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
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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
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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)
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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)
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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)
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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
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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