de projeto altamente capacitada para se

obter a otimizao do desempenho tcnico e econmico do sistema

(SANCHEZ; MATSUSHITA; PONS, 1989, pg. 186).

Quando se deseja que um equipamento tenha uma partida suave, mtodos

de partida mais sofisticados so utilizados mesmo quando as potncias

nominais so baixas (SANCHEZ; MATSUSHITA; PONS, 1989, pg. 187).

Os moinhos de bolas empregados em processos de fabricao de cimento

trabalham com motores de potncias expressivas em seus eixos e na maioria das

aplicaes utilizam, para acionamento, motores de rotor bobinado, tambm

denominados de motores de anis, com um dispositivo especial de partida inserido

no circuito do rotor. Um moinho de bolas exige na sua partida um conjugado elevado

e ao mesmo tempo precisa manter a corrente eltrica em limites aceitveis devido

potncia eltrica envolvida nessa operao. Fitzgerald, Kingsley e Kusko (1975) em

seu livro de mquinas eltricas definem esse tipo de partida de motor conforme texto

apresentado a seguir:

Uma limitao bsica de motores de induo com resistncia de rotor

constante que o projeto do rotor deve ser um compromisso. Um

rendimento alto em condies de rotao normal exige uma baixa

resistncia de rotor; mas uma baixa resistncia de rotor resulta, na partida,

em um conjugado baixo e corrente alta, e num fator de potncia baixo. [...] O

uso de um rotor enrolado um modo efetivo de evitar a necessidade de

compromisso. Os terminais do enrolamento do rotor so ligados a anis

coletores em contato com escovas. Para a partida, resistores adequados

podem ser ligados em srie com os enrolamentos de rotor, e o resultado

um conjugado de partida maior e uma corrente de partida reduzida, com um

fator de potncia melhorado. Pelo uso do valor apropriado da resistncia de

20

rotor, pode-se fazer com que o conjugado mximo ocorra at na partida se

for necessrio. Conforme o rotor acelera, as resistncias externas podem

ser diminudas, tornando o conjugado mximo disponvel em toda a faixa de

acelerao. [...] Para o funcionamento normal, o enrolamento do rotor pode

ser curto-circuitado diretamente nas escovas (FITZGERALD; KINGSLEY;

KUSKO, 1975, pg. 360).

A automao industrial na maioria das aplicaes um assunto complexo em

cujo projeto deve-se prever a realizao de vrias funes especficas para se

atender s expectativas geradas. A estrutura que retrata os diferentes nveis dessa

automao a arquitetura de automao e possui vrias camadas desde sua base,

onde esto os dispositivos e componentes do cho de fbrica, at o nvel mais alto

que, dependendo do projeto, pode chegar ao setor corporativo da empresa. Moraes

e Castrucci (2010), em seu livro Engenharia de Automao Industrial, apresentam a

seguinte abordagem do assunto:

A palavra automao foi inventada pelo marketing da indstria de

equipamentos na dcada de 1960. O neologismo, sem dvida sonoro,

buscava enfatizar a participao do computador no controle automtico

industrial. O que significa a automao, hoje? Entende-se por automao

qualquer sistema apoiado em computadores, que substitua o trabalho

humano em favor da segurana das pessoas, da qualidade dos produtos,

da rapidez da produo ou da reduo de custos, assim aperfeioando os

complexos objetivos das indstrias e dos servios. Exemplos: automao da

minerao, da manufatura metlica, dos grandes processos qumicos

contnuos, automao bancria, metroviria, aeroporturia.

comum pensar que a automao resulta to somente do objetivo de

reduzir custos de produo. Isso no verdade: ela decorre mais de

necessidades tais como maior nvel de qualidade expressa por

especificaes numricas de tolerncia, maior flexibilidade de modelos para

o mercado, maior segurana pblica e dos operrios, menores perdas

materiais e de energia, mais disponibilidade e qualidade da informao

sobre o processo e melhor planejamento e controle da produo.

A automao envolve a implantao de sistemas interligados e assistidos

por redes de comunicao, compreendendo sistemas supervisrios e

interfaces homem-mquina que possam auxiliar os operadores no exerccio

da superviso e da anlise dos problemas que porventura venham a

ocorrer.

A vantagem de se utilizar sistemas que envolvam diretamente a

informatizao a possibilidade da expanso utilizando recursos de fcil

acesso; nesse contexto, so de extraordinria importncia os controladores

21

lgicos programveis (CLPs), que tornam a automao industrial uma

realidade onipresente.

Quando se visita uma instalao automatizada difcil distinguir as

contribuies da engenharia, tanto de controle dinmico quanto a de

controle lgico; o que se v so computadores de interface homem-

mquina, cabos de sinal de energia e componentes fsicos de processo, tais

como motores, vlvulas, tubulaes, tanques, veculos, etc. A rigor

coexistem contribuies das duas especialidades de controle, assim como

de outras engenharias (MORAES; CASTRUCCI, 2010, pg. 12).

De maneira geral a automao est presente de forma incontestvel no s

no setor industrial como tambm nos mais diversos seguimentos de nossa

sociedade com um ritmo de evoluo impressionante. Todo esse desenvolvimento

tecnolgico tem estado embasado na contribuio fundamental e expressiva da

eletrnica digital e dos microprocessadores. J comum no cotidiano testemunhar

lanamentos de microprocessadores cada vez mais desenvolvidos na capacidade de

processamento de informaes, o que possibilita tambm evolues considerveis

nos sistemas computadorizados. Tocci e Widmer (2000), em sua stima edio do

livro Sistemas Digitais, afirmavam naquela ocasio o seguinte:

No exagero dizer que o microprocessador e o microcomputador

revolucionaram a indstria eletrnica e tiveram um enorme impacto em

diversos aspectos de nossas vidas. O desenvolvimento de CIs de altssima

densidade reduziu to drasticamente o tamanho e o custo dos

microcomputadores que os projetistas rotineiramente consideram utilizar

suas capacidades e versatilidade em uma grande variedade de produtos e

aplicaes (TOCCI; WIDMER, 2000, pg. 511)

1.6 Estrutura do trabalho

O captulo 1 apresenta a descrio do problema, a soluo proposta, os

objetivos do trabalho, o mtodo utilizado na pesquisa, a reviso bibliogrfica e a

estrutura deste trabalho. O primeiro subitem desse captulo mostra a descrio do

problema expondo a situao potencial de estresse a que esto submetidos os

operadores da linha de produo diante da dificuldade de operao de uma planta

construda com tecnologia da dcada de sessenta. No segundo subitem

apresentada a soluo proposta para reverter as dificuldades operacionais citadas

22

na descrio do problema. Essa soluo baseada na modernizao da planta,

para sua operao remota. J o terceiro subitem, relativo aos objetivos desse

trabalho, est relacionado a uma proposta de arquitetura de automao cuja eficcia

possa ser comprovada por meio de testes em prottipo. Esses objetivos visam o

aumento da segurana operacional e conseqentemente a preservao fsica e

psicolgica dos operadores envolvidos na operao do processo. No quarto subitem

so apresentados os comentrios sobre os mtodos utilizados na pesquisa relativa a

este trabalho. No quinto subitem apresentada a reviso bibliogrfica, com temas

que guardam relao com os assuntos tratados neste estudo. O Captulo 1

concludo com este sexto subitem, relativo estrutura, que mostra a forma de

construo utilizada para apresentar os elementos que compem este documento.

No captulo 2 so apresentados os conceitos bsicos sobre os principais

termos abordados com as ilustraes pertinentes, os quais o leitor deve conhecer

para compreender melhor os temas e as terminologias utilizadas na realizao

desse trabalho.

O captulo 3 faz a abordagem de todo o desenvolvimento do estudo

mostrando a arquitetura de automao proposta, que composta pelos blocos de

superviso, controle e processo. Na seqncia mostrada a arquitetura utilizada

para o prottipo, os passos para os algoritmos dos principais equipamentos, com

respectivos fluxogramas analticos e, finalizando o captulo, so apresentados os

testes prticos realizados.

O captulo 4 apresenta as concluses sobre os principais assuntos

abordados, com nfase aos resultados dos testes prticos e citao de sugestes

para trabalhos futuros.

23

CAPTULO 2 - CONCEITOS BSICOS

Este captulo tem como objetivo principal apresentar, de forma sucinta e

esclarecedora, os conceitos bsicos relativos terminologia e sistemas utilizados ao

longo do desenvolvimento desse estudo. Nesse contexto so abordados temas

relativos ao funcionamento do processo industrial, itens relativos modernizao de

equipamentos, arquiteturas de automao, sistemas de superviso, redes de

comunicao, microcontroladores, controladores lgicos programveis, sistema

CUBLOC, sensores, atuadores e conversores relacionados a este trabalho.

2.1 Processo de moagem de escria

O processo de fabricao de cimento, tambm denominado de Cimento

Portland, foi patenteado em 1824 por Joseph Aspdin. Esse processo utiliza

basicamente como matria prima o calcrio complementado com argila, minrio de

ferro e gesso. Em 1882 surgiu na Alemanha o primeiro Cimento Portland com

escria em carter comercial. A partir de ento, passou-se a re-utilizar a escria de

alto-forno siderrgico, at ento considerada resduo, como matria prima para a

fabricao de cimentos compostos. A escria utilizada na composio do cimento

um subproduto da fabricao do ferro gusa, obtido por resfriamento rpido e

constitudo basicamente por slico-aluminatos de clcio e magnsio com

propriedades hidrulicas latentes (BATTAGIN, 2001, 2009).

A escria de alto-forno de siderurgia, para ser utilizada na fabricao do

cimento, normalmente precisa passar pelos processos industriais de secagem e

moagem. Pode-se moer a escria de forma independente para se misturar a

mesma, em uma fase posterior, aos demais componentes do cimento, devidamente

preparados, ou pode-se moer a escria j em conjunto com esses componentes. O

processo de moagem de escria pode ainda trabalhar em circuito aberto ou em

circuito fechado dependendo da utilizao ou no de equipamento separador. A

instalao de moagem, objeto desse estudo, foi projetada para produo em um

circuito aberto. Os conceitos relativos aos componentes envolvidos nesse processo

so mencionados nos subitens seguintes.

24

2.1.1 Diagrama do processo da moagem de escria em circuito aberto

Moagem em circuito aberto significa que o material passa uma s vez atravs

do moinho, com tempo de residncia tal que se consegue reduzir o tamanho das

partculas da matria prima at a finura desejada.

A Figura 1 mostra o diagrama bsico tpico de um processo industrial de

moagem de escria, em circuito aberto, similar ao utilizado para este estudo.

Figura 1- Diagrama de um processo de moagem de escria em circuito aberto

O processo se inicia com a matria prima depositada em um sistema de

estocagem (A), proveniente do processo anterior, que normalmente um processo

de secagem de escria. O material estocado extrado para um sistema de

dosagem (B). Uma vez dosado, o material segue em um sistema transportador

aberto (C) para a fase de moagem (D) onde tem seu tamanho reduzido da ordem de

at 600 vezes em relao ao tamanho original. O material modo ento

encaminhado fase seguinte do processo, que normalmente a estocagem de

material modo, por meio de um transportador fechado (E). O processo possui ainda

um circuito de exausto e filtragem do ar quente (F) proveniente da fase de

moagem. O material coletado no sistema de filtragem retorna ao processo por meio

do transporte de material modo (E). O ar limpo liberado para a atmosfera.

25

2.1.2 Sistema de dosagem de matria-prima

A fase de dosagem contida no diagrama mostrado no item anterior, que

uma das partes mais importantes desse processo, desempenhada por uma

balana dosadora de correia cujo princpio de funcionamento apresentado na

Figura 2.

Figura 2 - Princpio de funcionamento da balana dosadora de correia

As balanas dosadoras de correia, de maneira geral so compostas por uma

estrutura mecnica onde so instalados a flange de conexo, geralmente para

acoplamento a um silo, uma correia, um motor de velocidade varivel, clula de

carga e um sensor de velocidade. Esse conjunto acompanhado de um mdulo

eletrnico para tratamento de sinais e de um controlador de velocidade (driver) para

acionamento do motor de velocidade varivel. Por meio de uma entrada ajustvel

mecanicamente, alimenta-se a correia ou cinta de lminas, fornecendo um

carregamento que se relaciona a um determinado peso (kg - quilograma) de material

por metro de correia. A clula de carga fornece um sinal proporcional ao peso do

material sobre a seo de pesagem. Ao mesmo tempo o sensor de velocidade

fornece um sinal proporcional velocidade da correia. O mdulo eletrnico recebe

os sinais de peso e velocidade e efetua a multiplicao desses para a determinao

26

da taxa de fluxo instantnea, que depois integrada para a determinao da

quantidade total de massa transportada. Quando a taxa de fluxo est acima ou

abaixo do valor desejado, o mdulo eletrnico varia a velocidade do motor de

acionamento por meio do seu respectivo controlador (driver), corrigindo a velocidade

da correia para obteno da taxa de fluxo pr-determinada (SANCHEZ;

MATSUSHITA; PONS, 1989).

A Figura 3 apresenta um modelo atual de uma balana dosadora de correia

disponvel no mercado, com eletrnica dedicada, para o segmento industrial de

fabricao de cimento. Apesar de mais moderna, do ponto de vista eletrnico, a

balana adota uma estrutura mecnica similar utilizada no modelo da Figura 2.

Figura 3 - Balana dosadora de correia (HASLER, 2011)

O sistema de dosagem composto ainda por dois transportadores de correia

cncava para movimentar os materiais granulados.

2.1.3 Moagem do material

Para a moagem do material utilizado na aplicao um moinho de bolas

tubular horizontal. Esse moinho, que o equipamento mais importante do processo,

tem a finalidade de reduzir a granulometria do material no seu interior, por meio da

movimentao de corpos moedores (bolas).

Em uma indstria de cimento esses moinhos geralmente so projetados em

funo das propriedades do material a ser modo, tais como dureza, porosidade,

friabilidade, umidade, densidade e composio qumica. Tambm so consideradas

as necessidades aplicveis ao produto tais como superfcie especfica, resistncia e

tamanho das partculas para tratamento posterior. Outros fatores relacionados

27

planta so imprescindveis no projeto, como tamanho, velocidade, grau de

enchimento, tipo de revestimento, tipo de corpos moedores e tipo de circuito aberto

ou fechado. A moabilidade do material tambm de grande importncia no

dimensionamento e se caracteriza como a resistncia do material oferecida sua

reduo de tamanho. Um moinho de bolas para moagem de escria deve ter

ventilao em seu interior e a vazo de ar depende, entre outros fatores, do calor

gerado internamente e da umidade admitida pelo sistema de despoeiramento

(SANCHEZ; MATSUSHITA; PONS, 1989).

A Figura 4 apresenta um corte longitudinal de um moinho de bolas tubular para

visualizao de seus principais componentes internos.

Revestimento

Classificador

Revestimento

Levantador

Corpos moedores Corpos moedores

Cmara I Cmara II

Entrada

Material Grosso

Sada

Material Modo

Diafragma Diafragma

Entrada

Ar fresco

Limpo

Sada

Ar quente com p

Figura 4 - Vista interna do moinho (Modificado de MAGOTTEAUX, 2001)

Moinhos com circuitos abertos como o caso desta aplicao, normalmente

possuem duas cmaras onde se utiliza revestimento levantador na primeira cmara

e classificador na segunda cmara. O material grosso entra na cmara I para uma

primeira moagem e passa na seqncia para a cmara II, atravs do diafragma que

divide as duas cmaras. Na cmara II continua-se o processo de moagem e na

medida em que o material avana, o tamanho vai reduzindo, em funo do

revestimento classificador que retm as bolas maiores antes das bolas menores. As

bolas de menor tamanho so utilizadas para se conseguir menores partculas do

material a ser modo. Aps passar pela cmara II o material acabado sai por meio do

diafragma de sada, conforme mostrado nas setas.

O atrito entre os corpos moedores, revestimentos e materiais gera calor

internamente no moinho, sendo necessrio um sistema de ventilao para retirada

28

do calor. Esse sistema consiste de um exaustor interligado a um filtro de mangas e

uma vlvula rotativa que permite a filtragem do ar e a coleta do p contido no mesmo

(MAGOTTEAUX, 2001).

O tamanho de um moinho de bolas varia conforme sua aplicao e esses

moinhos possuem, na maioria dos projetos, acionamentos especiais de potncias

considerveis, como no exemplo estudado nesse trabalho cujo moinho possui 2,6

metros de dimetro por 13 metros de comprimento e utiliza 1.000 kW de potncia no

seu acionamento. Na Figura 5 mostrado o diagrama dos componentes do sistema

de acionamento de um moinho similar ao citado.

Figura 5 - Componentes do acionamento do moinho

O moinho apoiado no mancal de entrada (ME) e no mancal de sada (MS) e

acoplado a um redutor de velocidade principal (RP) que acionado por um motor

de anis principal (MP) em alta tenso. O motor principal (MP) possui ventilao

independente provida por um ventilador auxiliar (VA) e utiliza um arrancador para

partida (AP). O redutor principal e os mancais de entrada e sada do moinho so

conectados bombas de lubrificao independentes (BL) para prover a lubrificao

necessria. O sistema de acionamento possui ainda um redutor auxiliar (RA) e um

motor auxiliar (MA) com freio manual, para acoplamento manual ao motor principal.

Esse sistema prov rotao lenta ao moinho para ajustes de acomodao da carga

e para permitir o posicionamento do mesmo na posio desejada em servios de

manuteno.

O material modo que sai da moagem de material pode ser transportado de

diversas formas ao processo seguinte, dependendo do leiaute (layout) da instalao,

29

da distncia envolvida e da necessidade ou no de elevao de nvel. No caso em

questo utilizado um transportador helicoidal.

Os transportadores helicoidais so compostos usualmente de uma longa

hlice, com eixo longitudinal montado sobre mancais e dentro de uma calha em

forma de U ou tubular.

O conjunto de moagem dessa aplicao possui tambm um sistema de

exausto e despoeiramento composto por um filtro de mangas, uma vlvula rotativa

e um ventilador. O filtro de mangas da aplicao utilizado para filtrar o ar quente

que sai do moinho e do despoeiramento de equipamentos com possveis

vazamentos de p no sistema, de forma a garantir os nveis de emisso de materiais

particulados previstos em legislao para esse tipo de processo. A Figura 6 ilustra o

funcionamento de um filtro de mangas similar ao da aplicao desse trabalho. Como

se pode observar na figura citada, em um filtro de mangas o ar/gs contaminado

entra lateralmente na parte inferior da carcaa do filtro atravs do duto de ar

saturado. Nas mangas ocorre a separao do material particulado do ar. Alguns

filtros possuem uma chapa de impacto direcionando o fluxo em 2/3 para baixo e 1/3

para cima, facilitando a limpeza, alm de proteger as mangas do fluxo de ar direto. O

filtro possui ainda um sistema de limpeza automtico das mangas, normalmente com

jato pulsante de ar comprimido. No fundo do filtro utiliza-se uma vlvula rotativa para

retirar o p coletado pelo filtro e ao mesmo tempo vedar a comunicao do interior

do filtro com a parte externa (VENTILADORES BERNAUER S.A., 2011).

Entrada de

Ar Sujo

Sada de

Ar limpo

Sada do

p coletado

MANGAS

Sistema de

limpeza

das mangas

Figura 6 - Funcionamento do filtro de mangas (Modificado de VENTILADORES BERNAUER S.A., 2011)

30

Uma vlvula rotativa, do tipo de eixo horizontal, utilizada sob o filtro para

retirar o material coletado pelo mesmo. As vlvulas rotativas so usadas para extrair

materiais granulados de um recipiente para outro. Confeccionadas tipicamente em

ao carbono ou inoxidvel, sua construo simples e facilmente desmontvel.

A exausto do sistema de despoeiramento efetuada por um ventilador do

tipo centrfugo e tem a finalidade de prover, por exausto, a vazo necessria

ventilao do moinho de bolas. O moinho de bolas da aplicao utiliza ainda, em seu

acionamento, trs bombas de engrenagem sendo uma para a lubrificao do redutor

principal, uma para o mancal de entrada do moinho e a outra para o mancal de

sada do moinho. As bombas de engrenagem, ou bombas de deslocamento positivo

so utilizadas para o bombeamento de produtos com viscosidade maior do que a

gua.

Para a partida do motor de anis do moinho de bolas desse estudo est

previsto um dispositivo arrancador do tipo reostato lquido. O reostato lquido citado

utilizado apenas na partida do motor. A diferena em relao a um reostato

convencional, por pontos de resistncia fixa, que nesse caso a variao do

elemento resistivo realizada suavemente por meio de um eletrlito lquido que

envolve os eletrodos. Esses reostatos se aplicam principalmente na partida de

motores de grandes potncias como, por exemplo: de 100 CV a 15000 CV

(ELETELE, 2011). A Figura 7 mostra um diagrama para se ilustrar o funcionamento

do reostato citado anteriormente.

Figura 7 - Diagrama do funcionamento do reostato lquido

31

O reostato lquido apresentado na Figura 7 funciona da seguinte maneira: Os

cabos relativos aos eletrodos so ligados ao circuito rotrico do motor de anis por

meio dos terminais (X1). Inicialmente o eletrlito lquido se encontra todo na metade

inferior do reostato e o contator de curto-circuito (KC) se encontra aberto, ou seja,

inserindo a resistncia dos eletrodos no circuito do rotor do motor de anis. Nessa

situao o sensor de mnimo (NB) est atuado e libera-se o motor de anis para a

partida. Uma vez iniciada a partida ligada a moto-bomba (MB) e o eletrlito

comea a ser bombeado da parte inferior para a parte superior do tanque, reduzindo

de forma gradativa a resistncia oferecida pelos eletrodos (Eletrodos). Quando o

eletrlito cobre a parte superior dos eletrodos no tanque o nvel mximo (NA)

atuado. Nesse instante desligada a moto-bomba (MB) e energizado o contator

de curto-circuito (KC) do circuito rotrico do motor de anis, retirando-se dessa

forma a interferncia dos eletrodos no circuito rotrico. Aps o desligamento da

moto-bomba (MB) o eletrlito volta por gravidade parte inferior do reostato por

meio de uma abertura limitada de comunicao dos dois compartimentos. Uma vez

atuado o contator de curto-circuito (KC), considera-se a partida do motor de anis

concluda e esse contator permanece ligado enquanto o motor de anis estiver em

funcionamento. A vazo da bomba ajustada de forma que o eletrlito na parte

superior passe do nvel mnimo (NB) ao nvel mximo (NA) no tempo necessrio

para se realizar a partida do motor de anis, de forma suave, partindo do repouso

at atingir a sua velocidade nominal. O reostato possui ainda um termostato que

atua no caso de elevao de temperatura do eletrlito, por falha de funcionamento

ou por ajustes inadequados. Na Figura 8 apresentado um reostato lquido industrial

similar ao utilizado na aplicao desse trabalho.

Figura 8 - Reostato lquido - Arrancador (ELETELE, 2011)

32

2.2 Retrofit

A palavra Retrofit, originada na lngua inglesa, a qual em portugus pode ser

interpretada como Melhorar, Aperfeioar e Modernizar, no contexto dos sistemas

industriais est relacionada com a troca de produtos ou componentes de

equipamentos obsoletos mantendo-se a planta e configurao originais do

equipamento (ABB, 2011).

Com relao aplicao proposta neste trabalho, o termo retrofit est

empregado na modernizao em uma instalao industrial de moagem de escria

incluindo adaptaes nos equipamentos existentes e instalao de novos

dispositivos. Essas alteraes visam melhorar o controle dos equipamentos e

permitir a operao remota da planta sem alterar sua configurao original.

2.3 Arquitetura da automao industrial

O processo de automao utilizado na maioria das indstrias pode ser

representado, de forma resumida, por uma pirmide constituda por vrias camadas.

Cada uma dessas camadas representativa de um determinado nvel da

organizao. Na base desta pirmide esto os equipamentos bsicos de campo da

planta, localizados no processo produtivo, que tambm muitas vezes chamado de

cho de fbrica. Nas camadas intermedirias esto localizados os nveis de

superviso e gerenciamento e no topo da pirmide esto os nveis corporativos mais

elevados da organizao.

A Figura 9 mostra a pirmide citada onde possvel visualizar, na posio

central, os cinco nveis de automao (Nveis da Pirmide) considerados. Nessa

figura podem ser observados tambm, do lado esquerdo da pirmide, maiores

detalhes de cada nvel citado e do lado direito da mesma os protocolos de

comunicao que podem ser utilizados para o envio de informaes entre as

diversas camadas.

33

Figura 9 Pirmide da automao (MORAES; CASTRUCCI, 2010)

A camada do nvel 1 na base da pirmide composta pelos dispositivos de

campo, de onde partem os sinais dos sensores e onde so acionados os atuadores

relativos aos equipamentos.

No nvel 2 esto posicionados os dispositivos que exercem as funes

relativas ao controle automtico da planta.

No nvel 3 est posicionada a camada de superviso dos itens controlados

pela camada inferior permitindo a visualizao e o acesso aos dados do processo.

A camada do nvel 4 destinada ao gerenciamento da planta, ou seja acima

do nvel de superviso dos processos.

Por ltimo a camada do nvel 5 retrata a gesto corporativa acima do nvel de

gerenciamento das plantas.

Nesse estudo de modernizao de moagem de escria esto considerados os

nveis 1, 2 e 3 da pirmide de automao, conforme mostrado na Figura 10.

34

Nvel 2

Nvel 1

Nvel 3

Figura 10 Nveis 1, 2 e 3 da pirmide de automao (MORAES; CASTRUTTI, 2010)

2.4 Sistema de superviso

Os sistemas de superviso, tambm denominados de supervisrios, so

programas (software) aplicados tipicamente no monitoramento e operao de

processos automatizados. As variveis podem ser atualizadas continuamente para

serem armazenadas em banco de dados (MORAES; CASTRUCCI, 2010).

Uma superviso industrial utilizando sistemas computadorizados pode ser

feita basicamente de duas formas: A primeira opo por meio de IHM (Interface

Homem-Mquina, em ingls HMI - Human Machine Interface) dedicada para

determinada aplicao. A segunda opo via um sistema mais abrangente, capaz

de realizar Superviso, Controle e Aquisio de Dados, o qual proveniente da sigla

em ingls SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).

Um tipo de IHM (Interface Homem-Mquina) industrial dedicada utiliza um

hardware composto normalmente por uma tela de cristal lquido e um conjunto de

janelas para navegao ou insero de dados. Esse tipo de sistema possibilita

programao e manuteno de forma simplificada, propicia uma operao mais

35

intuitiva ao usurio, aumenta a capacidade de controle e comando, e ainda flexibiliza

a operao permitindo a visualizao de alarmes gerados por desvios de condies

de operao, dados do processo e dados especficos de motores e/ou

equipamentos. A Figura 11 mostra alguns tipos de IHM, dedicadas, de um fabricante

que atua no mercado nacional.

Figura 11 Tipos de IHM dedicadas (WEG DRIVES, 2011)

possvel tambm nesse sistema, entre outros recursos, alterar parmetros

de processo, realizar configuraes, e realizar operaes manuais de componentes

de equipamentos. O desenvolvimento de interfaces homem-mquina com visores

alfanumricos, teclados de funes e comunicao serial, permitiu economia de

condutores eltricos, reduo de mo de obra de montagem e eliminao de painis

sinticos nos projetos de automao.

O Sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition Superviso

Controle e Aquisio de Dados) foi desenvolvido para realizar a superviso e

controle de quantidades elevadas de variveis de entrada e sada, digitais e/ou

analgicas, distribudas ao longo do processo industrial. Alm das facilidades da IHM

(Interface Homem-Mquina) dedicada, mencionadas anteriormente, outros recursos

so possveis no sistema SCADA, principalmente no que se refere emisso de

relatrios e representao grfica de histricos e tendncias. Outro aspecto

importante est relacionado com a preservao da integridade fsica das pessoas,

por meio da minimizao da exposio aos riscos inerentes ao processo, permitindo

pronta identificao de falhas e em alguns casos at mesmo a substituio de

hardware sem a necessidade de parada do sistema. A Figura 12 mostra uma janela

de um sistema de superviso disponvel no mercado nacional.

36

Figura 12 Janela de um sistema SCADA (ELIPSE SOFTWARE, 2011)

2.4.1 Sistema de superviso SCADABR

O SCADABR um sistema desenvolvido em modelo de software livre (open-

source), que possui licena gratuita. Toda a documentao e o cdigo-fonte do

sistema esto disposio, inclusive permitido modificar e redistribuir se

necessrio.

Esse sistema uma aplicao multiplataforma baseada em software de

desenvolvimento Java (ORACLE, 2011), ou seja, computadores pessoais com

sistemas operacionais Windows, Linux ou outros, podem executar o programa a

partir de um servidor de aplicaes padro tipo Apache Tomcat (THE APACHE

SOFTWARE FOUNDATION, 2011), que tambm um software livre. Ao executar o

aplicativo, o mesmo pode ser acessado a partir de um navegador de Internet,

preferencialmente o Firefox (THE MOZILLA FOUNDATION, 2011) ou o Chrome

(GOOGLE INC, 2011) que so tambm software de licena gratuita. A interface

principal do ScadaBR intuitiva para utilizao e oferece visualizao das variveis,

grficos, estatsticas, configurao dos protocolos de comunicao, alarmes,

construo de janelas com interface grfica e vrias opes de acesso e

configurao.

37

Aps configurar os protocolos de comunicao com os equipamentos e definir

a identidade das variveis de entradas e sadas (tags) de uma aplicao

automatizada, possvel montar interfaces de operador via Rede de Comunicao

de Alcance Mundial (www - world wide web) utilizando o prprio navegador. Tambm

possvel elaborar aplicativos personalizados, a partir do cdigo-fonte

disponibilizado de uma API (Application Programming Interface - Interface de

Programao de Aplicativos). So suportados pelo SCADABR cinco tipos de dados:

valores binrios ou booleanos, valores de estados mltiplos, valores numricos ou

analgicos, valores alfanumricos e valores em imagens (FUNDAO CENTROS

DE REFERNCIA EM TECNOLOGIAS INOVADORAS, 2010).

A Figura 13 mostra uma janela em construo no sistema de superviso

SCADABR.

Figura 13 Janela em construo no SCADABR (FUNDAO CENTROS DE REFERNCIA EM TECNOLOGIAS INOVADORAS, 2010)

38

2.5 Redes de comunicao de dados

Atualmente, devido a seu grande avano tecnolgico, as redes de dados para

automao so largamente utilizadas, apresentando as seguintes vantagens em

relao a sistemas ponto a ponto de cabeamento: diminuio de fiao, facilidade na

manuteno, flexibilidade na configurao da rede e, principalmente, diagnstico dos

dispositivos. Alm disso, por usarem protocolos de comunicao digital

padronizados, essas redes possibilitam a integrao de equipamentos de vrios

fabricantes distintos. Tais sistemas so classificados como abertos, sendo tendncia

em todas as reas da tecnologia devido sua flexibilidade e capacidade de

expanso (MORAES e CASTRUCCI, 2010).

No prottipo deste trabalho utilizada uma rede de comunicao entre o

microcontrolador e o sistema de superviso SCADA com sistema de comunicao

centralizado. A comunicao entre os dispositivos de entrada e sada e o

microcontrolador determinstica e a rede de comunicao entre o microcontrolador

e o sistema SCADA probabilstica. A comunicao nessa rede probabilstica

efetuada em Protocolo Modbus (SCHNEIDER ELECTRIC, 2011). Redes

determinsticas so aquelas cuja transmisso de dados ou de informaes ocorre

em instantes e intervalos de tempo determinado. Redes desse tipo permitem que o

tempo de resposta seja acuradamente conhecido, evitando problemas de iniciao e

atrasos. J as redes probabilsticas permitem apenas calcular a probabilidade de

transferncia de informaes que ocorrem em um determinado intervalo de tempo.A

taxa de transmisso de dados utilizada de 125,2 kbps, com tecnologia de

comunicao mestre-escravo. Utiliza-se tambm, como meio fsico, um cabo com

conversor serial EIA/232 para USB (MORAES; CASTRUCCI, 2010).

Nos subitens seguintes so apresentados mais detalhes sobre as

caractersticas citadas anteriormente, relativas a redes de comunicao.

A Figura 14 mostra uma janela do sistema SCADABR utilizado nesta

aplicao, onde so configurados os dados necessrios para se estabelecer a

comunicao do sistema de superviso com o microcontrolador responsvel pela

funo de controle.

39

Figura 14 Janela de configurao do SACADABR (FUNDAO CENTROS DE

REFERNCIA EM TECNOLOGIAS INOVADORAS, 2010)

A introduo dos microprocessadores na indstria possibilitou a realizao do

controle digital centralizado, com transmisso entre os dispositivos (sensores e

atuadores) e a unidade de controle na forma de sinais analgicos e digitais, com

cabeamento paralelo, utilizando cabos de par tranado e topologia estrela. Para

superar as dificuldades de longas distncias e falta de flexibilidade foram

desenvolvidos sistemas onde a estao de controle comunica-se com os dispositivos

de entrada e sada por meio de um barramento, com transmisso digital. O avano

da tecnologia e a demanda de mercado levaram ao desenvolvimento de sistemas de

controle com barramentos de campo distribudos, com inteligncia distribuda e

unidades de conexo (MORAES; CASTRUCCI, 2010)

2.5.1 Especificao de uma rede de automao

De modo geral so considerados no projeto das redes de comunicao de

dados os elementos mostrados nos subitens seguintes (MORAES; CASTRUCCI,

2010).

40

A taxa de transmisso a quantidade mdia de dados a serem transmitidos

na rede em um perodo de tempo. O termo utilizado para especificao

capacidade de banda (throughput). A taxa de transferncia de dados medida em

kilobits por segundo (kbps), que significa 1000 bits por segundo.

A topologia fsica est relacionada com a disposio construtiva na qual os

dispositivos esto conectados na rede. Exemplos de topologia de rede so ponto a

ponto, anel, estrela e barramento.

Os meios fsicos de transmisso esto relacionados forma utilizada para a

interconexo dos dispositivos. Existem muitos tipos de meios fsicos de transmisso,

e alguns exemplos so: cabos em par tranado, cabo coaxial e fibra tica.

Os meios fsicos so selecionados de acordo com a aplicao. A seleo

depende principalmente da distncia entre os dispositivos, da taxa de transferncia

desejada e do protocolo a ser utilizado.

A tecnologia de comunicao a forma de gerenciamento entre os pontos de

comunicao (ns) no tocante comunicao de dados. Uma das tecnologias

tpicas de comunicao a de mestre/escravo.

Mestre-escravo a tecnologia onde um escravo (slave) um perifrico

(dispositivo inteligente de entrada/sada, driver, interface homem-mquina, vlvula,

transdutor, etc), que recebe uma informao do processo e/ou utiliza informaes de

sada do mestre (master) para atuar na planta. Os escravos so dispositivos

passivos que somente respondem a requisies diretas vindas do mestre.

Os protocolos caracterizam os elementos de maior importncia nas redes de

automao industrial, tanto que as mesmas normalmente passam a ser

denominadas pelos protocolos utilizados. Exemplo: protocolo de rede AS-Interface,

rede e protocolo ModBus.

O protocolo Modbus foi desenvolvido em 1979 por Gould Modicon

(atualmente Schneider Electric) para sistemas de controle de processos.

Consideravelmente mais lento que outros protocolos, porm de mais fcil operao

e manuteno, o que causou sua grande aceitao por parte de muitos fabricantes

que produziram equipamentos j compatveis com esse protocolo na poca. O

Modbus opera com o princpio mestre-escravo e permite at 247 estaes escravas

e a forma de comunicao feita do tipo pergunta/resposta: a estao principal faz

uma solicitao (pergunta) estao secundria e depois de processado envia uma

resposta de volta. Nesse caso somente uma estao secundria acessada por

41

vez. A outra forma de comunicao utilizada pelo Modbus o envio de mensagens

via broadcast que um processo de transmisso ou difuso de determinada

informao, tendo como principal caracterstica que a mesma informao enviada

para muitos receptores ao mesmo tempo. Assim todas as estaes secundrias

recebem o dado, mas no enviam respostas de volta. O protocolo Modbus padro

pode ser enquadrado na camada de aplicao do modelo OSI, (Open System

Interconection) que padroniza o modelo de sete camadas: fsica, enlace, rede,

transporte, sesso, aplicao e apresentao (CLARKE; REYNDERS; WRIGHT,

2004)

O protocolo Modbus pode utilizar vrios tipos de meios fsicos. O mais

utilizado o EIA/485 a dois fios. A interface EIA/232 deve ser utilizada somente para

comunicao ponto a ponto. A Figura 15 mostra o diagrama de interligao com

topologia de dois fios em um meio fsico de um sistema mestre-escravo de protocolo

Modbus.

Figura 15 Meio fsico a dois fios para protocolo Modbus (MORAES; CASTRUCCI, 2010)

Quanto ao modo de transmisso, existem duas formas seriais que definem o

contedo dos campos da mensagem transmitida serialmente no protocolo Modbus:

RTU (Remote Terminal Unit - Dispositivo eletrnico multiprocessado usado para

monitorar campos digitais e sinais analgicos para depois os transmitir para uma

estao central de monitoramento) e ASCII (American Standard Code for Information

Interchang - Cdigo Padro Americano para o Intercmbio de Informao). A forma

de transmisso RTU deve ser utilizada preferencialmente em funo da maior

densidade dos dados e conseqentemente melhor taxa de envio de dados. A forma

de transmisso ASCII, que possui intervalos de tempo de at um segundo entre

42

caracteres sem causar erro poder ser utilizada como opo (MORAES;

CASTRUCCI, 2010).

2.6 Microcontrolador

O microcontrolador, relativamente aos blocos bsicos, um computador

implementado em uma nica pastilha (chip), o qual contm processador, memria e

perifricos de entrada/sada. Esse conjunto normalmente dedicado a executar

funes especficas em um sistema que necessita de aes de controle.

Os microcontroladores possuem, alm dos componentes lgicos e aritmticos

usuais de um processador de uso geral, memria interna para leitura, escrita e

armazenamento de dados, memria somente de leitura para armazenamento de

programas, memria para armazenamento permanente de dados, dispositivos

perifricos como conversores analgico/digitais e digital/analgicos e outras

interfaces de entrada e sada de dados. Normalmente um microcontrolador opera

com uma freqncia bem mais baixa que os microprocessadores atuais de

computadores, porm so adequados maioria das aplicaes usuais de controle

desde dispositivos com computao embarcada para uso domstico at a

automao industrial (TOCCI; WIDMER, 1998).

A Figura 16 mostra uma foto de um microcontrolador CB-280 da linha

CUBLOC que utiliza um microprocessador Atmega128 @ 18,432 MHz (ATMEL,

2011).

Figura 16 Microcontrolador CUBLOC CB-280 (COMFILE TECHNOLOGY INC., 2010)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Computadorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Chiphttp://pt.wikipedia.org/wiki/Entrada/sa%C3%ADda

43

2.7 Controlador lgico programvel

O controlador lgico programvel, conforme sugere o nome um computador

especialmente projetado para aplicaes de controles lgicos de mquinas e

processos, por meio de programas especficos do usurio. comumente

denominado pelas siglas CLP (Controlador Lgico Programvel) ou CP (Controlador

Programvel) ou ainda, no idioma ingls, PLC (Programmable Logic Controller). So

projetados para uso em aplicaes que utilizam funes especficas de lgica,

seqenciamento, temporizao, contagem e clculos.

A Figura 17 mostra a estrutura de um controlador lgico programvel o qual

tipicamente constitudo por fonte, mdulos de entrada, unidade central de

processamento, memrias e mdulos de sada, possuindo tambm interfaces para a

programao do usurio e controle de operao, alm de prever possibilidades de

expanses.

Figura 17 Estrutura de um controlador lgico programvel (MORAES; CASTRUCCI, 2010)

44

O CLP geralmente empregado nas aplicaes de automao industrial e

possui como principais caractersticas, em relao aos sistemas eltricos

convencionais, o tamanho reduzido, a minimizao substancial de condutores

eltricos para interligaes, vasta faixa de entradas e sadas, maior flexibilidade para

alteraes, facilidade de visualizao de funcionamento da lgica, auto-diagnstico,

facilidade para diagnsticos de problemas relativos aplicao, facilidade para

verificao da documentao, maior confiabilidade e maior velocidade de

processamento das informaes.

A fonte de alimentao (Fonte) converte corrente alternada em contnua para

suprir a energia necessria ao controlador, no nvel de tenso adequado. Caso falte

energia, h uma bateria que impede a perda do programa do usurio. Ao retomar a

energia, o programa pode ser reiniciado.

A unidade central de processamento (UCP) ou no idioma ingls CPU (Central

Processing Unit) responsvel pela execuo do programa do usurio e pela

atualizao da memria de dados e da memria-imagem das entradas e sadas.

A memria de usurio, ou memria RAM (Random Access Memory - Memria

de Acesso Aleatrio), uma memria voltil cujos dados nela armazenados podem

ser acessados de forma rpida, de qualquer endereo. No diagrama da Figura 17

armazena o programa aplicativo do usurio. A CPU processa esse programa e

atualiza a memria de dados internos e a memria de imagem das Entradas e

Sadas (E/S) comentados a seguir.

A memria de dados guarda os dados referentes ao processamento do

programa do usurio, isto , uma tabela de valores manipulveis.

A memria imagem das entradas e sadas (E/S) reproduz o estado dos

perifricos relativos s entradas e sadas de controle.

A memria EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory - Memria

Exclusiva de Leitura Programvel Eletricamente) uma memria no voltil e pode

ser gravada ou regravada por meio de um equipamento que fornece a tenso

eltrica adequada em seus terminais. Para apagar os dados nela contidos, basta

submeter a pastilha (chip) exposio de raios ultravioleta. No diagrama mostrado

na Figura 17 a EPROM contm o programa elaborado pelo fabricante para fazer a

iniciao do controlador (start do CLP), armazenar dados e gerenciar a seqncia de

operaes. No acessvel ao usurio do controlador programvel.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ultravioleta

45

Os mdulos de Entrada (E) do controlador programvel tipicamente contm

optoisoladores em cada um dos circuitos. Quando um circuito externo fechado por

meio do seu sensor, um diodo emissor de luz (LED Light Emitting Diode)

sensibiliza o componente de base, fazendo circular corrente interna no circuito de

entrada correspondente. A Figura 18 ilustra um mdulo de entrada optoisolador.

Figura 18 Mdulo de entrada optoisolador (MORAES; CASTRUCCI, 2010)

Os mdulos de Sada (S) do controlador programvel, basicamente, so

acionados por rel e componentes de estado slido como por exemplo: Transistor

(Transfer Resistor), que um dispositivo eletrnico fabricado com semicondutores e

utilizado para amplificao de um sinal eltrico em corrente contnua, ou TRIAC

(Triode for Alternating Current), que um componente eletrnico com retificadores

controlados de silcio para utilizao em corrente eltrica alternada.

Na sada a rel, quando ativado o endereo da palavra-imagem de sada, um

solenide correspondente a ele ativado, fechando-se o contato na borneira de

sada do controlador, conforme ilustrado na Figura 19.

Figura 19 Mdulo de sada a rel (MORAES; CASTRUCCI, 2010)

46

A sada a TRIAC possui como elemento acionador um TRIAC (Triode for

Alternating Current), que um componente equivalente a dois retificadores

controlados de silcio ligados em paralelo e em sentido contrrio (antiparalelo) com

um terminal de disparo para utilizao em corrente alternada. Pela prpria

caracterstica do componente de estado slido, essa sada utilizada quando a

fonte de corrente alternada. A Figura 20 ilustra um mdulo de sada TRIAC.

Figura 20 Mdulo de sada a TRIAC (MORAES; CASTRUCCI, 2010)

Na sada a transistor o elemento acionador pode ser um transistor comum ou

do tipo efeito de campo (FET Field Effect Transistor). Esse tipo de mdulo

bastante utilizado em sistemas com fontes de alimentao de corrente contnua. A

Figura 21 ilustra um mdulo de sada a transistor.

Figura 21 Mdulo de sada a transistor (MORAES; CASTRUCCI, 2010)

2.7.1 Linguagens de programao de CLP

As linguagens de programao de CLP esto relacionadas forma enviada

ao controlador para se expressar a srie de instrues ou comandos que o usurio

necessita utilizar para preparar a programao desejada em uma determinada

47

aplicao. A Figura 22 mostra um comparativo de trs diferentes linguagens

utilizadas em uma lgica bsica de programao de CLP. Dessas trs linguagens a

mais utilizada a linguagem Ladder devido similaridade com os diagramas

eltricos convencionais e pela facilidade de visualizao dos circuitos. Alm das

linguagens de diagrama escada (Ladder), lista de instrues (IL Instruction List) e

diagrama de blocos de funes (FBD Function Block Diagram), que so descritas

nos subitens seguintes, outros tipos de linguagens de programao so usados em

CLPs. Cada tipo de programao tem suas vantagens e desvantagens. Fatores

como a complexidade da aplicao, tipos de programao disponveis para cada

modelo de CLP, perfil de usurios e preferncias pessoais determinam qual o tipo de

programao ser utilizada em uma determinada aplicao (SIEMENS, 2011a).

Figura 22 Exemplos de linguagens de CLP (Modificado de SIEMENS, 2011a)

Diagrama em escada - A linguagem de diagrama em escada, mais conhecida

pela expresso em ingls Ladder Diagram (LD) uma linguagem que incorpora

funes de programao que so graficamente parecidas com smbolos utilizados

em desenhos eltricos e facilitam o entendimento de usurios que j possuem esse

conhecimento.

Lista de instrues - A linguagem em lista de instrues, que mais

conhecida pela expresso em ingls Instruction List (IL), uma linguagem de

programao cujas instrues so representadas pela operao a ser executada e o

item objeto da operao, o operando. A operao codificada colocada esquerda

do operando.

Diagrama de blocos de funes - A linguagem em diagrama de blocos de

funes, mais conhecida pela expresso em ingls Function Block Diagram (FBD)

48

uma linguagem expressada em blocos retangulares com a funo especificada em

seu interior. As entradas so colocadas na parte externa do bloco no lado esquerdo

e as sadas da mesma forma, porm do lado direito.

2.7.2 Programa de instrues de uso interno

O programa de instrues de uso interno do controlador lgico programvel,

tambm denominado firmware, um conjunto de instrues operacionais

programadas diretamente no hardware, gravado em memria no voltil, que habilita

o equipamento para a execuo da sua funcionalidade bsica. No caso da Figura 17

est gravado em uma memria EPROM (Erasable Programmable Read Only

Memory), fornecida como parte do hardware do CLP.

2.7.3 Ciclo de execuo das atividades

A partir dos dados de entrada, o CLP processa as instrues conforme o

programa do usurio e faz a atualizao das sadas. O Ciclo de execuo das

atividades em um CLP designado tambm de ciclo de varredura ou ainda de

SCAN. Esse ciclo mostrado na Figura 23.

Figura 23 Ciclo de execuo das atividades do CLP (Modificado de SIEMENS, 2011a)

49

2.8 Sistema CUBLOC

O sistema CUBLOC utilizado para o desenvolvimento da aplicao deste

trabalho diferente dos controladores lgicos programveis tradicionais disponveis

no mercado. O CUBLOC um sistema capaz de operar como um controlador lgico

programvel industrial montado em uma pastilha eletrnica (On-Chip Programmable

Logic Industrial Controller), o que traz mais flexibilidade para sua montagem em

placas de circuito impresso ou em outros sistemas no desenvolvimento do leiaute

(layout) da aplicao. A pastilha CUBLOC integra em um mesmo invlucro, o

microcontrolador, dispositivo oscilador, circuito de iniciao e o conjunto de

instrues operacionais (firmware) (COMFILE TECHNOLOGY INC., 2010).

A Figura 24 apresenta uma ilustrao de um CLP tradicional comparada a um

sistema CUBLOC.

Figura 24 Ilustrao de um CLP tradicional comparado ao CUBLOC (Modificado de COMFILE TECHNOLOGY INC., 2010)

Apesar de utilizar tambm alguns mdulos similares aos CLPs

(Controladores Lgicos Programveis) uma vantagem na aplicao do sistema

CUBLOC, est no fato da utilizao de lgica em linguagem de diagrama escada

(Ladder Diagram) e ao mesmo tempo lgica em linguagem Basic, operando em um

sistema multitarefa. A Figura 25 ilustra a comparao dos sistemas MULTITAREFA e

MONOTAREFA. O sistema multitarefa no permite que as atividades complexas em

50

Linguagem Basic atrapalhem a execuo do diagrama em escada (Ladder Diagram).

Enquanto o diagrama em escada (Ladder Diagram) bom para desenvolver a

seqncia do diagrama lgico, a linguagem em Basic complementa com mais

eficincia as tarefas de coleta de dados, impresso de grficos e outras mais

complexas.

Figura 25 Comparao entre sistema monotarefa e sistema multitarefa (Modificado de COMFILE TECHNOLOGY INC., 2010)

O sistema CUBLOC, de custos moderados em relao aos demais

controladores lgicos programveis do mercado, disponibiliza diferentes modelos

com tamanhos de memria e nmero de entradas e sadas variados para combinar

com as mais diversas aplicaes. um novo tipo de controlador industrial compacto

que pode tambm ser conectado a vrios perifricos para receber sinais e atuar nos

processos industriais, controlando equipamentos de corrente contnua e corrente

alternada. Possui at 32 bits de resoluo, conforme regulamentado pelo IEEE

(Institute of Electrical and Electronic Engineers Instituto de Engenheiros Eletricistas

e Eletrnicos) e suporta clculos em sistemas de ponto flutuante. O sistema de

comunicao disponibilizado pelo fabricante Modbus ASCII (American Standard

Code for Information Interchange - Cdigo Padro Americano para o Intercmbio de

Informao) /RTU (Remote Terminal Unit Dispositivo eletrnico multiprocessado

usado para monitorar campos digitais e sinais analgicos para depois os transmitir

para uma estao central de monitoramento) em uma porta de comunicao

padronizada pela organizao privada para padronizao de produtos eletrnicos

em Indstrias nos Estados Unidos EIA (Electronic Industries Alliance Aliana das

Indstrias Eletrnicas). Essa porta, que do padro EIA/ 232, utilizada para troca

http://pt.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos_da_Am%C3%A9rica

51

serial de dados binrios entre um DTE (Data Terminal Equipment - Terminal de

dados) e um DCE (Data Communication Equipment - Comunicador de dados).

A Figura 26 mostra a tela de desenvolvimento de diagrama escada no software

Cubloc Studio (COMFILE TECHNOLOGY INC., 2010).

.

Figura 26 Tela do ambiente de desenvolvimento integrado Cubloc Studio (COMFILE TECHNOLOGY INC., 2010)

A programao relativa aplicao pode ser feita em Diagrama Escada ou

em Linguagem Basic e realizada em um Ambiente de Desenvolvimento Integrado

(IDE Integrated Development Enviroment) Cubloc Studio, disponibilizado pelo

fabricante do equipamento.

2.9 Sensores

Embora haja uma grande variedade de sensores no mercado, sero

enfatizados nos subitens seguintes os sensor