UFES UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO DEM DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

CT CENTRO TECNOLGICO

MELISSA RODRIGUES SATHLER

VINCIUS DE SOUSA

PROPOSTA DE MODERNIZAO DO SISTEMA DE CONTROLE DA CALDEIRA FLAMOTUBULAR ATA

MODELO VI-15

Vitria - ES 2009

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MELISSA RODRIGUES SATHLER VINCIUS DE SOUSA

PROPOSTA DE MODERNIZAO DO SISTEMA DE CONTROLE DA CALDEIRA FLAMOTUBULAR ATA MODELO VI-15

Projeto apresentado ao Departamento de Engenharia Mecnica do Centro Tecnolgico da Universidade Federal do Esprito Santo como requisito para graduao em Engenharia Mecnica. Orientador: Professor Dr. Joo Luiz Marcon Donatelli.

Vitria ES 2009

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MELISSA RODRIGUES SATHLER VINCIUS DE SOUSA

PROPOSTA DE MODERNIZAO DO SISTEMA DE CONTROLE DA CALDEIRA FLAMOTUBULAR ATA MODELO VI-15

COMISSO EXAMINADORA

_____________________________________________

Prof. Dr. Joo Luiz Marcon Donatelli Universidade Federal do Esprito Santo Orientador

_____________________________________________ Prof. Dr. Rogrio Silveira de Queiroz Universidade Federal do Esprito Santo Examinador

_____________________________________________

Prof. Dr. Vladimir Ivanovitch Dynnikov Universidade Federal do Esprito Santo Examinador

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Agradecimentos

Agradeo a todos aqueles que colaboraram direta ou indiretamente para que

eu pudesse concluir o curso de Engenharia Mecnica: a Deus, aos pais e irms,

amigos e professores. Tambm ao Vincius por estar comigo nessa luta pra

concretizar o projeto.

Agradeo em especial aos professores: Vladimir Ivanovitch, que nos deu a

idia do projeto e inicialmente nos orientou, Helder Vago do IFES que muito

contribuiu para a realizao deste trabalho, e finalmente ao nosso orientador

Donatelli, pela pacincia e auxlio a ns oferecidos.

Melissa Rodrigues Sathler

Agradeo a minha famlia que sempre me apoiou, seja minha me lavando a

roupa e fazendo comida, seja meu pai dizendo T danado!, meu irmo dizendo

No deixa para a ltima hora no....

Inesquecvel ressaltar o apoio dado pelo Prof. Helder Vago, pelo Prof. Vladimir

(vamos entender como o CLP do laboratrio funciona) e pela incansvel pacincia

do Prof. Donatelli.

Ainda remeto s pessoas que no conheo, que foram os vendedores das lojas

que forneceram preos para o oramento, mesmo sem saber que era para tal.

E tambm aos guias espirituais que, no sei como, fizeram meu cansao se

transformar em energia para continuar o trabalho, e dar mais este passo na minha

formao.

Vincius de Sousa

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Lista de Figuras Figura 1- Controle de presso auto-operado............................................................. 15

Figura 2- Teste de um controlador proporcional utilizando um degrau. .................... 16

Figura 3- Teste de um controlador proporcional integral utilizando um degrau. ........ 17

Figura 4 Teste de um controlador proporcional derivativo utilizando uma rampa. . 18

Figura 5 Resposta comparativa dos controladores P, PI e PID. ............................. 18

Figura 6 Controle da temperatura do vapor superaquecido a um elemento. ......... 22

Figura 7 Controle da temperatura do vapor superaquecido a dois elementos. ...... 23

Figura 8 Controle da temperatura do vapor superaquecido a trs elementos. ....... 24

Figura 9 Controle de temperatura de preaquecimento de ar. ................................. 27

Figura 10 Controle de presso na cmara de combusto. ..................................... 28

Figura 11 Caldeira ATA no LAGEPOT. .................................................................. 30

Figura 12 - Painel de Controle. .................................................................................. 31

Figura 13 Diagrama eltrico do painel de controle. ................................................ 32

Figura 14 - Corpo da caldeira. ................................................................................... 33

Figura 15 - Eletrodos de Nvel. .................................................................................. 34

Figura 16 Diagrama eltrico do controle de nvel. .................................................. 35

Figura 17 - Pressostato. ............................................................................................ 36

Figura 18 - Vlvula de segurana. ............................................................................. 37

Figura 19 Comando automtico de combusto. Da direita para a esquerda, a partir

da seta: 1 came e 1 micro-chave, 2 came e 2 micro-chave, 3 came e

3 micro-chave, 4 came e 4 micro-chave. ............................................ 38

Figura 20 - Boto de reciclo. ..................................................................................... 39

Figura 21 Diagrama eltrico do Comando Automtico de Combusto. .................. 40

Figura 22 - Chaves de acionamento. Da esquerda para a direita: interruptor do

comando automtico de ignio, ignio manual, interruptor do comando

manual, comando manual da bomba dgua. ......................................... 41

Figura 23 - Hardware de um CLP. ............................................................................. 45

Figura 24 Programao do CLP em linguagem Ladder. ........................................ 46

Figura 25 - Diagrama eltrico do painel de controle com CLP. ................................. 50

Figura 26 - Programao do CLP em linguagem Ladder, proposta alternativa. ........ 53

Figura 27 - Diagrama eltrico do painel de controle com CLP, proposta alternativa. 57

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Figura 28 - Comunicao entre planta, CLP e supervisrio. ..................................... 59

Figura 29 - Tela do supervisrio. ............................................................................... 60

Figura 30 - CLP WEG modelo TPW03 20 HR-A ....................................................... 66

Figura 31 - Programao no CLP WEG, reproduo do controle. ............................ 68

Figura 32 - Programao no CLP WEG, proposta alternativa. .................................. 69

Figura 33 - Fonte de Tenso Mean Well MDR 20-24. ............................................... 70

Figura 34 - Especificaes das Botoeiras. ................................................................ 71

Figura 35 - Especificao dos rels utilizados. .......................................................... 72

Figura 36 - Esquema eltrico dos rels utilizados. .................................................... 72

Figura 37 - Informaes para a correta instalao da chave bia. ............................ 73

Figura 38 - Chave bia Mar Girius srie CB 2000. .................................................... 73

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Lista de Tabelas Tabela 1 - Legenda da programao do CLP em Ladder ......................................... 47

Tabela 2 - Oramento da instalao do CLP............................................................. 51

Tabela 3 - Legenda da programao do CLP em Ladder, proposta alternativa. ....... 54

Tabela 4 Oramento da instalao do CLP, proposta alternativa. ......................... 58

Tabela 5 - Caractersticas dos CLPs WEG. ............................................................. 66

Tabela 6 - Mdulos de Expanso digitais. ................................................................. 67

Tabela 7 - Mdulos de Expanso Analgicos. .......................................................... 67

Tabela 8 - Especificaes Tcnicas da Fonte Mean Well MDR 20-24. ..................... 70

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Sumrio Lista de Figuras ........................................................................................................... 4

Lista de Tabelas .......................................................................................................... 6

Resumo ....................................................................................................................... 9

1 Introduo .............................................................................................................. 10

2 Caldeiras ................................................................................................................ 12

3 Controle em Caldeira ............................................................................................. 13

3.1 Tipos de controles ........................................................................................... 13

3.1.1 Controle Liga-Desliga ................................................................................ 13

3.1.2 Controle a um, dois e trs elementos ........................................................ 14

3.1.3 Controle Auto-operado .............................................................................. 15

3.1.4 Controle PID .............................................................................................. 16

3.1.5 Controle em Cascata ................................................................................. 19

3.1.6 Controle Antecipativo ................................................................................ 19

3.2 Variveis controladas em caldeiras ................................................................. 20

3.2.1 Controle de Nvel ....................................................................................... 20

3.2.2 Controle de Temperatura de Sada do Vapor ........................................... 21

3.2.3 Controle de Presso do Vapor .................................................................. 24

3.2.4 Controle da Combusto ............................................................................ 25

3.2.5 Controle do Preaquecimento do Ar de Combusto ................................... 26

3.2.6 Controle de Presso na Cmara de Combusto ....................................... 27

3.2.7 Controle de Qualidade da gua ................................................................ 28

4 A Caldeira ATA e o sistema de controle existente ................................................. 30

4.1 Variveis controladas na Caldeira ATA ........................................................... 33

4.1.1 Controle de Nvel da Caldeira ................................................................... 33

4.1.2 Controle de Presso .................................................................................. 36

4.2 Comando Automtico da Combusto .............................................................. 37

4.3 Controle manual .............................................................................................. 40

5 Proposta de substituio do sistema de controle existente .................................... 42

5.1 Controladores Lgicos Programveis (CLP) .................................................... 42

5.1.1 Hardware do CLP ...................................................................................... 43

5.1.2 Linguagem Ladder .................................................................................... 45

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5.2 Sistema de controle da Caldeira ATA por CLP ................................................ 46

5.2.1 Lgica do sistema de controle por CLP ..................................................... 47

5.2.2 Instalao do CLP ..................................................................................... 49

6 Proposta alternativa do sistema de controle por CLP ............................................ 53

6.1 Lgica do sistema de controle da proposta alternativa .................................... 55

6.1.2 Ligaes externas ..................................................................................... 56

6.2 Supervisrio ..................................................................................................... 59

7 Sugestes .............................................................................................................. 62

8 Concluso .............................................................................................................. 63

9 Referncias ............................................................................................................ 64

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Resumo

O presente trabalho apresenta uma proposta de substituio do sistema de

controle da caldeira Ata modelo VI-15, localizada no Laboratrio de Gerao de

Potncia da UFES. Inicialmente faz-se uma breve definio de caldeira, sua

utilizao e funcionamento, e em seguida comenta-se sobre os tipos de controle e as

variveis que podem ser controladas. Em seguida relata-se o estudo realizado sobre

o sistema eletromecnico de controle existente na caldeira, e aps a compreenso

deste, apresenta-se a proposta da substituio por um sistema de controle que

utiliza um controlador lgico programvel (CLP), explicando-se a lgica do sistema

proposto e os elementos necessrios para a instalao do CLP. Por fim, apresenta-

se uma proposta alternativa que faz a alterao de alguns procedimentos do

acionamento, alm de um programa supervisrio para a caldeira.

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1 Introduo

Nos sistemas de produo do setor industrial, a automao de processos vem

se mostrando, de importante aplicao para obteno de maior qualidade,

velocidade de produo e lucratividade.

Existem inmeras formas de realizar tal tarefa e vrios nveis de automao. A

transformao de alguns processos industriais para o modo automatizado no

requer gastos exorbitantes e sua implantao no causa grande impacto ambiental

dentro de uma fbrica. Um exemplo de modificao que se encaixa neste perfil a

automao do monitoramento e controle de caldeiras, muito utilizadas em processos

industriais. A automao garante que esses equipamentos trabalhem dentro de seus

prprios limites construtivos de operao, como temperatura e presso, resultando

em diminuio de manuteno e paradas no programadas do processo.

Este projeto tem por objetivo propor um sistema automatizado de controle

operacional para a caldeira Ata modelo VI-15, flamotubular, que se encontra no

LAGEPOT (Laboratrio de Gerao de Potncia), utilizando um controlador lgico

programvel (CLP) em substituio ao controlador eletromecnico existente,

baseado em um quadro de rels e um eixo de cames, acionado por um motor de

passo.

O nvel de gua no corpo da caldeira e a presso da fornalha passaro a ser

controlados pelo CLP, controlando-se a entrada de gua na caldeira e a combusto.

A proposta de substituio pretende modernizar o sistema de controle da

caldeira em questo, dado que o sistema atual encontra-se sem manuteno o que

pode causar falhas nos acionamentos mecnicos. Por ser um sistema antigo

tambm pode ser difcil encontrar peas sobressalentes. Com a implantao do CLP

ainda possvel promover a reduo de cabos eltricos, muito comuns em sistemas

antigos como o existente. Tambm possvel implantar um programa supervisrio

que, atravs de uma interface grfica de um computador, permite o

acompanhamento dos eventos e alarmes, e acionamento de equipamentos

diretamente.

Alm disso, caso haja necessidade de qualquer alterao na lgica de controle

ser necessrio alterar o sistema eltrico, o que no to simples dada a

quantidade de conexes e elementos eltricos existentes. Por outro lado o

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controlador CLP possui facilidade de reprogramao do sistema, no est sujeito a

falhas mecnicas, ocupa menos espao e necessita menor quantidade de cabos

eltricos.

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2 Caldeiras

Caldeiras so equipamentos que produzem vapor atravs da queima de algum

combustvel, utilizando o vapor para aquecimento ou acionamento de mquinas.

Ral Torreira justifica o amplo uso do vapor d'gua como fluido de trabalho

dado seu alto calor especfico, fcil disponibilidade de gua na maior parte dos

locais e baixo custo. Atualmente ele utilizado em larga escala, e atende

necessidades das indstrias de alimentos, bebidas, papel, txtil, metalrgica,

qumica, entre outras.

As caldeiras classificam-se em aquatubulares, flamotubulares ou eltricas. Nas

primeiras a gua circula por dentro de tubos dispostos na forma de paredes d'gua

ou de feixes tubulares. So as mais comuns em se tratando de plantas termeltricas

ou gerao de energia eltrica em geral, exceto em unidades de pequeno porte.

Nas flamotubulares a gua circula ao redor de tubos, e interno a estes os

gases da combusto. O rendimento trmico da caldeira flamotubular normalmente

menor e o espao ocupado por ela proporcionalmente maior. Seu emprego

adequado para pequenas instalaes industriais, dado que sua presso de trabalho

geralmente pequena em virtude do grande dimetro do corpo destas caldeiras.

As eltricas funcionam com a passagem de corrente eltrica atravs de

resistncias ou diretamente pela gua. Possuem aplicao restrita s regies onde a

energia eltrica abundante e a custos relativamente baixos. Outras vezes o uso de

caldeiras eltricas se justifica pela ausncia de poluentes decorrentes da queima de

combustveis.

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3 Controle em Caldeira

Instrumentao e controle so partes essenciais de toda instalao industrial.

Elas permitem garantir uma operao segura, econmica e confivel das fbricas e

de seus equipamentos. No caso de caldeiras, os sistemas de controle empregados

vo desde um simples controle digital at sistemas de controle sofisticados em

instalaes de grande porte, onde so envolvidas dezenas ou, s vezes, centenas

de instrumentos.

O que controlado numa caldeira e a forma deste controle podem variar muito

de uma caldeira para outra. Diversas so as formas de controlar e as variveis

controladas, e esto relacionadas a seguir.

3.1 Tipos de controles

3.1.1 Controle Liga-Desliga

Neste tipo de controlador, quando atingido o ponto de ajuste, ocorre a

mudana da sada do controlador, movendo-se rapidamente da posio totalmente

aberta para a posio totalmente fechada, ou vice-versa, sem posies

intermedirias. Assim, a correo ou excessivamente grande ou pequena, fazendo

a varivel controlada oscilar ao redor do ponto de ajuste.

Os controladores liga-desliga (on/off ou digitais) so largamente utilizados na

indstria, especialmente nos sistemas de segurana dos diversos equipamentos,

uma vez que nestas aplicaes exige-se rpida atuao do sistema de controle e as

correes empregadas em situaes de operao anormal so bruscas.

Este controle tambm pode ser utilizado para controlar malhas de menor

importncia no processo, uma vez que, num controle liga-desliga, a varivel

controlada ir oscilar ao redor do ponto de ajuste. Nestas aplicaes, em geral,

utilizam-se controladores liga-desliga com zona diferencial. Estes controladores

utilizam duas chaves-miniatura; a utilizao da segunda chave-miniatura permite

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adicionar-se uma zona diferencial ou zona morta no controle liga-desliga. Com a

introduo da zona diferencial, a freqncia de oscilao diminui, diminuindo o

desgaste do elemento final de controle, porm, a amplitude de oscilao da varivel

controlada aumenta, piorando a qualidade do controle.

3.1.2 Controle a um, dois e trs elementos

Os controles podem ser classificados conforme o nmero de variveis

monitoradas. Neste tipo de controle pode-se efetuar o controle de uma varivel

atravs de sua medio e tambm da medio de outras variveis que afetam a

controlada. Egdio Bega (1989) exemplifica esta filosofia de controle aplicada ao

controle de nvel de caldeiras, conforme descrito a seguir.

No controle a um elemento a nica varivel medida o nvel de gua no corpo

da caldeira. O sensor de nvel envia um sinal ao controlador que por sua vez

compara este sinal com o ponto de ajuste e envia um sinal de correo para a

vlvula de controle. Este tipo de controle somente corrigir a vazo de gua de

alimentao depois que o nvel tiver variado. Como normalmente a faixa de variao

do nvel deve ser muito estreita, em funo de suas deficincias este sistema de

controle ter sua utilizao limitada aos casos de caldeiras de pequeno porte, onde

o nvel no uma varivel muito crtica.

No controle de nvel a dois elementos so monitorados a vazo de sada de

vapor e o nvel de gua. Assim, os sinais do controlador de nvel e do transmissor de

vapor so enviados a um somador que envia a resultante para a vlvula de controle

de nvel. Dado que este um controle antecipativo com realimentao, o nvel

tende a se manter no ponto de ajuste. Mas se acontecer alguma anomalia e o nvel

sair do ponto de ajuste, este mecanismo de controle buscar atingir o seu equilbrio

novamente.

No controle de nvel a trs elementos, alm das duas variveis citadas

anteriormente tambm monitorada a vazo da gua de alimentao. A concepo

moderna utiliza controle antecipativo com realimentao, combinado com controle

em cascata, de modo que a correo antecipada do nvel feita pela vazo do vapor

e a realimentao feita pelo transmissor e pelo controlador de nvel, enquanto a

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vazo da gua mantida pela malha escrava de controle da gua em funo do

ponto de ajuste recebido do somador.

No caso de caldeiras que tenham variaes de carga muito rpidas, utilizam-se

as variaes na presso do corpo da caldeira para se conseguir um balano

adequado entre vazo de vapor gerado e gua de alimentao entrando na caldeira.

3.1.3 Controle Auto-operado

Controle em que a energia necessria para movimentar a parte operacional

pode ser obtida diretamente do sistema controlado atravs da regio de deteco.

Deste modo, este controle obtm toda a energia necessria ao seu funcionamento

do prprio meio controlado, sendo utilizado em aplicaes de controle de presso e

menos comumente em controle de temperatura.

A figura 1 exemplifica um controle de presso auto-operado para controlar a

presso a jusante da vlvula. A presso da linha conectada diretamente ao

atuador da vlvula, enquanto o ponto de ajuste mudado atuando-se no parafuso

externo de ajuste de presso. O posicionamento do plugue ser uma combinao

dos efeitos da presso, que empurra o diafragma da mola para cima, e da

regulagem sobre a mola, que empurra o diafragma para baixo.

Figura 1- Controle de presso auto-operado.

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Como vantagem, os controles auto-operados so de construo e operao

simples. E por este mesmo motivo apresentam as desvantagens de problemas de

estabilidade e de no linearidade de controle, que fazem com que o controlador

geralmente opere apenas com parte da capacidade total da vlvula.

3.1.4 Controle PID

Controladores PID combinam trs aes diferentes: a proporcional, a integral e

a derivativa. O controlador proporcional tem a sada proporcional ao valor do erro,

sendo o fator de proporcionalidade chamado de ganho proporcional. Deste modo,

este controle no contm nenhum elemento dinmico, e sua atuao depende

somente do valor do erro, como mostra a figura 2.

Estes controladores so teis para ajustes proporcionais, utilizando-se da

banda de proporcional (em %), que a porcentagem da faixa total da escala de

medio atravs da qual a varivel controlada deve variar para causar uma variao

total no curso do elemento final de controle. Ou seja, se a banda proporcional for

20%, significa que uma variao de 20% no erro produzir uma variao de 100%

na sada.

Figura 2- Teste de um controlador proporcional utilizando um degrau.

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Nos controladores proporcionais e integrais, alm da parcela proporcional

existe uma parcela integral, isto , a sada da parcela integral funo da integral do

erro. Em outras palavras, a velocidade de correo do elemento final de controle

proporcional ao erro. O tempo integral, Ti, o tempo que a ao integral gasta para

repetir a ao proporcional.

Dado que a ao integral geralmente lenta, esta ao feita em conjunto

com a ao proporcional. Por outro lado, caso o erro seja constante no tempo, a

ao integral do controlador far aumentar a resposta medida que o tempo passa,

conforme a figura 3. A variao cessa somente quando o erro tambm cessa. A

ao integral no garante estabilidade do processo, mas garante que no haver

erro quando o processo atingir um estado estvel.

O controle de modo derivativo funo da derivada do erro, ou seja, a sada do

controlador proporcional inclinao da curva da varivel controlada. A resposta

derivativa antecipa a sada proporcional de um tempo Td, chamado tempo derivativo,

sendo este til para respostas rpidas, como mostra a figura 4. De outra forma,

quanto maior o tempo derivativo maior a estabilidade do processo, mas menor a

velocidade da resposta.

Figura 3- Teste de um controlador proporcional integral utilizando um degrau.

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Figura 4 Teste de um controlador proporcional derivativo utilizando uma rampa.

A combinao das aes proporcional, integral e derivativa cria um controle

que combina a ao de estabilidade do controle proporcional derivativo e de

eliminao do erro do controle proporcional integrativo, o que faz este controle ser

apropriado para aplicaes onde h necessidade de respostas rpidas e precisas do

sistema de controle. A figura 5 compara as respostas dos controladores

proporcional, proporcional integral e proporcional integral derivativo para um degrau.

Figura 5 Resposta comparativa dos controladores P, PI e PID.

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3.1.5 Controle em Cascata

Existem situaes em que uma nica malha de realimentao negativa no

fornece a preciso e a qualidade de controle exigidas. Por exemplo, um trocador de

calor com controle da temperatura na sada, fazendo correes na vlvula de vapor,

de modo que a temperatura a varivel controlada e a vazo a varivel

manipulada.

Se, por qualquer motivo, a presso do vapor variar, isto afetar a vazo de

vapor atravs da vlvula de controle, e consequentemente, a temperatura na sada

do processo.

A soluo para este caso a utilizao de um controle em cascata, onde uma

malha controla a vazo de vapor de acordo com o ponto de ajuste enviado pelo

controle de temperatura.

No controle em cascata cada controlador tem sua prpria varivel, porm

somente um controlador tem ponto de ajuste externo, enquanto o outro controlador

atua diretamente na varivel manipulada. O controle em cascata tem como principal

funo compensar os efeitos das perturbaes que ocorrem na varivel manipulada,

sendo vivel somente se a malha secundria tiver velocidade de resposta bem maior

que a malha primria.

3.1.6 Controle Antecipativo

Um controle que utiliza realimentao negativa precisa de uma diferena entre

a varivel medida e o ponto de ajuste, ou seja, precisa que exista um erro. Num

processo em que ocorram variaes freqentes nas variveis que afetam a varivel

controlada, a malha de controle com realimentao negativa ter muita dificuldade

em manter o ponto de ajuste.

De outra forma, o controle antecipativo mede uma ou mais variveis de

entrada, prediz seu efeito no processo e atua diretamente sobre a varivel

manipulada, buscando manter a varivel controlada no valor desejado.

O controle antecipativo puro no mede a varivel controlada e nem a utiliza no

clculo efetuado pelo processador. Egdio Bega (2003) ressalva que este controle

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funcionar corretamente somente se forem consideradas todas as variveis que

envolvem o processo, bem como mensurar adequadamente todos os seus efeitos, o

que dependendo do processo se torna muito difcil. Desta forma este controle nem

sempre ser efetivo, e o que se faz na prtica inserir uma realimentao negativa,

de modo que se houver discrepncia na correo o prprio sistema de controle

corrigir o erro. A este controle d-se o nome de controle antecipativo com

realimentao.

3.2 Variveis controladas em caldeiras

Todas as filosofias de controle expostas anteriormente podem ser usadas em

plantas industriais para o controle de diversas variveis. Em caldeiras tambm

existem muitas a serem controladas, mas optar por control-las depende de quanto

ser o benefcio do controle utilizado em relao custo do controle. As variveis

controladas em caldeira, e a importncia do controle, esto expostas a seguir.

3.2.1 Controle de Nvel

o conjunto do controlador e do atuador, responsveis pela regulao do nvel

de gua no corpo da caldeira. Opera em conjunto com a bomba dgua, de modo a

manter o nvel dentro dos valores nominais e de operao segura. Vale ressaltar que

uma falta dgua provoca um superaquecimento destrutivo no feixe tubular, atravs

do superaquecimento destes, podendo provocar vazamentos internos e a

conseqente exploso da caldeira. Por outro lado, o nvel elevado de gua causa o

arraste de gotculas junto com o vapor, reduzindo a qualidade deste.

As caldeiras aquatubulares so mais sensveis s variaes de nveis de gua.

Geralmente estas caldeiras possuem, pelo menos, dois tubules: o inferior, que

sempre est cheio, e o superior, cujo nvel deve ser controlado. Dado que o tubulo

superior pequeno em relao quantidade de vapor produzido, estas caldeiras

precisam de um controle bem ajustado, pois caso haja sensvel reduo no nvel

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haver, por conseqncia da atuao do mecanismo de controle, injeo de gua

em quantidade suficiente para causar o resfriamento da gua no tubulo e

conseqente reduo da taxa de vaporizao.

Por outro lado, as caldeiras flamotubulares possuem grande quantidade de

gua em seu corpo. Desta forma, a injeo de gua no provoca grandes problemas

para a produo de vapor. Mas caldeiras flamotubulares maiores necessitaro de

um controle de nvel mais apurado, pois se houver grande reduo no nvel haver

tambm grande injeo de gua para correo, resultando no mesmo efeito exposto

para caldeiras aquatubulares.

Desta forma, o porte e o tipo da caldeira definiro o tipo de controle a ser

utilizado, objetivando a segurana da caldeira e o atendimento da demanda de

vapor.

3.2.2 Controle de Temperatura de Sada do Vapor

Caldeiras geralmente no fornecem vapor a temperatura constante, e

dependendo da utilizao do vapor necessrio ser feito o controle da temperatura

do vapor. Quando o vapor saturado, o controle da temperatura pode ser feito

controlando-se a presso de sada do vapor, dado que na fase saturada h uma

correlao entre estas duas grandezas. J nos casos em que a caldeira produz

vapor superaquecido necessrio a utilizao de dessuperaquecedores (que

geralmente trabalham com adio de gua a fim de dessuperaquecer o vapor) para

que seja controlada a temperatura final do vapor, pois esta passa a ser funo da

presso, do excesso de ar, da temperatura e volume dos gases aos quais o

superaquecedor est submetido.

Nas aplicaes convencionais, a temperatura do vapor superaquecido poder

ser controlada por uma malha simples com realimentao negativa (controle de

temperatura a um elemento). Mede-se a temperatura do vapor na sada do

superaquecedor secundrio (TT), conforme figura 6, e se houver alguma diferena

do ponto desejado o controlador (TRC) atua na vlvula de adio de gua (TV).

eficiente se no houver variaes freqentes na carga.

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Figura 6 Controle da temperatura do vapor superaquecido a um elemento.

Nos casos em que a temperatura for crtica, este controle dever ser feito com

malhas que utilizam controle com realimentao combinado com controle em

cascata (controle de temperatura a dois elementos). Nesta filosofia so medidas as

temperaturas na sada do superaquecedor secundrio (TT) e na sada do

dessuperaquecedor (TT), conforme figura 7. O controlador principal (TRC) controla a

temperatura da sada do superaquecedor secundrio, atuando no ponto de ajuste do

controlador secundrio (TIC). Este atua na vlvula de adio de gua de

dessuperaquecimento (TV), buscando manter a temperatura na sada do

dessuperaquecedor de acordo com o ponto de ajuste recebido do controlador

principal (TRC).

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Figura 7 Controle da temperatura do vapor superaquecido a dois elementos.

Se o controle a dois elementos for insuficiente ainda h a possibilidade de

utilizar o controle antecipativo com realimentao combinado com controle em

cascata (controle de temperatura a trs elementos), onde so utilizados dois

controladores de temperatura e um somador, conforme figura 8. O controlador

principal controla a temperatura na sada do superaquecedor secundrio e envia o

sinal ao somador (TY), que adiciona ao sinal de vazo do ar de combusto (FT),

resultando no ponto de ajuste enviado ao controlador secundrio (TIC). Por sua vez,

este atua na vlvula de adio de gua de dessuperaquecimento buscando manter o

ponto de ajuste recebido pelo somador.

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Figura 8 Controle da temperatura do vapor superaquecido a trs elementos.

Esta configurao manter a temperatura do vapor superaquecido de maneira

estvel, dado que a correo feita tambm em funo da vazo de ar de

combusto, e o controle se antecipa aos efeitos causados na variao desta

varivel. Tambm necessrio que o controlador secundrio (TIC) tenha velocidade

de resposta rpida e precisa.

3.2.3 Controle de Presso do Vapor

O controle de presso, junto com o controle de temperatura do vapor, um

controle mnimo necessrio em caldeiras aquatubulares. exigido um manmetro

para indicar ao operador a presso de trabalho de modo a garantir a segurana. Se

a presso sobe significa que houve queda na demanda de vapor, e que necessria

a reduo da quantidade de calor injetado na fornalha. Por outro lado, a reduo na

presso do vapor indica aumento da demanda, e a quantidade de calor deve ser

aumentada. Desta forma, o controle da presso feito atravs da combusto.

A forma do controle depende da caldeira e da aplicao: onde for exigido um

controle fino da presso controles antecipativos com realimentao sero exigidos,

mas aplicaes menos exigentes podero usar controle liga/desliga. De qualquer

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forma necessrio que haja uma vlvula de segurana para o caso do controle de

presso falhar, e esta ultrapassar o limite operacional. Logo acima do limite

operacional a vlvula de segurana se abre, e apesar de desperdiar vapor e calor,

garantir a integridade da planta.

3.2.4 Controle da Combusto

As malhas de controle de combusto de caldeiras que utilizam combustvel

lquido ou gasoso o fazem variando a vazo do combustvel e do ar de combusto

injetado na cmara de combusto. Este controle objetiva manter a relao ar

combustvel na faixa mais estreita possvel, otimizando o rendimento da caldeira.

Dos controles de combusto, o mais simples de acionamento mecnico, que

utiliza apenas um controlador que controla a presso do vapor atuando no acionador

mecnico que, por sua vez, posiciona o damper de ar e a vlvula de combustvel

atravs de alavancas. Dada a simplicidade deste mecanismo, ele apresenta grandes

deficincias. Uma delas refere-se ao ajuste da relao ar/combustvel, que feito

atuando-se nas alavancas de acionamento do damper de ar e da vlvula de

combustvel. Alm das dificuldades de manter a relao estequiomtrica

ar/combustvel para diversas vazes, o rendimento tambm est sujeito s variaes

das condies atmosfricas. Outra deficincia o fato da vlvula de combustvel no

poder ser acionada independentemente do damper de ar.

Devido s suas deficincias, este sistema de controle ou sua filosofia (vazo de

ar e combustvel conjugados) utilizado somente em caldeiras de pequeno porte e

com poucas variaes de carga. Nos casos de maior necessidade, podem ser

implantados sistemas de controle mais elaborados, como os de acionamento

independente das vlvulas de ar e combustvel, os que tambm medem a vazo de

ar e de combustvel, os que controlam a razo estequiomtrica, os que utilizam um

transmissor e um controlador de vazo especfico para o ar de combusto e para o

combustvel (este ajusta a vazo de combustvel e logo aps a do ar, ou o contrrio,

ou simultaneamente). H ainda sistemas que analisam a porcentagem de oxignio

existente nos gases da combusto e os que controlam a queima com mais de um

combustvel.

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Buscando otimizar a queima ainda possvel analisar a temperatura e os

gases da combusto de modo a garantir queima completa e menor desperdcio de

calor. O controle ainda pode analisar variveis atmosfricas, como temperatura,

presso e umidade. Obviamente, cada mecanismo utilizado dentro da necessidade

e da relao custo-benefcio.

3.2.5 Controle do Preaquecimento do Ar de Combusto

Alguns controles existentes em caldeiras so aplicados em casos muito

especficos, seja por uma necessidade ou pelo porte da caldeira. Se a produo de

vapor for muito grande, uma economia de 1% pode resultar numa economia mensal

da ordem de milhares de reais.

Neste caso haver um foco no controle da combusto e processos como pr-

aquecimento do ar de combusto e da gua de alimentao utilizando o calor

residual dos gases da combusto.

Geralmente usam-se pr-aquecedores regenerativos, aproveitando o calor

residual dos gases da combusto. importante controlar a troca de calor para que a

temperatura dos gases de combusto no caia a valores abaixo dos quais pode

haver a condensao da umidade, o que acelera a corroso do material.

Por exemplo, pode-se usar aquecedores regenarativos do tipo Ljungstron,

combinado com preaquecimento utilizando vapor de baixa presso. So medidas a

temperatura do ar aps o aquecimento com o vapor de baixa presso e a

temperatura dos gases da combusto na sada do regenerador. calculada a mdia

destes dois sinais e enviada ao controlador, que atua na vlvula de vapor de

preaquecimento do ar de combusto, como mostra a figura 9.

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Figura 9 Controle de temperatura de preaquecimento de ar.

3.2.6 Controle de Presso na Cmara de Combusto

A presso na cmara de combusto afeta diretamente a vazo de ar que flui

atravs da caldeira e a prpria combusto.

As caldeiras que operam com tiragem forada (ventilador injeta ar na cmara

de combusto) trabalham com presso ligeiramente positiva, e seu controle feito

por meio do controle de vazo do ar de entrada.

De outro modo, as caldeiras com tiragem induzida (ventilador succiona o ar da

cmara de combusto) h uma malha de controle especfica. Um transmissor de

presso mede a presso e envia o sinal ao controlador de presso que compara

com o ponto de ajuste, fazendo a correo necessria.

A tiragem balanceada feita utilizando tiragem forada e induzida. Neste caso,

se os houver controle independente dos ventiladores, um dever operar em

automtico, pois se ambos operarem em automtico qualquer distrbio resultar em

ciclagem entre as malhas. Para evitar a ciclagem pode-se usar um ajuste mais lento

de um dos controladores, mas isto piora a qualidade do controle.

A figura 10 mostra como este controle geralmente feito. O controlador de

vazo do ar de combusto atua na regulagem do ventilador de tiragem forada e,

em paralelo, no de tiragem induzida. Se o ajuste estiver correto, o regulador de

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presso poder atuar lentamente, dado que a correo necessria ser pequena, e

sua atuao feita no ventilador de tiragem induzida.

Figura 10 Controle de presso na cmara de combusto.

3.2.7 Controle de Qualidade da gua

Existem padres para o controle de qualidade da gua, utilizando diversas

variveis. Uma delas a condutividade da gua, podendo ser medida atravs de

eletrodos imersos no corpo da caldeira formando um resistor de uma ponte de

Wheatstone. A medida da condutividade , na verdade, uma medida da quantidade

total de slidos dissolvidos no corpo da caldeira, cujo limite de 3000ppm para

caldeiras aquatubulares e 3500ppm para as flamotubulares.

Gunn e Horton explicam que a automao completa do controle de qualidade

da gua no simples, dado que praticamente necessrio criar um laboratrio de

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anlise automtico e um sistema de correo. Na prtica, um operador faz medies

da qualidade da gua e as corrige manualmente se for o caso.

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4 A Caldeira ATA e o sistema de controle existente

A caldeira ATA modelo VI-15, localizada no LAGEPOT, figura 11,

flamotubular, de pequeno porte, e produz apenas vapor saturado. Esta caldeira tem

capacidade de produo de 300kg de vapor por hora, e por estes motivos no se

fazem necessrios o controle de combusto, da temperatura de sada do vapor, da

tiragem dos gases da combusto e da qualidade de gua de injeo no corpo da

caldeira, visto que no so variveis crticas neste tipo de caldeira. Ela tambm no

possui regeneradores, e apenas so controlados o nvel de gua no corpo da

caldeira e a presso de trabalho.

Figura 11 Caldeira ATA no LAGEPOT.

No corpo da caldeira se encontra o fluido de trabalho (gua) e os tubos por

onde passam os gases provenientes da combusto na fornalha. um tambor de

construo soldada, com suas extremidades fechadas por espelhos planos (com o

intuito de aproveitar a energia irradiada pelas chamas), de 894mm de dimetro

interno e 1925mm de comprimento, com paredes de ao ASTM-A 285 Gr.C de

9,5mm de espessura.

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Um quadro eltrico fornece energia necessria ao funcionamento dos

equipamentos que atuam na caldeira e ao sistema de controle. A distribuio da

energia feita no painel de controle, figura 12, onde esto localizados os elementos

que fazem o controle automtico e os acionamentos manuais da caldeira, protegidos

da poeira, umidade e intempries. Sobre o painel se encontram quatro botes:

interruptor de comando automtico de ignio, de ignio manual (centelha), do

comando manual (motor eltrico e vlvula de combustvel) e do comando manual de

bomba de gua. Todo o sistema acionado por uma tenso de 220V. A figura 13

representa o diagrama de ligaes eltricas do painel de controle.

Figura 12 - Painel de Controle.

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Figura 13 Diagrama eltrico do painel de controle.

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4.1 Variveis controladas na Caldeira ATA

4.1.1 Controle de Nvel da Caldeira

Ao lado do corpo da caldeira (figura 14) existem o indicador de nvel (que indica

o nvel de gua na caldeira) e a coluna de nvel, que se trata de uma espcie de

garrafa com quatro eletrodos de nvel fixados na parte superior. A coluna de nvel

mantm comunicao com a gua no interior da caldeira. Os eletrodos (figura 15)

enviam informaes ao sistema de controle automtico de nvel de gua, localizado

no painel de controle.

Figura 14 - Corpo da caldeira.

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Figura 15 - Eletrodos de Nvel.

Os eletrodos ficam mergulhados em gua atravs da qual transmitem corrente

eltrica, sendo que o eletrodo nmero 12 o eletrodo de referncia, e funciona

como plo positivo de um circuito eltrico, enquanto os demais funcionam como plo

negativo.

O eletrodo nmero 9 o menor em comprimento. Este indica o nvel mximo

operacional da caldeira e comanda a parada da bomba de alimentao de gua,

assim que este nvel atingido.

O eletrodo nmero 10 o de nvel mnimo operacional, e comanda a partida da

bomba quando o nvel de gua desce at este ponto. A diferena de comprimento

entre os eletrodos 9 e 10 a faixa de funcionamento normal da caldeira.

O eletrodo nmero 11 o de nvel de segurana, e impossibilita a combusto

com o nvel de gua abaixo deste ponto. A interrupo da chama se d atravs da

abertura do circuito de alimentao das bobinas das chaves eletromagnticas da

bomba de leo e do ventilador e da interrupo do fluxo de combustvel. Enquanto

este eletrodo mantiver o circuito aberto ele tambm far soar o alarme de baixo nvel

de gua.

A vlvula de alimentao de gua da caldeira e a vlvula de sada de vapor so

elementos de acionamento puramente manual, e comandam a entrada de gua na

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caldeira e a sada de vapor respectivamente. Se a vlvula de sada de vapor estiver

fechada haver aumento da presso no interior da caldeira, e o sistema de controle

de presso interromper a combusto. Mas se a vlvula de entrada de gua estiver

fechada ou no houver gua no reservatrio e a bomba for acionada, ela no

bombear gua, provocando superaquecimento e danos mesma.

A figura 16 mostra o diagrama eltrico do controle de nvel.

Figura 16 Diagrama eltrico do controle de nvel.

Pelos bornes 1, 2, 3, 5 e 7 chega energia ao Controle de Nvel da Caldeira

(CNC). Considerando a caldeira vazia na partida, o alarme de baixo nvel de gua

ser ligado pelo rel 1 (rel de alarme e parada de combusto) e a bomba de gua

ser ligada pelo rel 2 (rel de bomba de gua). Assim que o nvel de gua atingir o

eletrodo nmero 11 a corrente eltrica vai fluir pela gua, fechando o circuito eltrico,

magnetizando a bobina do rel 1, alterando sua posio. Isto far desligar o alarme

de nvel de gua, e o contato normalmente aberto fechado. Este ligado em srie

com o pressostato, que passa a enviar sinal permitindo a combusto automtica ou

manual.

O nvel de gua continua a subir, dado que a bomba est ligada, at atingir o

eletrodo de nmero 9. O circuito eltrico deste eletrodo ligado bobina magntica

do rel 2, acionando-o. Isto far a bomba desligar, e o contato normalmente aberto

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faz o selo da bobina, atravs do eletrodo nmero 10. Desta forma, a bobina somente

ser desmagnetizada quando o nvel de gua diminuir abaixo deste eletrodo, o que

far religar a bomba de gua.

A bomba ligar na partida sempre que o nvel de gua estiver abaixo do

eletrodo de mximo nvel operacional.

4.1.2 Controle de Presso

O controle de presso feito atravs do pressostato Honeywell modelo

L404A1388-2 (figura 17). Sempre que o nvel de gua estiver acima do nvel de

segurana o pressostato poder enviar sinal eltrico.

Figura 17 - Pressostato.

Enquanto a presso se mantm abaixo do mximo operacional o pressostato

envia sinal permitindo a combusto. Quando a presso atinge o mximo regulado o

bulbo de mercrio inclina abrindo o circuito eltrico e interrompendo o envio de sinal

ao sistema de controle, no permitindo a combusto ou interrompendo-a. O circuito

religado assim que a presso cai conforme regulagem do pressostato.

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Para a segurana do sistema, caso o pressostato falhe, existe uma vlvula de

segurana (figura 18) do tipo mola que abrir quando a presso do vapor atingir

180psi.

Figura 18 - Vlvula de segurana.

4.2 Comando Automtico da Combusto

O comando automtico da combusto (figura 19) no um controle da

combusto, mas um sequenciamento da partida que garante o correto acendimento

da caldeira. Este liga o motor eltrico (que aciona o ventilador e a bomba de

combustvel), a vlvula de combustvel e a centelha eltrica, e recebe sinal da

fotoclula e do pressostato.

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Figura 19 Comando automtico de combusto. Da direita para a esquerda, a partir da seta: 1 came

e 1 micro-chave, 2 came e 2 micro-chave, 3 came e 3 micro-chave, 4 came e 4 micro-chave.

A combusto somente ser permitida quando o pressostato enviar sinal,

indicando que a presso se encontra nos nveis operacionais.

Ao ligar o interruptor de comando automtico (CA) entrar em funcionamento o

programador (eixo de cames). O 1 came aciona a 1 micro-chave que liga e desliga

o motor do programador, deixando-o sempre pronto para iniciar um novo ciclo, salvo

em caso de falha de ignio. O 2 came aciona a 2 micro-chave, que liga o

ventilador e a bomba de leo. Uma vlvula que controla a passagem de combustvel

faz com que este retorne ao reservatrio, de modo que na fornalha chegue apenas

ar, para purgar os gases existentes na cmara de combusto.

A pr-purga dura 30 segundos e se encerrada quando o 3 came aciona a 3

micro-chave, ligando a centelha eltrica. Imediatamente depois, o 4 came aciona a

4 micro-chave que comanda a abertura da vlvula de combustvel, permitindo a sua

passagem para o bico pulverizador.

Cerca de 10 segundos aps o acionamento da centelha eltrica ela

desligada, e analisa-se o sinal enviado de uma fotoclula localizada na fornalha, que

funciona como sensor de chama, recebendo a claridade. Caso a chama se sustente,

o sinal enviado pela fotoclula ativar o rel OP-3 que manter a combusto

acontecendo. O motor do eixo de cames continua girando at completar o ciclo de

360. Neste momento ele pra, ficando pronto para nova partida.

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Caso a chama no se sustente, a fotoclula no emitir sinal, o rel OP-3 no

ser ativado e o eixo de cames pra fora de sua posio de incio, obrigando o

operador a utilizar o boto de reciclo (figura 20) localizado ao lado do programador

para realizar nova partida.

Figura 20 - Boto de reciclo.

A figura 21 mostra o diagrama eltrico do Comando Automtico da Combusto.

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Figura 21 Diagrama eltrico do Comando Automtico de Combusto.

4.3 Controle manual

O acionamento do motor, da centelha e da bomba de gua, podem se dar

manualmente, atravs de chaves localizadas na parte superior externa do painel de

comando mostrador na figura 22.

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Figura 22 - Chaves de acionamento. Da esquerda para a direita: interruptor do comando automtico

de ignio, ignio manual, interruptor do comando manual, comando manual da bomba dgua.

A bomba de gua pode ser acionada pelo operador a qualquer instante,

mesmo que o nvel de gua no corpo da caldeira esteja no mximo. Isto permite que

a caldeira fique completamente cheia em seu interior, caso seja necessrio

interromper sua operao por longo perodo.

O operador pode dar partida na caldeira de modo manual, atravs do

acionamento da chave de ignio manual e do interruptor de comando manual

(motor eltrico e vlvula de combustvel). O motor e a vlvula de combustvel

somente sero ligados se a centelha tambm estiver acionada, garantindo que no

ser injetado combustvel na fornalha sem a centelha. Aps a interrupo da

centelha o motor continuar funcionando, mantendo a combusto. Neste caso no

possvel a realizao da purga.

Quando o modo automtico estiver acionado, a chave de ignio manual e o

interruptor de comando manual ficam inoperantes.

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5 Proposta de substituio do sistema de controle existente

Aps a compreenso do funcionamento da caldeira e do controle de suas

variveis, nvel e presso, foi possvel a reproduo deste sistema para utilizao do

CLP, atravs da linguagem Ladder.

As simulaes foram realizadas no CLP Matsushita modelo FP0-C32 localizado

no IFES Campus Serra, utlizando-se as instrues encontradas na Apostila bsica

para programao com FPSoft.

Os controladores lgicos programveis substituem o uso material de rel,

temporizador, contadores e outros dispositivos, simulando o seu funcionamento.

Dado que o funcionamento do dispositivo de comando efetuado com lgica

eletromecnica, importante conhecer a lgica rel, com referencia ao esquema

eltrico funcional, o qual constitui a base da linguagem Ladder.

5.1 Controladores Lgicos Programveis (CLP)

Francesco Prudente define o CLP como um equipamento composto de

componentes eletrnicos e memria que contm dados e programas com a

finalidade de ler e executar instrues, interagindo com um sistema que deve ser

controlado por dispositivos de entrada e sada do tipo analgico ou digital.

Este equipamento surgiu com o objetivo principal de substituir os quadros

eltricos a rels que eram usados principalmente na indstria automobilstica, e que

deviam ser trocados toda vez que fosse feita uma alterao no processo de

fabricao. Alm do custo elevado, a substituio dos rels exigia que a linha de

produo ficasse inativa durante a atualizao.

Com o passar do tempo, o CLP transformou-se em um equipamento mais

simples de usar, mais confivel e produtivo. A partir dos anos 80 os computadores

comearam a se tornar populares na indstria, o CLP tornou-se especializado, e sua

difuso cresceu exponencialmente, e dentre os fatores para isto pode-se citar:

- Flexibilidade: como citado anteriormente, a reprogramao mais simples do

que com componentes eletromecnicos;

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- Fcil gesto das falhas: os modernos CLPs so capazes de diagnosticar

falhas de maneira rpida e simples;

- Baixo custo: a popularizao do CLP tornou seu custo acessvel;

- Facilidade de programao: A linguagem de programao intuitiva, o que

facilita sua compreenso e programao do CLP.

- Observao do funcionamento: As operaes de um CLP podem ser

observadas no computador atravs de um programa supervisrio, no qual tambm

possvel simular o funcionamento.

Outra vantagem do sistema de controle por CLP a confiabilidade no controle.

Durante os testes de funcionamento da caldeira foi detectada uma falha no processo

acendimento, provavelmente um defeito no acionamento do rel OP-3 devido a mau

contato nos cabos eltricos ou uma desregulagem do eixo de cames. Num CLP no

existem rels operando a lgica de controle, mas contatos virtuais operados atravs

de lgica booleana. Dessa forma a quantidade de elementos mecnicos diminui

muito, reduzindo a probabilidade de haver falha do sistema de controle.

Apesar de serem projetados para trabalhar em ambiente industrial com

variao de temperatura, umidade, vibraes, distrbios eltricos, existem outras

variantes como alta temperatura e forte distrbio eletromagntico que impossibilitam

a utilizao de um dispositivo eletrnico.

5.1.1 Hardware do CLP

O hardware de um controlador lgico programvel constitudo de trs

componentes fundamentais: unidade central, unidade de programao e unidade de

entrada e sada de dados (unidade I/O).

A unidade central a que organiza todas as funes de controle. Esta

constituda de trs unidades fundamentais:

- Microprocessador e CPU: Executa a lgica binria, utilizada para elaborar

sinais eltricos e comandar mquinas. Da CPU depende a performance, velocidade

e potncia do CLP. O microprocessador l os sinais de entrada e interage com o

programa, gerando sinais de sada, comandando dispositivos de atuao.

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- Memria: o dispositivo utilizado pela CPU para ler e escrever

informaes teis execuo do programa.

- Fonte de alimentao: utilizada para converter uma tenso alternada de

rede numa tenso contnua para o funcionamento da CPU e seus dispositivos de

entrada.

A unidade de programao a interface homem/mquina, que permite

compilar e enviar o programa memria do CLP, visualiz-lo, modific-lo e control-

lo, bem como impor o estado lgico dos I/O para simulao.

A unidade I/O permite o dilogo do CLP com os sinais de entrada e sada

provenientes do campo.

A unidade de entrada recebe todos os sinais provenientes de botes, sensores,

chaves, entre outros, para conhecimento do estado do processo, e os torna

compatveis com a CPU do CLP.

A unidade de sada trata os sinais emitidos pela CPU para envi-los aos

dispositivos que devem ser acionados, chamados atuadores, como por exemplo,

motores, lmpadas, eletro-vlvulas, sirenes, entre outros.

A construo dessas unidades, chamadas de Placas I/O, pode ser com base

em sinais digitais ou analgicos.

Perifricos podem ser adicionados para permitir a expanso e potencializao

da performance do CLP:

- Um simulador de entradas um dispositivo que simula o funcionamento do

sensor, facilitando o rpido ajustamento do software, permitindo a execuo de

testes.

- Uma impressora permite imprimir o programa.

- Dispositivos de grande memorizao de dados so memrias de elevada

capacidade que permitem conservar o programa desenvolvido, mesmo quando no

esto instaladas sobre o CLP.

A figura 23 mostra esquematicamente a organizao de um CLP.

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Figura 23 - Hardware de um CLP.

5.1.2 Linguagem Ladder

uma Linguagem de programao grfica, em forma de diagrama, que por ser

de fcil criao e interpretao e representar ligaes fsicas entre componentes

eletrnicos (sensores e atuadores), acaba sendo bastante utilizada em ambiente

industrial, e por este motivo foi escolhida para a realizao deste projeto.

Existem trs tipos de elementos na linguagem Ladder:

- As entradas (ou contatos), que podem ler o valor de uma varivel booleana;

- As sadas (ou bobinas) que podem escrever o valor de uma varivel

booleana;

- Os blocos funcionais que permitem realizar funes avanadas.

A entrada (ou contato) o elemento que representa o sensor, ou seja, a

entrada de sinal no bloco de controle lgico. Pode ser uma chave, um sensor

reflexivo, um final de curso ou at mesmo o contato de algum rel auxiliar.

Existem dois tipos de contatos. O contato normalmente aberto (NA) fecha

quando a varivel booleana associada verdadeira. O contato normalmente fechado

(NF) abre quando a varivel booleana associada verdadeira.

A sada (ou bobina) o elemento atuador, ou seja, o elemento acionado ou

desligado pelo bloco de controle lgico. Pode ser uma contatora, um motor, uma

lmpada, uma sirene, entre outros.

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Os blocos funcionais permitem realizar operaes mais complexas que a leitura

ou escrita de variveis. So exemplos de blocos funcionais os contadores,

temporizadores, bobinas de set ou reset, operadores matemticos, entre outros.

5.2 Sistema de controle da Caldeira ATA por CLP

A figura 24 mostra o sistema de controle da caldeira em linguagem Ladder. A

programao feita no CLP cumpre as mesmas funes do painel de comando

existente na caldeira. A descrio dos elementos representada em seguida na

tabela 1.

Figura 24 Programao do CLP em linguagem Ladder.

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Tabela 1 - Legenda da programao do CLP em Ladder

ENTRADAS

X0 Boto para ligar o CLP X1 Boto para desligar o CLP X2 Eletrodo de nvel de segurana X3 Eletrodo de nvel mnimo operacional X4 Eletrodo de nvel mximo operacional X5 Boto de acionamento do comando automtico de combustoX6 Pressostato X7 Fotoclula X8 Boto de reciclo X9 Boto de acionamento manual da bomba de gua

X10 Boto de acionamento manual da centelha X11 Boto de acionamento manual do motor e da vlvula de

combustvel

SADAS

Y0 Alarme de falta de gua Y1 Bomba de gua Y2 Motor eltrico Y3 Centelha Y4 Vlvula de combustvel Y5 Lmpada de falha de ignio

RELS

R0 Rel de segurana R1 Rel auxiliar de nvel R2 Rel de acionamento manual da bomba de gua R3 Rel de acionamento manual de centelha R4 Rel de acionamento manual do motor e da vlvula de

combustvel

TEMPORIZADORES

T0 Tempo de pr-purga T1 Tempo de centelha T2 Tempo de ps-purga

5.2.1 Lgica do sistema de controle por CLP

Assim que o operador liga o CLP, o contato X0 acionado e muda seu estado

para fechado. Dado que o boto que aciona o contato X1 normalmente fechado, o

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rel R0 acionado, permitindo que todas as sadas sejam acionadas, e quando ele

desligado ele desliga todas as sadas. Para desligar o rel R0 deve ser acionado o

contato X1. Desta forma o rel R0 um dispositivo de segurana da caldeira.

Supondo a caldeira partindo vazia, os eletrodos no enviam sinal, e a sada Y0

(bomba de gua) ligada pelo contato R1 (rel auxiliar de nvel), normalmente

fechado (NF). Quando a entrada X2 energizada, o contato NF de X2 abre,

desligando a sada Y1 (alarme de baixo nvel de gua).

O rel R1 somente ser acionado quando o contato X4 (nvel mximo) for

acionado, e neste momento o contato X3 (nvel mnimo) j estar acionado. O

acionamento do rel R1 faz desligar a sada Y0, que tornar a ligar quando o rel R1

for desacionado pela entrada X3 (neste momento o nvel de gua desce abaixo do

eletrodo de nvel mnimo).

Quando o contato X5 (comando automtico da combusto) acionado, um

conjunto de ligaes em srie deve ser analisado. A sada Y2 (motor) somente ser

acionada se os contatos X6 (pressostato) e X2 estiverem acionados. Assim que o

motor ligado o contato Y2 comutado e aciona o temporizador T0, contando o

tempo de pr-purga.

Passada a pr-purga o contato T0 aciona a sada Y3 (centelha), que por sua

vez comuta o contato Y3 e aciona a sada Y4 (vlvula de combustvel). Desta forma

garante-se que no haver injeo de combustvel na cmara de combusto antes

da centelha ser acionada. O contato Y4 que faz selo com o contato Y3 atua para que

a injeo de combustvel continue mesmo que a centelha seja desligada.

O contato Y4 aciona o temporizador T1, que conta o tempo a partir do qual

deve ser verificado o sinal da entrada X7 (fotoclula). Ao ser acionado o contato T1

a sada Y3 desligada, interrompendo a centelha.

Se a chama se mantiver, a fotoclula enviar sinal e o contato X7 ser

energizado, abrindo-se. Assim no ser registrada falha de ignio. Por outro lado,

se a chama se apagar o contato X7 se manter fechado, ativando a sada Y5

(lmpada de falha de ignio), que por sua vez, ativa o contador T2 (tempo de ps-

purga). Aps ser efetuada a ps-purga, o contato T2 ativado e se abre, desligando

a sada Y2. A combusto somente poder ser retomada aps a ativao do contato

X8 (boto de reset).

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Se houver falta de gua (contato X2 desativado) ou sobrepresso de vapor

(contato X6 desativado), as sadas Y2 e Y4 so desativadas, interrompendo a

combusto. Neste caso no ser computado falha de ignio, e o retorno da

combusto feito a partir da pr-purga.

A operao manual da bomba de gua se d atravs do contato X9, que ativa

o rel R2, acionando seu respectivo contato e fazendo ligar a sada Y1.

A centelha manual feita atravs do acionamento do contato X10 somente

quando o contato X5 estiver desacionado (boto de comando automtico de

combusto desligado), ativando o rel R3, que aciona seu respectivo contato

ativando a sada Y4.

O acionamento do motor eltrico e da vlvula de combustvel so feitos atravs

do contato X11 e somente quando o contato R3 estiver acionado. Ento, o rel R4

acionado e seus contatos se ativam fazendo ativar as sadas Y2 e Y4 e selando o

prprio rel R4. Este intertravamento garante que no haver injeo de combustvel

antes da centelha e acionamento manual do motor eltrico e da vlvula de

combustvel quando em operao automtica.

5.2.2 Instalao do CLP

Para a instalao do CLP necessrio retirar do painel de comando padro o

bloco de comando automtico, no qual est localizado o eixo de cames, e o bloco de

comando de nvel. Os bornes localizados na parte inferior do painel, as chaves na

parte superior, os fusveis e as contatoras permanecem no painel. Os sensores e os

equipamentos j instalados tambm permanecem.

O diagrama eltrico do painel de controle com CLP est representado na figura

25.

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Os elementos necessrios para a implantao do sistema de controle proposto

e o oramento so apresentados na tabela 2.

x

+

-

Y

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5

10 11

6 7

Alarme CentelhaVlvula de Combustvel

Rels

Contatora doMotor Eltrico

Contatora da Bomba de gua

Lmpada de Falha de Ignio

T T T

Fotoclula

Boto de Reciclo

Boto CA

Pressostato

Bomba Manual

Centelha Manual

Motor Manual

Liga

Desliga

T T

R R R R R

14

14 14 14 14 14

11 11 11 11 11

R R T T S S

^^^ ^^^ ^^^

13

19

20

21

22

UA UO VA VO WA WO

Eletrodos

A1

A2

A1 A1 A1 A1

A2 A2 A2 A2

12 11 10

9

Fonte de Tenso

CLP

17

18 16

15

Figura 25 - Diagrama eltrico do painel de controle com CLP.

Pgina51

Tabela 2 - Oramento da instalao do CLP.

Item Marca Modelo Preo

unitrio Quantidade Preo

CLP 12 entradas e 8

sadas digitais WEG

TPW-03

20HR-A 1.140,00 1 1.140,00

Fonte de tenso 24V

(24V/220V)

Mean

Well MDR 20-24 196,00 1 196,00

Rel Finder 46.61.9.024

.0040 54,96 5 274,80

Botoeira Liga Siemens 3SB3202-

0AA41 3,20 1 3,20

Botoeira Desliga Siemens 3SB3203-

0AA21 3,20 1 3,20

Boto de Reincio Siemens 3SB3202-

0AA11 3,20 1 3,20

Lmpada 24V 10W Philips 105 2,08 1 2,08

TOTAL 1.622,48

O CLP (APNDICE A) funciona com uma tenso de 24V. Desta forma, a fonte

de tenso (APNDICE B) transforma a tenso de 220V em 24V, alimentando o CLP.

Esta fonte de tenso alimenta as entradas e as sadas do CLP, bem como o eletrodo

nmero 12, que fechar circuito com os eletrodos 11, 10 e 9 quando o nvel de gua

atingir os eletrodos, enviando sinal para as entradas 2, 3 e 4 do CLP,

respectivamente.

O boto liga tem a funo de ligar o CLP, permitindo que o mesmo faa todo o

controle. O boto desliga tem a funo de emergncia: se ocorrer alguma anomalia

no processo, ao apertar o boto desliga todas as sadas so desativadas, isto ,

tanto a combusto quanto a bomba de gua so desligados imediatamente. O boto

liga NA e de cor verde, e o boto desliga NF e de cor vermelha. Os botes esto

detalhados no APNDICE C.

A fonte de tenso tambm ligada ao pressostato e fotoclula, pelos bornes

18 e 17, e 16 e 15 respectivamente, bem como nos contatos NA dos botes

localizados na parte superior do painel e no boto de reciclo. Este ltimo boto

integrado ao programador eletromecnico, e por isto necessrio instalar outro

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boto. Seu cdigo o caracteriza como sendo NA e de cor preta. Todos estes

elementos iro alimentar entradas do CLP.

Em suas sadas, o CLP fornece tenso de 24V, insuficiente para acionar os

elementos, que necessitam de 220V. So necessrios rels (APNDICE D) para

realizarem tais acionamentos. A sada do CLP conectada bobina do rel, pelo

contato A1, e o contato A2 aterrado. O contato 11 conectado fase R, e o

contato 14 conectado ao elemento a ser acionado ou chave contatora (caso do

motor e da bomba de gua, que so elementos trifsicos). Este elemento

aproveitado do controle existente.

A lmpada de falha de ignio pde ser acionada diretamente pela sada do

CLP porque ela foi substituda por uma lmpada 24V, encontrada em lojas de

material eltrico em geral.

As fases R, S e T so demonstradas na figura 13, e so representados pelos

bornes de mesmo nome. Mas para aplicao no CLP essas fases devem ser

tomadas a partir dos fusveis localizados no barramento, com o cuidado de deixar

seis fusveis somente para os acionamentos do motor eltrico e da bomba de gua.

As fases R e T que fazem o acionamento do alarme de falta de gua, da centelha e

da vlvula de combustvel devem ser tomados pelos dois fusveis esquerda. Na

figura 25, os nmeros junto ao alarme, vlvula de combustvel, centelha e aos

eletrodos representam os nmeros dos bornes localizados parte inferior do quadro

eltrico, por onde devem ser feitas as instalaes.

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6 Proposta alternativa do sistema de controle por CLP

Como forma de melhoria do sistema de controle proposto, foi elaborado um

segundo programa no qual o funcionamento se dar de maneira exclusivamente

automtica, no havendo a opo de controle manual, to pouco da necessidade de

interveno do operador, salvo em casos de anomalias no processo. Assim, o

operador passar a monitorar em tempo real o funcionamento da caldeira atravs de

um supervisrio.

A figura 26 mostra o programa proposto acima em Ladder e a descrio dos

elementos representada em seguida na tabela 3.

Figura 26 - Programao do CLP em linguagem Ladder, proposta alternativa.

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Tabela 3 - Legenda da programao do CLP em Ladder, proposta alternativa.

ENTRADAS

X0 Boto para ligar o CLP X1 Boto para desligar o CLP X2 Eletrodo de nvel de segurana X3 Eletrodo de nvel mnimo operacional X4 Eletrodo de nvel mximo operacional X5 Pressostato X6 Fotoclula X7 Sensor de baixo nvel da caixa dgua X8 Sensor de baixo nvel do reservatrio de combustvel X9 Boto de desligamento da caldeira

SADAS

Y0 Alarme de falta de gua Y1 Bomba de gua Y2 Motor eltrico Y3 Centelha Y4 Vlvula de combustvel Y5 Lmpada de falha de ignio

RELS

R0 Rel de segurana R1 Rel auxiliar de nvel R2 Rel de travamento por partidas mal sucedidas R3 Rel auxiliar de alarme R4 Rel auxiliar de desligamento da caldeira

TEMPORIZADORES

T0 Tempo de purga T1 Tempo de centelha T2 Tempo de ps-purga para desligamento da caldeira T3 Tempo de enchimento da caldeira acima do nvel mximo

operacional

CONTADORES

CTK100 Contador de tentativas de partida

Nesta proposta o operador no tem possibilidades de realizar o processo

manualmente, podendo apenas ligar e desligar o CLP ou parar a operao.

Assim que o CLP ligado passa a controlar o nvel de gua e, to logo o nvel

de gua atinge o mnimo de segurana a combusto iniciada automaticamente,

isto , sem que o operador precise acionar uma chave de comando da combusto.

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O alarme de baixo nvel de gua tambm foi alterado. Ele no mais ser

acionado na partida, mas somente em operao se o nvel cair abaixo do mnimo de

segurana.

Como forma de evitar danos aos equipamentos da caldeira, foram adicionados

sensores de baixo nvel da caixa dgua e do reservatrio de combustvel. Desta

forma a combusto cessa quando o nvel mnimo de combustvel atingido, e a

bomba de gua no liga quando o reservatrio de gua atinge o nvel mnimo.

Em caso de falha de ignio, o sistema de controle tentar repetir a partida

uma vez. Caso a falha persista, o processo somente ser reiniciado quando o CLP

for reiniciado pelo operador.

Para o desligamento da caldeira foi adicionado um processo especfico, que

realiza a ps-purga, fazendo a retirada dos gases de combusto na fornalha, e

enche a caldeira com gua, um pouco acima do nvel mximo operacional.

6.1 Lgica do sistema de controle da proposta alternativa Ao controle de nvel foi adicionado o contato X7 (sensor de baixo nvel da caixa

de gua), que desacionado quando o nvel da caixa estiver baixo, desligando a

sada Y1 (bomba de gua). O mesmo mecanismo foi adicionado para desligamento

das sadas Y2 (motor eltrico) e Y4 (vlvula de combustvel), atravs do contato X8

(sensor de baixo nvel do reservatrio de combustvel).

No momento que o CLP ligado, o rel R4 acionado pelo contato X2 caso

este esteja ativado. Este contato, em srie com o contato R4 faz com que a sada Y0

(alarme de falta de gua) no seja ativada. A sada Y0 somente ser ligada se o

nvel de gua desacionar o contato X2.

A partida ser dada automaticamente assim que os contatos X2, X5

(pressostato) e X8 estiverem acionados, sendo ativada a sada Y2 e cumprindo-se

os procedimentos de acendimento conforme procedimento relatado para a proposta

inicial.

Em caso de encerramento da produo, a caldeira pode ser desligada por um

boto de desligamento, que ativa o contato X9. Este aciona o rel R4 (rel de

desligamento da caldeira), que atua como selo, desliga a sada Y4, aciona o

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temporizador T2 (temporizador de ps-purga) e liga a sada Y1 (bomba de gua).

Assim que o temporizador T2 conta o tempo de ps-purga ele desliga a sada Y2. A

bomba de gua fica ligada, e assim que aciona o contato X4, ele ativa o

temporizador T3, que manter a bomba ligada mais 40 segundos, fazendo com que

o nvel de gua ultrapasse o nvel mximo operacional. Quando o temporizador T3

encerrar a contagem, o contato T3 acionado, desativando o rel R0, desligando o

CLP.

6.1.2 Ligaes externas

O esquema de ligaes externas do CLP desta segunda proposta muito

parecido com o da primeira, diferindo pela ausncia dos botes de reciclo e dos

botes que hoje existem sobre o painel de controle. Tambm foram includos

sensores de nvel dos reservatrios de gua e combustvel (chave bia APNDICE

E), e tambm o boto de desligamento da caldeira, cumprindo procedimento

especfico. A figura 27 representa o diagrama de ligaes externas.

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A diferena desta configurao para a anterior est nas entradas, sem os

botes da parte superior do painel e o boto de reciclo, economizando cinco

entradas, que existiam devido possibilidade do acionamento manual. Por outro

lado, trs novas entradas foram implementadas.

Duas chaves-bia foram inseridas, uma na caixa de gua e outra no

reservatrio de combustvel. Elas so instaladas para fazer controle de nvel inferior,

ou seja, as chaves abrem quando o nvel diminui abaixo do regulado pelo

comprimento dos fios da chave.

12 11 10

9

A1 A1 A1 A1 A1

A2 A2 A2 A2 A2

Eletrodos

x

+

-

Y

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5

10 11

6 7

Alarme CentelhaVlvula de Combustvel

Rels

Contatora doMotor Eltrico

Contatora da Bomba de gua

Lmpada de Falha de Ignio

T T T

Fotoclula

Pressostato

Liga

Desliga

T T

R R R R R

14

14 14 14 14 14

11 11 11 11 11

R R T T S S

^^^ ^^^

13

19

20

21

22

UA UO VA VO WA WO

Chave-boia Caixa

^^^

Chave-boia Combustvel

Boto Desliga Caldeira

A2 A2 A2 A2 A2

A1 A1 A1 A1 A1

12 11 10

9

Fonte deTenso

CLP

18

15

16

17

Figura 27 - Diagrama eltrico do painel de controle com CLP, proposta alternativa.

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O boto Desliga Caldeira, na entrada 9 do CLP, serve para cumprir o

procedimento de parada da caldeira, interrompendo a combusto, fazendo a purga e

enchendo a caldeira acima do nvel mximo operacional.

O oramento desta melhoria apresentado na tabela 4, e pouco difere do

oramento anterior.

Tabela 4 Oramento da instalao do CLP, proposta alternativa.

Item Marca Modelo Preo

unitrio Quantidade Preo

CLP 12 entradas e 8

sadas digitais WEG

TPW-03

20HR-A 1.140,00 1 1.140,00

Fonte de tenso

24V (24V/220V) Mean Well MDR 20-24 196,00 1 196,00

Rel Finder 46.61.9.024

.0040 54,96 5 274,80

Botoeira Liga Siemens 3SB3202-

0AA41 3,20 1 3,20

Botoeira Desliga Siemens 3SB3203-

0AA21 3,20 1 3,20

Boto de Reincio Siemens 3SB3202-

0AA11 3,20 1 3,20

Lmpada 24V

10W Philips 105 2,08 1 2,08

Chave Bia Mar Girius CB 2000 35,00 2 70,00

TOTAL 1.692,48

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6.2 Supervisrio

Um sistema supervisrio uma interface entre o operador e o sistema de

controle, cujo objetivo permitir o seu acompanhamento e tambm pode permitir o

comando direto de determinados pontos de uma planta automatizada.

Seu sistema funciona a partir de um computador comum, no qual atravs do

mouse ou teclado, o usurio pode acessar qualquer parmetro dentro de um sistema

automatizado.

O supervisrio recebe sinais vindos de um CLP e do operador, via computador,

e pode enviar sinais para o CLP atuando nos equipamentos instalados na planta,

como mostrado na figura 28.

P R O C E S S O

C L P

Microcomputador executando Softwares de Superviso (Intouch) e

comunicaco (Driver do CLP)

cabo de comunicao

processo enviando e

recebendo sinais do CLP

Controlador Lgico

Programvel

Figura 28 - Comunicao entre planta, CLP e supervisrio.

O sistema supervisrio para a Caldeira foi desenvolvido no programa InTouch

que a interface homem-mquina mais simples de ser configurada em comparao

aos demais softwares existentes no mercado.

Entre os softwares do InTouch esto o Window Maker, o Window Viewer, o

NetDDE, SPC, Recipe, SQL, os Drivers e o Intouch.

O Windows Maker destina-se a criao de janelas e edio das animaes. O

Windows Viewer o software que executa a janela que foi produzida no Windows

Maker.

A figura 29 mostra a janela do Windows Viewer com o desenho do supervisrio

da Caldeira.

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Os elementos representados em cor vermelha so os que tm associado o

nmero do registrador do CLP, e que mudaro para a cor verde caso sejam

acionados. A mudana para a cor verde se dar da seguinte forma:

- os reservatrios de gua e combustvel caso estejam com o nvel baixo;

- a bomba de gua, o motor eltrico e a centelha quando estiverem em

funcionamento;

- a vlvula de combustvel quando estiver permitindo a passagem de

combustvel;

- os eletrodos de nvel de segurana, mnimo e mximo quando o nvel de gua

na caldeira estiver no nvel deles ou acima;

- o pressostato quando a presso na caldeira estiver nos nveis operacionais;

- a fotoclula quando estiver enviando sinal, indicando que existe fogo.

FOTOCLULA

PRESSOSTATO

CENTELHA

VLVULA DE

Figura 29 - Tela do supervisrio.

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Alm destes elementos, no painel do supervisrio existem os sinais que

indicam falha de ignio, um alerta para a falta de gua na caldeira (abaixo do nvel

de segurana) e um sinal que indica que a caldeira for desligada pelo boto de

desligamento, realizando a purga.

O programa supervisrio pode ser instalado em um computador j existente em

uma sala prxima ao LAGEPOT, e este no precisa ser exclusivo para essa

finalidade. Para a conexo entre o CLP e o computador ser necessrio um cabo de

comunicao.

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7 Sugestes

A proposta de melhoria comeou repetindo o sistema de controle existente com

o uso do CLP, e depois passou para a implementao do procedimento automtico

sem a alterao dos sensores e dos atuadores. Ainda assim o procedimento de

caldeiras exige algumas atividades manuais, como a abertura e fechamento de

vlvulas.

Pode-se melhorar o controle proposto atravs da substituio das vlvulas de

sada de vapor e de entrada de gua permite que o controle automtico possa

comand-las e despreocupar o operador de tais operaes.

O procedimento de parada da caldeira exige ps-purga e enchimento da

caldeira, que foram programados, bem como o fechamento da vlvula de sada de

vapor e a abertura da vlvula de dreno da coluna de nvel. Esta vlvula tambm

pode ser alterada para o CLP comand-la, de modo que o procedimento seja

completamente automatizado.

Com trs sadas a mais necessrio orar um CLP com mais sadas, ou

comprar um mdulo de expanso.

Com maior custo, possvel alterar o queimador para ter controle analgico,

fazendo o controle de combusto. Para tanto necessrio substituir o pressostato

por um sensor analgico de presso e alterar o mecanismo de regulao do ar e do

combustvel. Tambm necessrio adquirir um mdulo de expanso analgica do

CLP, que possui um custo mais elevado que o mdulo de expanso digital. Assim, o

controle da presso no interrompe o aquecimento do fluido de trabalho, mas altera

a quantidade de energia fornecida gua com a variao da presso, objetivando

mant-la num nvel abaixo do mximo operacional.

A teoria de controle exposta neste trabalho serve como base para

implementao de novos controles, e foi condensada justamente pela dificuldade de

reunir tais informaes. Malgrado, a evoluo do controle proposto neste trabalho

exige pesquisa extra.

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8 Concluso

Aps o surgimento da proposta de modernizao do sistema de controle da

caldeira, houve a necessidade do estudo do sistema existente, e com a leitura do

manual de operao percebeu-se a grande quantidade de procedimentos manuais.

Com a realizao do oramento, pde-se verificar que a implantao do CLP

no necessita muitos gastos e no complexa. Ele tambm possibilita alteraes e

expanses do sistema de controle sem a necessidade de entender a conexo de

cada fio. Dado que no existem muitas variveis e o controle no complexo,

mais fcil entender a funo de cada elemento no software do CLP para

reprogramar o sistema, agilizando a melhoria.

Diante do exposto conclumos que a instalao do CLP vivel.

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9 Referncias

APOSTILA bsica para programao com FPSoft. Disponvel em

.

BEGA, Egdio Alberto. Caldeiras: Instrumentao e Controle. 1 Edio. Rio de Janeiro: JR Editora Tcnica, 1989.

BEGA, Egdio Alberto. Instrumentao Aplicada ao Controle de Caldeiras. 3 Edio. Rio de Janeiro: Editora Intercincia, 2003.

GUNN D.; HORTON R. Industrial Boilers. 1 Edio. Inglaterra: Editora Longman Scientific & Technical, 1989.

KAKA, Sadik. Boilers, Evaporators, and Condensers. 1 Edio. Estados Unidos da Amrica: Editora John Wiley & Sons, Inc, 1991.

PRUDENTE, Francesco. Automao Industrial: PLC, teoria e aplicaes: curso bsico. 1 Edio. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2007.

TORREIRA, Ral Peragallo. Geradores de Vapor. 1 Edio. So Paulo: Editora Libris, 1995.

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APNDICES

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APNDICE A - CLP

O CLP escolhido para implantao foi o WEG modelo TPW03 20 HR-A (figura

30). alimentado com tenso contnua de 24V. A unidade bsica possui 12

entradas e 8 sadas digitais (tabela 5), e possvel utilizar mdulos de expanso

para at 140 entradas e 40 sadas digitais (tabela 6), alm de 8 entradas analgicas

e mais 2 canais analgicos, podendo ser entradas ou sadas (tabela 7).

Figura 30 - CLP WEG modelo TPW03 20 HR-A

Tabela 5 - Caractersticas dos CLPs WEG.

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Tabela 6 - Mdulos de Expanso digitais.

Tabela 7 - Mdulos de Expanso Analgicos.

Este CLP programado atravs do software PC Link, que possui algumas

diferenas do FPSoft. As principais diferenas so destacadas a seguir:

- a forma de inserir alguns elementos da programao no software;

- a contagem do software do FPSoft decimal, enquanto que o PC Link octal.

Significa que a entrada X7 a mesma para os dois, mas a entrada X8 no FPSoft

equivalente entrada X10 no PC Link;

- a base de tempo, que no CLP modelo FP0-C32 (programado no FPSoft) o

segundo, enquanto que no modelo TPW03 20HR-A (programado no PC Link) o

dcimo de segundo.

- os rels internos R do FPSoft so equivalentes aos elementos M do PC Link;

- o PC Link tambm pode simular o programa em Ladder sem necessitar de um

aparelho externo. Porm, necessrio maior ateno do usurio, que deve acionar

os elementos dentro do cdigo em Ladder.

As programaes no CLP WEG das primeira e segunda propostas seguem nas

figuras 31 e 32 respectivamente.

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Figura 31 - Programao no CLP WEG, reproduo do controle.

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Figura 32 - Programao no CLP WEG, proposta alternativa.

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APNDICE B FONTE DE TENSO

A fonte de tenso Mean Well MDR 20-24 funciona com tenso de entrada entre

120V e 370V, e fornece sada de 24V a 1A. A fonte mostrada na figura 33, e suas

especificaes na tabela 8.

Figura 33 - Fonte de Tenso Mean Well MDR 20-24.

Tabela 8 - Especificaes Tcnicas da Fonte Mean Well MDR 20-24.

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APNDICE C BOTOEIRAS

Os botes utilizados so todos da Siemens, da srie 3SB3. Estes botes so

de acionamento manual com retorno por mola, ou seja, eles retornam sua posio

inicial quando liberados.

O boto liga do modelo 3SB3202-0AA41, com um contato NA e de cor verde,

sugestiva para o comando de ligar. Da mesma forma a cor do boto desliga

sugestiva (vermelho), e tem um contato NF (modelo 3SB3203-0AA21).

Os botes de reincio (da 1 proposta) e de desligamento normal da caldeira

(da 2 proposta) so NA, mas de cor preta (modelo 3SB3202-0AA11). Estas

instrues so detalhadas na figura 34.

Figura 34 - Especificaes das Botoeiras.

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APNDICE D RELS

Os rels Finder aplicados so modelo 46.61.9.024.0040. Significa que este rel

possui um contato reversvel, cuja bobina de magnetizao trabalha sob tenso de

24V, contnua, e possui boto de teste bloquevel e indicador mecnico do seu

funcionamento. O detalhamento da especificao e o esquema eltrico do rel so

mostrados nas figuras 35 e 36 respectivamente. Os contatos NA e NF (11, 12 e 14)

do rel suportam tenses de at 440V.

Figura 35 - Especificao dos rels utilizados.

Figura 36 - Esquema eltrico dos rels utilizados.

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APNDICE E CHAVE BIA

Foi escolhida a chave bia Mar Girius, srie CB 2000, encontr