Medição da Temperatura - Mecatrônica Atual

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Medição da Temperatura - Mecatrônica Atual

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Editora Saber Ltda

Diretor

Hélio Fittipaldi

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Editor e Diretor Responsável

Hélio Fittipaldi

Redação

Natália F. Cheapetta

Thayna Santos

Revisão Técnica

Eutíquio Lopez

Produção

Diego Moreno Gomes

Designer

Diego Moreno Gomes

Colaboradores

Bruno Ribeiro Ferretti

César Cassiolato

Filipe Pereira

Joachim Uwe Lorenzen

Luiz Roberto Basso Filho

Marco A. Graton

Paulo Henrique S. Maciel

PARA ANUNCIAR: (11) 2095-5339

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Capa

Dürr/Divulgação

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Parma Gráfica e Editora

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ao preço da última edição em banca.

Mecatrônica Atual é uma publicação da

Editora Saber Ltda, ISSN 1676-0972. Redação,

administração, publicidade e correspondência:

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03087-020, São Paulo, SP, tel./fax (11) 2095-5333

Associação Nacional

das Editoras de Publicações Técnicas,

Dirigidas e Especializadas

Concorrência Estrangeira

O que o Brasil faz de melhor para dificultar a concorrência da empresa brasileira

começa pelos funcionários das empresas públicas, com o fisco e principalmente

pelos políticos brasileiros.

Juscelino Kubitschek nos anos 50 deu um impulso com a criação da indústria

automobilística, estradas e a fundação de Brasília no início dos anos 60. Só em

1968 é que o imposto de renda foi estabelecido como obrigatório e, a partir daí,

começa a chuva de impostos provocados pelos políticos brasileiros irresponsáveis ,

que não se preocupam em saber se a capacidade a ser obsorvida pelo mercado torna

viável (ou não) a vida da empresa brasileira.

Como eles não gerenciam a aplicação dos recursos arrecadados com competência,

ética, moral e bons costumes, o dinheiro é muito mal aplicado e desviado pelos

corruptos, gerando custos inimagináveis. Como o saco é sem fundo e as vítimas não

reclamam, além de continuarem votando em palhaços profissionais, sem cultura

para entender as complexidades da vida moderna, sofrem cada vez mais, com mais

impostos e agora com a competente concorrência das empresas estrangeiras que

não pagam esta enorme conta de impostos e chegam com seus produtos aqui em

grande vantagem de qualidade e preço.

A educação, além da conduta ilibada, é caso de segurança nacional. Devemos

mudar a Constituição Brasileira e proibir que candidatos a cargos públicos e em

estatais sem comprovação de conhecimento notório em cargos anteriores e, cursos

universitários não possam se candidatar para cuidar de um país imenso. Não tem

direito adquirido neste caso. É a vida e o bem-estar de quase 200 milhões que não

podem ficar sob o jugo de poucos desletrados e que usam a ideologia como bandeira

para despistar. A ideia de democracia da antiguidade precisa ser aperfeiçoada para

os tempos modernos, onde a tecnologia impõe conhecimentos que antigamente

não eram necessários.

Com o câmbio desfavorável e caminhos equivocados determinados pelo baixo

clero político e sindical, em pouco tempo iremos para o buraco. Vejam exemplos

como os da Argentina e da Venezuela.

Pronto, eis a desindustrialização instalada. Empresas que antes fabricavam

seus produtos aqui, hoje ou industrializam em outros países, ou simplesmente são

representantes e distribuidores. Perdemos assim, a base de técnicos e engenheiros

que não tem onde trabalhar aqui, senão em vendas.

Esperamos que Deus ilumine os caminhos da nossa ex-guerrilheira e que ela

saiba quais as armas adequadas para esta realidade atual sem se deixar envolver

pelo besteirol ideológico plantado por corruptos de verdade.

Hélio Fittipaldi

Atendimento ao Leitor: atendimento@mecatronicaatual.com.br

Os artigos assinados são de exclusiva responsabilidade de seus autores. É vedada a reprodução total ou parcial

dos textos e ilustrações desta Revista, bem como a industrialização e/ou comercialização dos aparelhos ou idéias

oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanções legais. As consultas técnicas referentes aos artigos da

Revista deverão ser feitas exclusivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Técnico). São tomados

todos os cuidados razoáveis na preparação do conteúdo desta Revista, mas não assumimos a responsabilidade

legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampouco

assumimos a responsabilidade por danos resultantes de imperícia do montador. Caso haja enganos em texto

ou desenho, será publicada errata na primeira oportunidade. Preços e dados publicados em anúncios são por

nós aceitos de boa fé, como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade por

alterações nos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o fechamento.


índice

16

21

48

16

21

26

29

36

44

48

Editorial

Eventos

Contato

Notícias

Placa de Desenvolvimento

para Motores de Passo

de até 2 ampères

CLPs – Programação de

equipamentos de acordo com as

especificações dos processos

Tratamento de Alarmes

no Elipse E3

Medição da Temperatura

Dimensionamento da

quantidade de equipamentos

em uma rede PROFIBUS-PA

O uso de Canaletas

Metálicas minimizando as

correntes de Foucault em

instalações PROFIBUS

Soluções de sistema integrado

para a indústria automotiva

na Dürr Ecoclean

03

06

07

08


Dezembro

literatura

eventos

Curso de Agitação e Mistura em

Processos Industriais

Organizador: Associação Brasileira de

Engenharia Química

Data: 02 a 03

Local: Conselho Regional de Química

- CRQ-IV Regiao, São Paulo, SP

www.abeq.org.br/curso_agitacao.asp

Curso - Manutenção CS3000

Organizador: Yokogawa América do Sul

Data: 13 a 17

Local: Avenida Ceci, 1.500 – Tamboré, SP

www.yokogawa.com.br/

treinamentos

Curso - Análise de Riscos em

Projetos

Organizador: SAE Brasil

Data: 13 a 14

Local: Av. Paulista, 2073 – Edifício Horsa II

– Cj. 1003 – 10º andar - São Paulo - SP

www.saebrasil.org.br

O livro “Gerenciamento de Energia – Ações Administrativas e técnicas de

uso adequado da Energia Elétrica” apresenta a estudantes e profissionais os

aspectos essenciais para gerenciar instalações elétricas de forma eficiente e

com baixo custo.

Aborda aspectos administrativos, como as faturas de energia elétrica em

baixa e alta tensão. O conhecimento das regras do mercado livre de energia

elétrica possibilita analisar a conveniência de um consumidor migrar para

esse ambiente de contratação.

Esclarece aspectos técnicos, dúvidas relacionadas com o fator de potência,

a eficiência energética e a certificação ambiental de edificações. Descreve

ainda os conceitos gerais do setor elétrico e os principais números da

matriz energética brasileira.

Gerenciamento de Energia – Ações Administrativas e

técnicas de uso adequado da Energia Elétrica

Autores: Benjamim Ferreira de Barros, Reinaldo

Borelli e Ricardo Luis Gedra

Preço: R$ 58,00

Onde comprar: www.novasaber.com.br

Curso - Instrumentação Básica

Organizador: Yokogawa América do Sul

Data: 14 e 15

Local: Avenida Ceci, 1.500 – Tamboré, SP

www.yokogawa.com.br/

treinamentos

Janeiro

Electrotest Japan 2011

Organizador: Reed Exhibitions Japan

Data: 19 a 21

Local: 18F Shinjuku-Nomura Bldg., 1-26-2

Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo 163-

0570, Japan

www.electrotest.jp/et/en/floor/

IMTEX 2011 - Indian Metal, Cutting

Machine Tool Exhibition

Organizador: Indian Machine Tool

Manufacturers Association

Data: 20 a 26

Local: Bangalore International Exhibition

Centre, Bangalore, Índia

www.imtex.in

Fevereiro

Plastec West 2011 - Exhibition

Plastics Processing Solutions

Organizador: Canon Comunication

Data: 08 a 10

Local: Anaheim Convention Center 800

West Katella Avenue, Anaheim, CA 92802

www.canontradeshows.com/expo/

plastw11/index.html

Feicana/Feibio 2011 - Feira de

Negócios do Setor de Energia

Organizador: Safra Eventos

Data: 15 a 17

Local: Recinto de Exposições Clibas de

Almeida Prado - Araçatuba - SP

www.feicana.com.br


Futuros Colaboradores

Sou estudante de Engenharia de Controle & Automação pela Universidade Federal

de Ouro Preto, em Minas Gerais, e gostaria de saber como posso enviar artigos sobre

Eletrônica e Automação, e também, qual é o critério de divulgação de projetos? Há uma

formatação-padrão para o envio de projetos? Os projetos devem estar em pdf, algo assim?

Tenho projetos com o software LabVIEW, da National Instruments, sobre Controle

de Processos, Automação Residencial etc., e acho que podem ser úteis para estudantes,

técnicos e engenheiros que acompanham o bom trabalho da revista. Obrigado!

Ary Carlos - Por email

Em pesquisa ao site da Mecatrônica Atual não encontrei um contato com o corpo

editorial da revista, portanto gostaria de saber como entrar e contato com um

responsável e assim verificar a possibilidade de publicar um artigo. Obrigado.

Eng. Moacy Pereira da Silva - Por email

Prezados senhores, agradecemos a disposição em contribuir com a nossa revista. Para produzir

um artigo técnico existem algumas dicas para seguir. O texto pode ser enviado em formato PDF com

no mínimo 8000 e no máximo 15000 caracteres e, se tiver imagens ou desenhos, é necessário serem

chamados no texto. As figuras devem ser numeradas e enviadas separadas do texto, salvas em jpg ou tif.

Antes de ser publicado, será enviado um PDF para a sua avaliação e permissão para publicação.

Medição de temperatura

Necessito de uma relação de todos os tipos

de sensores de medição de temperatura

para ser utilizada por meus estagiários,

no mesmo momento lembrei da revista

e imaginei que vocês já devem ter

publicado algo desse tipo. Se estiver certo

na minha dedução por favor informem

o número da edição. Cordiamente,

João Alves - Por email

Senhor João, já publicamos

diversos artigos relacionados a sensores

de temperatura. Nas revistas Saber

Eletrônica nº 418 e nº 446 existem

artigos relacionados a sensores. Na

revista Mecatrônica Atual nº 28 há um

artigo cujo título é “Intrumentação

básica para medição de temperatura”

que poderá lhe ajudar. Já nesta edição

encontra-se um artigo voltado para a

Medição de Temperatura, desde sua

história até os tipos de transmissores.

Versão impressa

Gostaria de saber quanto custa e como

faço para fazer a assinatura da revista

Mecatrônica Fácil - versão impressa.

Agradeço desde já. Atenciosamente,

Laio Mendonça - Por email

Prezado Laio, faz aproximadamente 2

anos que a revista Mecatrônica Fácil deixou

de ser impressa devido a queda constante

de vendas. Foi a única saída para

evitar prejuizos e por não haver empresas

interessadas em anunciar naquele veículo.

Porém, você deve entender que

um pai nunca abandona seus filhos,

não é mesmo? Por isto estamos publicando

uma seção sobre Mecatrônica

(Fácil) na revista Eletrônica Total, que

você encontra bimenstralmente nas

bancas ou através de assinaturas.

Para mais informações envie um

email para assinaturas@editorasaber.

com.br ou ligue para (11) 2095-5335.

contato

Mecatrônica Atual nº 47

Acesso no portal

Seria possível informar-me as condiçoes

de acesso à publicações para assinantes?

Tentei acessar algumas matérias, logo

após entrar com login e senha, mas

não foi possível acesso à publicação

completa. Grato pela atenção,

Antonildo Lima - Por email

Caro Antonildo, os assinantes tanto

da revista quanto do próprio portal,

têm total acesso a todas as notícias,

artigos novos e antigos, colunistas e

etc.. Qualquer problema que tiver com

assinaturas, favor enviar um email para

assinaturas@editorasaber.com.

br, ou ligar para (11) 2095-5335.

Escreva para a

Mecatrônica Atual:

Dúvidas, sugestões ou reclamações sobre

o conteúdo de nossas reportagens, artigos

técnicos ou notícias, entre em contato pelo

email atendimento@mecatronicaatual.

com.br ou escreva para Rua Jacinto José

de Araújo, 315 CEP 03087-020 - São

Paulo - SP


notícias

Solução da Elipse automatiza a empresa Relat

A primeira unidade da Laticínios Renner (Relat), inaugurada

em outubro deste ano, decidiu utilizar o Elipse E3, solução

desenvolvida pela Elipse Software, para controlar as diferentes

etapas e equipamentos envolvidos na produção de soro de leite

em pó. Através do E3, os operadores podem controlar desde

a recepção até a fabricação final do produto via uma série de

telas acessadas mediante apenas três computadores instalados

dentro da própria Relat.

Inicialmente, o soro do leite, recebido em caminhõestanque

com isolamento térmico, passa por um processo de

resfriamento até atingir a temperatura de 4º C e é armazenado

temporariamente em silos termicamente isolados. O soro do

leite é então estabilizado, desnatado, desmineralizado e préconcentrado

pelos processos de pasteurização, centrifugação

e nanofiltração.

Após esta etapa, o soro do leite é concentrado através do

processamento em quatro efeitos de calandrias, equipamentos

que utilizam vácuo e vapor para remover parte da água do soro

via sua evaporação. O vácuo tem a função de baixar a pressão

de vapor, fazendo com que a evaporação ocorra a temperaturas

mais baixas. Em seguida o soro é conduzido até os tanques de

resfriamento, onde permanece sob agitação durante 8 horas,

para que seja cristalizado, passando a ter uma consistência

pastosa.

O soro de leite agora encontra-se apto para ser transformado

em pó pela câmara de secagem, equipamento de 30 metros

de altura com diversas entradas de ar aquecido e um potente

exaustor de 200 HP. O produto é aspergido pelo topo da câmara

por um atomizador de alta rotação. No instante em que entra

em contato com o forte fluxo de ar a aproximadamente 170 ºC

Mecatrônica Atual

O software possui um sistema de alarmes que informa aos operadores

se for observada qualquer espécie de falha em um equipamento.

e o leve vácuo da câmara, o soro tem a água das suas gotículas

imediatamente retirada na forma de vapor.

Na sequência, o pó obtido é sugado para fora da câmara e

separado do ar por meio de ciclones, equipamentos clássicos

utilizados para separar as partículas do pó em suspensão. Concluído

este processo, a umidade do soro é padronizada, antes

do mesmo ser peneirado e conduzido, por meio de fluxos de ar

e vibração, até a máquina ensacadeira. Todas estas etapas são

monitoradas e comandadas pelo software da Elipse.

Além deste controle, o software possui um sistema de

alarmes que informa aos operadores se for observada qualquer

espécie de falha em um equipamento. Caso uma centrífuga, por

exemplo, apresente qualquer defeito, o sistema de alarme é automaticamente

acionado, permitindo a identificação e correção

imediata do problema.

Segundo o diretor da Relat, Cláudio Hausen de Souza, a primeira

unidade da Laticínios Renner vai processar 1,2 milhão de

litros de soro de leite por dia em Estação. O investimento é da

ordem de R$ 50 milhões, e destes, R$ 30 milhões são destinados

à compra de equipamentos. Está assentado em um terreno de

150 mil metros quadrados, com 6 mil de área construída.

Na Relat, o soro que antes era descartado no ambiente

ou usado na alimentação animal, ganhará outra dimensão. O

subproduto do leite, obtido após a fabricação de queijos, terá

valor agregado ao ser utilizado como insumo na fabricação

de biscoitos, pães, sorvetes, chocolates, bebidas isotônicas,

lácteas e leites modificados. A fábrica deve gerar um total de

200 empregos diretos e indiretos quando estiver em pleno

funcionamento, movimentando a economia do município de

6 mil habitantes.


Petrobras tem o maior lucro entre as empresas brasileiras

No primeiro trimestre de 2010 a Petrobras obteve um lucro de R$ 16,02 bilhões,

segundo a consultoria Economática, este já é considerado como o maior

da história em comparação com outras empresas nacionais de capital aberto. No

primeiro semestre deste ano, a Vale conseguiu alcançar o oitavo maior lucro com

R$ 9,5 bilhões.

Instituições financeiras como Itaú Unibanco, Banco do Brasil e Bradesco atingiram

marcas entre R$ 6,3 bilhões - 12º lugar, R$ 5,07 bilhões - 16º lugar e R$ 4,5 bilhões

- 20º lugar respectivamente.

De acordo com a Consultoria, das cinco empresas que entraram na lista com os

maiores lucros somente a Vale não conseguiu atingir o seu máximo histórico.

Produtos

Servodrive Kinetix 3

A empresa Rockwell Automation

apresenta ao mercado o novo servodrive

Kinetix 3 da classe componente.

Ele permite aos fabricantes de máquinas

a capacidade de atender melhor

as necessidades das indústrias, sem a

complexidade das soluções de servos

tradicionais.

Oferecido em modelos que iniciam em

50 watts, o servodrive fornece a flexibilidade

de adaptar os eixos, de acordo

com as especificações reais de alimentação

da máquina, o que irá minimizar

o custo e as dimensões de sistema.

Seu projeto compacto faz com que o

servodrive seja ideal para máquinas

que exijam menos de 1,5 kW e até

12,55 Nm de torque instantâneo, como

máquinas de movimento intermitente

de formação, enchimento e selagem,

mesas de indexação, equipamentos

médicos, equipamento de automação

de laboratório e processamento de

semicondutores.

“Os fabricantes são desafiados por

condições econômicas mais severas. Há

menos capital disponível para compra

de novos equipamentos, enquanto os

usuários esperam por soluções que

sejam mais fáceis de usar e que possibilitem

maior disponibilidade e retorno

do investimento”, observa Oliver Haya,

gerente de produto da Rockwell Automation.

Ele acrescenta que, ao combinar

o novo servodrive Kinetix 3 e os

controladores MicroLogix da Rockwell

Automation, os fabricantes de máquinas

podem oferecer uma solução de

controle de posicionamento com custo

otimizado para aplicações com poucos

eixos, que são fáceis de usar e manter.

O servodrive Kinetix 3 é facilmente

configurado, usando o software Ultra-

Ware, um software gratuito disponível

Novo servodrive

com baixo custo

e fácil utilização,

usado em

aplicações de

controle de posicionamento

para

máquinas que

exigem menos de

1,5 kW.

como parte da ferramenta “Kinetix

Accelerator Toolkit”. A configuração

pode ser ainda mais simplificada ao

utilizar o recurso de reconhecimento

automático do motor, com motores

rotativos da série TL, atuadores lineares

da série TL e servomotores lineares

das séries LDL e LDC.

Os recursos adicionais incluem supressão

de vibração on-line, autoajuste

avançado e tempo de configuração

mais rápido, o que reduz o tempo de

partida ao praticamente eliminar muitas

etapas no processo de comissionamento.

O servodrive pode indexar até

64 pontos através da rede Modbus ou

por suas entradas digitais.

Para simplificar ainda mais a experiência

do usuário, o servo drive pode

ser incorporado a uma solução de

componentes conectados. A ferramenta

“Connected Components Building

Blocks” (CCBB) para o Kinetix 3 fornece:

desenhos CAD, layouts elétricos,

lista de materiais, códigos de controle

e telas de interface de operação préconfiguradas.

Além disso, ele incluirá a

habilidade de desenvolver operações

de indexação para três eixos pela rede

Modbus, usando o controlador Micro-

Logix 1400, a interface de operação

PanelView Component e os motores

da série TL.


notícias

Rockwell Automation amplia

sistema de controle distribuído

O PlantPAx Logix Batch & Sequence Manager é uma solução

modular para bateladas que se destaca pela facilidade de uso

e pouca engenharia. Atende uma ampla gama de necessidades

de controle de batelada e sequenciamento local, baseadas em

controlador, permitindo configurar sequências diretamente

no controlador por meio de uma interface homem-máquina,

utilizando uma interface de usuário padrão. É ideal para equipamentos

independentes, que requeiram flexibilidade na sequência

(procedimentos) do processo e das fórmulas (pontos de ajuste)

das receitas. Esta solução também é adequada a aplicações de

sequenciamento contínuo comum, como partida/parada de processos,

mudanças de teor e controle de estrados de limpeza.

Muitas aplicações requerem recursos de gerenciamento de

sequência, porém a complexidade do processo pode não ser

suficientemente grande para garantir o uso de um pacote de

software de batelada. Baseado nesta solução permite que se

comece com um sistema de pequeno porte e, se as exigências

crescerem, os usuários poderão simplesmente migrar para uma

solução de software mais abrangente, sem atividades custosas

de reengenharia e testes.

A aplicação é fornecida com configuração pré-desenvolvida e

intuitiva, e telas de operação (IHM/Supervisório) em tempo real,

para facilitar o controle e a manutenção em tempo real. Está

fundamentada nas normas ISA-88, que oferecem uma estrutura

uniforme para a aplicação. Essa uniformidade ajuda o usuário

final a pesquisar problemas mais rapidamente, a melhorar a

Produtos

SVW implementa o EcoDryScrubber em sua Planta de pintura

Da tecnologia de instalação, passando

pela aplicação de pintura até sistemas

de controle - com exceção do prédio,

a Dürr fornece a planta de pintura

para SVW. Uma vez que as questões

ambientais também na China estão se

tornando cada vez mais importantes,

a SVW em Nanjing está investindo no

EcoDryScrubber da Dürr. Através da

recirculação do ar, este inovador sistema

de separação a seco do overspray

molhado reduz o consumo de energia

em até 60% em comparação com as

cabines de pulverização convencionais.

Além disso, pela não utilização da

separação molhada não é necessário o

uso nem de água fresca e nem tampouco

o uso de produtos químicos de

coagulação.

No pré-tratamento e na pintura catódica

por imersão, é empregado o sistema

rotativo de pintura por imersão

RoDip, com o qual já foram pintadas

10 Mecatrônica Atual

mundialmente mais de 18 milhões de

carrocerias. A rotação de toda a carroceria

no tanque otimiza o processo de

imersão, inundação e escoamento.

Antes da aplicação do primer e da

pintura de acabamento, a parte exterior

da carroceria é limpa por dois robôs

do tipo EcoRS 60 com escovas rotativas.

Vinte e quatro robôs de pintura do

tipo EcoRP L133 se encarregam da

pintura interior e exterior totalmente

automática. Também a abertura de capô

e portas ocorre totalmente automática

com robôs da Dürr, assim como

a medição da espessura da camada na

linha de acabamento. O trocador linear

de cores EcoLCC, utilizado no primer,

minimiza crucialmente a perda de tinta

na troca de cores.

A Dürr equipa a linha UBS com quatro

estações de robôs, com um total de

14 EcoRS e com a técnica de aplicação

para selagem automática, proteção

É ideal para equipamentos independentes, que requeiram flexibilidade

na sequência do processo e nas fórmulas das receitas.

operação em tempo real e, assim, aumentar a capacidade e

melhorar a qualidade.

Como parte do sistema de Arquitetura Integrada da Rockwell

Automation, a aplicação utiliza a mesma configuração,

estrutura de rede e ambiente de operação que os sistemas de

grande porte da empresa, permitindo supervisão e controle

local em uma única unidade, suportando unidades independentes

múltiplas, em um único controlador. Isto ajuda a fornecer aos

integradores de sistemas, fabricantes de máquinas e usuários

finais uma integração extremamente econômica no sistema de

controle distribuído de toda a fábrica.

das partes inferiores e revestimento

de saias. Este tipo de robô também

faz a instalação dos amortecedores

de ruídos de teto em uma estação de

colagem.

A nova planta de pintura – elaborada

para um processo sem primer e o

emprego de tinta à base de água é planejada

para trabalhar 31 unidades por

hora. Porém, a possibilidade de futura

expansão de capacidade para o dobro

desta produção já foi considerada no

planejamento. Partes da tecnologia da

instalação, como o pré-tratamento e a

KTL (pintura catódica por imersão), já

estão programadas para execução de

62 veículos por hora.

Esta planta de pintura, com baixíssimos

custos operacionais entrará em funcionamento

em outubro de 2011. Lá serão

pintados modelos de classe média da

Volkswagen e da Skoda.


notícias

Medição de gás inteligente

A empresa STMicroelectronics e a Omron anunciaram

parceria para oferecer uma solução completa de sensores

eletrônicos para medição do fluxo de gás. O sensor de fluxo

é um componente - chave para a solução turn-key de medição

de gás inteligente.

Como os medidores de eletricidade de alguns anos atrás,

a medição de gás está começando a passar dos medidores

mecânicos tradicionais para novas e sofisticadas soluções

eletrônicas, incorporando funções como Automatic Meter

Reading (AMR – Leitura Automática de Medição). A ST acredita

que há aproximadamente 500 milhões de medidores de gás

mecânicos no mundo, e a maior parte das fornecedoras de gás

estão preparando programas para substituir seus medidores

tradicionais por medidores eletrônicos que são mais precisos,

confiáveis e eficientes.

No meio dessa parceria está um transdutor proprietário da

Omron e um chip analógico front-end desenvolvido pela ST. Essas

tecnologias foram integradas em um subsistema stand-alone

completo. O sensor de fluxo resultante, o qual incorpora uma

tecnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) de sensor

microtérmico, é compensado intrinsecamente para as variações

de temperatura e de pressão, ao passo que um circuito embutido

compensa a variação de múltiplas composições de gás. Visando

estar em conformidade com os padrões internacionais para

medidores de gás, o sensor é resistente a poeira.

“Com base em nossa colaboração bem sucedida com a ST

em sensores MEMS, estamos confiantes de que essa nova colaboração

vai colocar as duas parceiras na vanguarda do mercado

emergente para medidores de gás eletrônicos,” comenta Yoshio

Sekiguchi, Gerente Geral Sênior da Micro Devices Division da

Omron Corporation.

Produtos

Invensys promoveu no Brasil o OpsManage’10

Aguardando imagem assessoria

Nos dias 1 e 2 de dezembro foi realizado

no Brasil o OpsManage’10, seminário

mundial organizado pela Invensys,

que é uma empresa fornecedora de

sistemas tecnológicos, soluções de

software e serviços de consultoria para

indústria e operações de infraestrutura

indústrial.

Com palestras e atividades que exploravam

os assuntos de maior relevância

no atual momento de gestão de controle

e informação industrial voltado

sempre para a excelência Operacional.

A OpsManage iniciou-se na America

do Norte em Orlando, nos Estados

Unidos. O Brasil foi o representante da

América Latina.

12 Mecatrônica Atual

Esta série de eventos teve como objetivo

um lado educacional, e conseguiu

oferecer aos convidados a possibilidade

de analisar com mais detalhes, como

que o InFusion Enterprise Control (ECS)

conseguiu trazer novas oportunidades

para os clientes e parceiros da

Invensys, e como o ECS os auxilia a

obter a excelência em operações entre

controle, gerenciamento de ativos,

produtividade e cuidados com o meio

ambiente e segurança.

Foi apresentado estratégias de mercado

vertical e soluções diferenciadas,

assim como detalhamento de marca

de produtos, suporte aos usuários

e treinamento práticos, abrangendo

virtualmente todos os aspectos de

Montado em uma pequena placa PCB (Printed-Circuit-Board

ou placa de circuito impresso) que mede 7,2x 8,6 cm, o sensor

de fluxo de gás oferece alta precisão com um consumo de

energia muito baixo, motor drivers embutidos para o controle

da válvula e proteção contra os efeitos de temperatura e

vibração. A placa do sensor possui um microcontrolador

STM8L152 de consumo ultra baixo com 32 Kbyes de memória

flash e driver de display LCD, sensor de temperatura

STLM20, um acelerômetro LIS332AR e um RTC (Real-Time

Clock) M41T82, assim como dispositivos de gerenciamento

da energia e controle motor.

“À medida que a demanda por medidores de gás inteligentes

cresce, esta colaboração com a Omron nos coloca a frente no

mercado, além de repetir o enorme sucesso que conquistamos

com os medidores inteligentes de eletricidade,” explica Benedetto

Vigna, Gerente Geral da MEMS, Sensors and High-Performance

Analog Division da STMicroelectronics. Ele destaca

também que o kit do medidor reduz enormemente os custos

de compra e acelera a chegada ao mercado dos fabricantes de

medidores.

Aplicações como medição de eletricidade, gás e água, onde

sensores miniaturizados e microcontroladores com consumo

de energia ultrabaixo são combinados para oferecer aos consumidores

informações em tempo real sobre custos e padrões

de uso, ajudando-os dessa forma a minimizar o uso de recursos

não renováveis, por exemplo.

controle empresarial, desde a indústria

e estratégia de negócios até instrumentação

e conexão com os sistemas ERP.

Os fórum foi voltado para diferentes

áreas da indústria, tais como, alimentos

e bebidas; minério; metais e minerais;

energia; água e esgoto; óleo e gás

upstream; processo de hidrocarbono;

farmacêuticas e químicas.

Participaram mais de 3.000 clientes

de todo o mundo na série de eventos

da Invensys. Estes clentes tiveram o

privilégio de explorar as formas de

superar tradicionais barreiras que

normalmente encontram no mercado

atual alcançando a total visibilidade da

rentabilidade da empresa em tempo

- real e excelência Operacional.


Software da GE IP é usado

em reatores de resina

A empresa Z/Soft Automação e Sistemas Ltda, integradora

de sistemas de automação, desenvolveu em parceria com a GE

Intelligent Platforms um projeto de automação para a empresa

Socer do Brasil e Com. Ltda, possibilitando a visualização e

ajustes mais precisos das variáveis de controle dos reatores.

Para este projeto, foi utilizada a solução de controladores

PACSystem Rx3i, em redundância, com sistema de controle

e supervisão utilizando um QuickPanel View Intermediate

12 Color Tft Touch Dc e um computador Windows com

dois monitores de 19” rodando o iFIX PLUS SCADA Pack e

Suporte para Terminal Services no SCADA 3 para permitir

sua utilização de forma remota pela Internet.

Terminado em abril deste ano, o objetivo do projeto foi

a automação dos reatores de fabricação de resina. Para se

conseguir um melhor controle e desempenho no processo,

foi desenvolvida uma solução de tecnologia de automação

possibilitando visualização e ajustes mais precisos das variáveis

de controle dos reatores, como temperatura, pressão e

velocidade dos motores das pás internas. Como consequência,

estabeleceu-se um controle de qualidade mais padronizado e

uma redução no consumo de energia elétrica dos reatores pela

diminuição do tempo de maturação da resina dentro deles.

//notícias

“Por ser a primeira experiência de automação desenvolvida e admi-

nistrada diretamente pela Socer, o maior desafio da Z/Soft foi identificar

as áreas de processo para definir uma estratégia de trabalho

que permitisse uma sequência de desenvolvimento de automação

por fases para se chegar à automação total da planta”, afirma Onadil

Vieira Júnior, Diretor de Automação da Z/Soft.

Para isso, a Z/Soft, com o apoio da GE IP, buscou uma tecnologia

de hardware, software e recursos humanos, e que garantisse

o sucesso do desenvolvimento de todas as fases do projeto.

“Resolvemos o problema com uma apresentação das soluções

tecnológicas da GE Intelligent Platforms que seriam aplicadas

no projeto da SOCER. A reunião foi fundamental para a escolha

por parte da Socer”, explica José Alberto Copini Pucci, diretor

Comercial da Z/Soft.

Paulo Seixas, diretor geral da Socer Brasil, diz que o projeto deu

resultados imediatos, pois todos os controles eram feitos manualmente

e passaram à forma automática. O próximo passo é integrálo

aos tanques de alimentação dos reatores. Já em longo prazo, o

objetivo é ter uma planta totalmente automatizada. “O resultado da

automação está diretamente ligado à qualidade e à padronização da

produção, além de uma redução significativa nos tempos de processo

com a utilização mais controlada dos reatores e dos parâmetros de

processo. As reduções vão propiciar a diminuição nos custos e o

aumento na produtividade total da planta”, conclui.

Setembro/Outubro 2010 :: Mecatrônica Atual

13


notícias

Sistema de monitoramento permite

acompanhamento de imagens por celular

Com a expansão do mercado de segurança, a empresa

Graber apresenta na Expo Síndico Secovi Condomínio 2010, o

“Graber Viu”. Sistema que integra o monitoramento de alarmes,

a vigilância de imagens de segurança, sensores magnéticos,

módulo de comunicação de dados, botões de pânico móveis,

entre outros.

As imagens são transmitidas em 3G ou GPRS e permitem

acompanhar tudo o que acontece em empresas, condomínios

ou residências através de um aparelho celular. Com o sistema

de troca de dados, as falhas de segurança tendem a diminuir.

Outros destaques da empresa são os serviços da “Ronda

Ecológica”, que podem ser feitos com a Ecobike, uma bicicleta

com motor elétrico; com o Segway, um equipamento que tem

os movimentos controlados através de um sistema composto

por sensores e giroscópios instalados na base onde se apoiam

os pés; e com o EcoCubs, um produto moderno com tecnologia

nacional. Todos os equipamentos dispensam combustíveis fósseis,

por isso ajudam na preservação do meio-ambiente. Além

disso, não causam incômodo algum aos condôminos, pois não

emitem ruídos ou odores.

O “Vigilante Monitorado”, é um sistema que retransmite o

olhar do vigilante durante a ronda. O vigilante com uma mochila

carrega uma câmera sem fio que transmite as imagens via

GPRS para a central de monitoramento. Com base nas imagens

captadas, se houver alguma situação suspeita, ele pode começar

os procedimentos de segurança adequados.

Curtas

Curso de automação

O Programa de Educação Continuada da Escola

Politécnica da USP (PECE/Poli) está com inscrições

abertas para o curso de especialização em Automação

Industrial. Para facilitar a compreensão plena do que é

a automação industrial, a estrutura do curso obedece a

uma sequência que se inicia com os módulos tecnológicos

básicos, passa pelas disciplinas de cunho científico

e termina com os módulos em gestão de processos de

automação.

É voltado para profissionais com formação em

Engenharia e que tenham interesse em trabalhar com

processos industriais automatizados, Para garantir uma

ampla visão do assunto, é ministrado por professores

da Poli e por profissionais que atualmente trabalham na

Rockwell Automation, empresa parceira do PECE/Poli

neste curso.

14 Mecatrônica Atual

Indústria de motocicletas prevê

faturamento de R$ 11,5 bilhões

A indústria fabricante de motocicletas conseguiu se recuperar

de um ano considerado ruim e deve encerrar o exercício

de 2010 com faturamento de R$ 11,5 bilhões, em comparação

com o ano de 2009 que foi de R$ 10,4 bilhões.

Com capacidade instalada para fabricar 2,5 milhões de

unidades por ano, o setor de motocicletas, segundo Laerte

Rocca Herrero, diretor do SIMEFRE - Sindicato Interestadual

da Indústria de Materiais e Equipamentos Ferroviários e Rodoviários,

está encerrando 2010 com produção de 1.720.000

unidades, volume que representa crescimento de 12% sobre

o volume de 2009.

De acordo com Herrero, a volta gradual do crédito em

níveis melhores que os obtidos em 2009 e o segmento de

consórcio, que teve participação significativa nas vendas do

setor com um crescimento aproximado de 20% tomando

como base 2009, foram fatores importantíssimos para o

bom desempenho do setor de motocicletas no exercício

que termina.

Do total comercializado pela indústria durante o exercício

de 2010, estima-se que 1.750.000 unidades (previsão consumindo

estoque nas fábricas) deverão ser fornecidas para o

mercado interno, ante 1.580.000 unidades comercializadas

de janeiro a dezembro de 2009.

As vendas externas, segundo Herrero continuam representando

pouco para o setor, cerca de 4% da produção da

indústria de motociclos. “Este ano o volume a ser exportado

não deverá superar a casa dos 70 mil unidades”, acentua.

Segundo o diretor do SIMEFRE, o câmbio desvalorizado

e a falta de competitividade dos produtos brasileiros no

Mercosul em decorrência da alta carga tributária brasileira

continuam prejudicando as exportações do setor. “Aliás,

essa tem sido a principal causa para o baixo percentual de

exportação”, complementa Herrero.

O que deu um alívio à indústria de motocicletas em

2010 foi a melhoria no poder aquisitivo dos brasileiros, que

retornaram às compras. Na verdade, a demanda aumentou

porque o mercado voltou a oferecer financiamentos mais

longos e créditos mais atraentes.

Gerando cerca de 360 mil empregos diretos e indiretos,

a indústria de motocicletas opera atualmente com uma

capacidade ociosa de 30%. Essa folga permite projetar um

desempenho maior em 2011 sem que sejam necessários

grandes investimentos.

Herrero acredita que a produção de motociclos no próximo

ano seja de 2.060.000. Desse total, o mercado interno

deverá absorver 2 milhões de unidades, enquanto que as exportações

deverão responder por 60 mil motocicletas. “Para

curto prazo teremos a injeção de mais de R$ 14 bilhões no

mercado com o 13º. Salário, aliado a um aumento de emprego

e renda em função do final do ano, uma vez que não

temos sentido retração na intenção de compra por parte

de nossos clientes”, conclui.


automação

Placa de

Desenvolvimento

para Motores

de Passo de até

2 ampéres

O

saiba mais

Análise do desempenho de Sistemas

de movimento utilizando motores

de passo

Mecatrônica Atual 18

Comparação de sistemas com

motores de passo e servomotores

Mecatrônica Atual 10

Motores de Indução Trifásicos

– Dados da Placa

Mecatrônica Atual 42

Este artigo tem como objetivo fornecer um kit completo para que

seja possível testar, comunicar e aplicar seu software desenvolvido

através de uma placa de desenvolvimento padrão, conectada diretamente

aos motores de passo

16 Mecatrônica Atual :: Setembro/Outubro 2010

motor de passo é um dispositivo eletromecânico

que movimenta seu eixo através de

pulsos elétricos gerados em seus terminais.

A movimentação de seu rotor ou eixo é

dada de acordo com a sequência correta

dos pulsos criados em seus polos, e estes

pulsos são formados através de drivers

ou controladores externos que fornecem

para suas bobinas a frequência correta de

magnetização, fazendo assim o eixo girar

na velocidade desejada e com a quantidade

de pulsos necessária.

O motor de passo tem como grande

vantagem sobre os demais motores a sua

capacidade de um posicionamento preciso,

além de seu peso e tamanho serem reduzidos,

sendo assim muito solicitado em projetos

onde é necessário controlar precisamente

a posição e também a velocidade como em

Bruno Ribeiro Ferretti

Luiz Roberto Basso Filho

mesas de coordenadas, braços mecânicos,

e etc. Também podemos facilmente identificar

os motores de passo sendo usados

em eletrodomésticos e aparelhos de uso

residencial, a exemplo de impressoras e

scanners dentre vários outros.

A resolução de um motor de passo é

dada através de um número fixo de polos

magnéticos que determinam o número de

passos por revolução. Existem no mercado

inúmeros tipos de motores de passo, sendo

que os mais comuns estão na faixa entre 3

passos por volta até motores de 200 passos

por volta, o que significa que o rotor dará 200

passos para completar uma volta completa.

Este número de passos nos dá também o

ângulo ou resolução angular que um motor

de passo irá girar, ou seja, um motor de 200

passos por volta tem 1,8 º de precisão em


seu eixo de saída, pois uma volta completa

tem 360 º e dividindo-a por 200 passos nos

dará um ângulo de 1,8 º conforme mostrado

na equação 1, logo, o rotor deste motor de

passo tem a capacidade de mover-se apenas

de 1,8 º em 1,8 º.

360 ° / 200 passos = 1,8 °

O movimento destes motores é realizado

com a sequência correta de energização

destas bobinas. Para este controle dispomos

hoje de drivers e controladores como o CI

L298 e o L297, fabricados pela empresa ST

Microeletronics, dos quais podem ser feitos

downloads de seus datasheets pelo site www.

st.com e que utilizamos em nosso projeto

como veremos a seguir.

Modos de operação de

um motor de passo

Como exemplo, utilizaremos a operação

de passo completo 1 ou Full-Step.

Neste tipo de operação apenas uma

bobina é acionada de cada vez, fazendo com

que o código binário seja menor, o torque

e o consumo de energia sejam baixos e a

velocidade de rotação do motor seja mais

alta do que nos motores operando em meio

passo, ao lado seguem a figura 1 e a tabela

1 com a sequência de acionamento.

Para o movimento do motor de passo, é

necessário a sequência de pulsos A, B, C e

D abaixo, enviados para o driver do motor.

O componente L297 é responsável pelo

envio destes pulsos para a movimentação

do motor, solicitando do microncontrolador

apenas os sinais de CLOCK, como ilustra a

figura 2 a seguir (fonte: DataSheet L297).

F2. Geração de pulsos pelo L297 (FONTE: Datasheet ST).

A geração dos pulsos, sentido e velocidade

enviados para o motor serão dados pelo

L297. Veja mais no site www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1334.pdf.

O L297 dispõe de sinais de controle que

tem como conseqüência uma considerável

melhora no desempenho, aumentando a vida

útil pois podem informar ao L298 quando

o motor está sendo solicitado, evitando que

haja aquecimento com conseqüente possível

queima dos motores pelo fato de deixar suas

bobinas energizadas sem estarem sendo solicitadas.

Através no pino HALF\FULL podemos

modificar o tipo de acionamento do motor,

tendo como opções escolhermos entre um

maior torque ou uma maior precisão.

O driver L298 é recomendado pelo

fabricante para ser usado em conjunto

com L297, proporcionando um maior

rendimento.

Passo Completo 1-Full Step

N° do Passo

1

2

3

4

BO

T1. Sequência de acionamento em passo completo 1.

F1. Operação em passo completo 1.

1

0

0

0

B1

0

1

0

0

Mecatrônica Atual

automação

O motor que utilizamos em nosso projeto

é do fabricante Teco Electro Devices Co, Ltd,

importado pela empresa Kalatec Automação,

e o download das especificações pode ser

feito em www.kalatec.com.br/catalogo/

motor_de_passo/nema23.pdf.

Ligação do Pinos do

PIC16F877 a L297

O pino do PIC RC0 foi ligado na entrada

ENABLE do L297. O pino de sentido,

CW/CCW, foi ligado na saída RC1 do

microncontrolador, e a entrada HALF/FULL

recebe o pino RC3. Os pulsos do CLOCK

(conforme indicado na figura anterior) são

gerados pela saída RC2 do PIC, e o pino

HOME, responsável pela indicação de estado

inicial do L297 no endereço 0101 da

sequência de pulsos, está ligado no RD3.

Veja a figura 3.

B2

0

0

1

0

B3

0

0

0

1

17


automação

F3. Ligação dos pinos L297.

Programação

(Pulsos de CLOCK)

A programação básica consiste em

trabalharmos a frequência (velocidade do

motor) através da saída RC2 do PIC16F877.

O TIMER1 é usado para gerar os pulsos

na entrada de clock do L297 e, após cada

estouro, temos um pulso gerado. Simultaneamente

utilizamos a interrupção para

incrementar ou decrementar as quantidades

de passos a serem dadas, como podemos

ver a seguir:

#INT_TIMER1

void tmr1_isr()

{

do

{CLOCK=0;}

while(CLOCK!=0);

if(var_cw==1)

{passo++;CW=1;}

else

{passo--;CW=0;}

do

{CLOCK=1;}

while(CLOCK!=1);

set_timer1(var_speed);

}

Determinação do valor

da frequência

Para sabermos a frequência em que

estamos trabalhando, fizemos o seguinte

18 Mecatrônica Atual

F4. Fonte de alimentação.

cálculo: Utilizamos um clock externo de

20 MHz, e prescaler de 4. Sabendo que o

ciclo do TIMER1 é de 16 bits, ou seja, de

0 a 65535 teremos:

Ciclo de operação 20.000.000/4 =

5.000.000. Com o prescaler de 4 teremos

0,0000008 segundos cada ciclo. Para chegarmos

ao estouro de TIMER1 partindo o

contador de 0 a 65535, teremos 0,00000008

x 65535 = 0,052428 segundos. Se iniciarmos

a contagem do TIMER1 em 30.000, por

exemplo, teremos um estouro mais rápido

(em 0,028428 segundos) e consequentemente

estaremos gerando pulsos mais frequentes

para o driver L297 na entrada de clock e,

com isso, aumentaremos a velocidade do

motor. Para sabermos a frequência que

está sendo gerada, podemos trabalhar da

seguinte forma:

Frequência mínima [Hz] = 1/período [s],

portanto 1/0,052428 por exemplo, teremos

uma frequência mínima de 19,07 Hz.

Função principal do programa

A partir desta função podemos trabalhar

no programa principal somente alterando

estes parâmetros via gravação, ou mesmo

pela comunicação RS-232:


while(true)

{

passo=0;

pos_velo(20,vel_10,500,1);

pos_velo(80,vel_10,500,1);

pos_velo(140,vel_10,500,1);

pos_velo(0,vel_10,500,0);

PARA();

}

Circuito Eletrônico -

Fonte de Alimentação

No circuito mostrado na figura 4

temos um retificador de onda completa

, construído com diodos (D D2 , D e D )

1 3 4

formando uma ponte retificadora, através

de um transformador (com mínimo 9 V e

máximo 25 V e corrente maior ou igual a 2

A) ligados aos bornes X1-1 e X2-2 temos o

sinal de saída retificado. Na saída do sinal

retificado, temos o capacitor C (4700µF)

1

que deve ter um valor alto para que o ripple

seja o menor possível e não deixe a tensão

que alimenta o circuito eletrônico baixar.

O CI LM338K é um regulador de

tensão ajustável com corrente de saída de

até 5 A, os reguladores ajustáveis montados

na configuração acima, são associados com

os resistores R e R podem resultar em

1 2

diversas tensões de saída (Vo) de acordo

com a seguinte fórmula:

Vo=Vref (1+R 2 /R 1 )

Onde o Vref é considerado normalmente

como 1,25 V. Comumente vemos em outros

circuitos um potenciômetro colocado

no lugar do R 2 para que se possa fazer

um ajuste mais preciso da tensão de saída

desejada, como no nosso caso a tensão não

necessita precisão, optamos em não colocar

o potenciômetro para fazer este ajuste.

Com isso, temos então entre a saída do

regulador e o GND a tensão desejada de 5

V, podendo gerar uma corrente de até 5 A,

essa tensão já é necessária para alimentar

o circuito eletrônico e o motor de passo

escolhido.

Microprocessador PIC16F877

O PIC16F877 é o responsável por controlar

logicamente todo o circuito através de

seus pinos, neste projeto temos a opção de

fazer a gravação In circuit através do conector

de 5 pinos e também fazer a debugação

F5. Diagrama de ligação do PIC 16f877.

F6. Ligação do LCD 4 bits.

para verificar o correto funcionamento do

programa, tudo isso através da placa ICD2

da Microchip.

Na figura 5 temos todas as ligações

feitas no microprocessador, temos as saídas

para o display LCD , temos também os pinos

Mecatrônica Atual

automação

responsáveispor enviar e receber os sinais

do controlador do motor de passo (L297),

temos o transmissor (TX) e receptor (RX)

que são responsáveis por enviar e receber

dados através da porta serial RS-232 e temos

também os botões.

19


automação

F7. Interface de comunicação RS-232.

F8. Entradas Digitais.

F9. Placa montada com motor de passo conectado.

20 Mecatrônica Atual

Display LCD

Foi disponibilizado neste projeto um

conector para utilização de um display

LCD de 4 bits, onde seus pinos de dados

devem ser ligados no RD4, RD5, RD6,

RD7, o RE1 é o RS (Register Selection) e o

RE2 é o E (Enable) que são responsáveis

por habilitar o LCD. Através do LCD

podemos obter várias informações vindas

do circuito, tais como posição do motor

de passo, corrente consumida, sentido de

rotação, dentre várias outras de acordo

com o que o desenvolvedor do programa

deseja. Figura 6.

Interface de comunicação

serial RS-232

A interface de comunicação RS-232

encontrada neste projeto tem como objetivo

a conectividade da placa com uma outra

interface RS-232, como por exemplo a

porta serial de um computador que, ligada

na placa, pode fazer o controle do motor de

passo através de um programa criado para

esta finalidade. Observe a figura 7.

Entradas Digitais

Os botões B1, B2, B3, B4, B5 e B6 que

estão ligados no microprocessador, servem

para a geração de sinais digitais que podem

representar sensores que mandarão um sinal

para o PIC, onde o mesmo deverá interpretar

esses sinais recebidos e transformá-los em

ações a serem realizadas pelo motor, tudo

isso através da programação que será feita

no PIC. Veja a figura 8.

O aspecto da Placa de Desenvolvimento

montada é visto na figura 9.

Conclusão

Nos dias de hoje o controle total de

motores de passo tem sido fundamental na

indústria ou em qualquer outra automação, e

para isso o ideal é associar este componente

a um circuito programado, de baixo custo,

sendo que o microcontrolador e o driver de

controle possuem papéis importantes neste

tipo de projeto.

MA


CLPs

A

saiba mais

Autómatas programables

– Josep Balcells, José Luis Romeral

- EDITORA: Marcombo

Curso de Automação Industrial

– Paulo Oliveira - EDITORA:

Edições Técnicas e Profissionais

Manual de Formação OMRON

– Eng.º Filipe Alexandre de Sousa

Pereira

Site de fabricante

www.omron.pt

O ser humano é provavelmente o melhor exemplo comparativo de

como funciona um sistema de instrumentação. Perante a aquisição

de dados exteriores, realiza ações de controle, ou seja, está continuamente

a monitorar a realidade que o envolve e, em função dela,

a tomar decisões que nela se repercutem.

O conceito de um sistema de aquisição e controle, aplicado aos

sistemas industriais, nada mais é do que a aquisição de dados do

mundo físico através de sensores, para que esta informação (com programação)

controle os processos ou sistemas através de atuadores

primeira geração de instrumentos utilizados

em medidas elétricas foi a dos instrumentos

analógicos, onde o operador tinha de efetuar

a leitura dos valores, de forma a controlar

a máquina ou processo.

O decréscimo dos custos da eletrônica

digital, nomeadamente dos CLPs, originou

o aparecimento de uma segunda geração de

instrumentos, designados por instrumentos

digitais.

Existem quatro blocos fundamentais

em que se pode dividir, do ponto de vista

funcional, um instrumento de medida:

• Sensor;

• Transmissão;

• Condicionador de sinal;

• Supervisão.

Mecatrônica Atual

automação

Programação de

equipamentos de acordo

com as especificações

dos processos

Filipe Pereira(*)

filipe.as.pereira@gmail.com

Supervisão

Os sistemas de supervisão nos processos

industriais são comumente designados de

SCADA (Supervisory Control And Data

Acquisition).

Os primeiros sistemas de supervisão

permitiam unicamente informar o estado

corrente do processo, monitorando apenas

sinais, representativos do estado de variáveis,

através de indicadores e lâmpadas sem que

houvesse qualquer interface bidireccional

com o operador.

Com a evolução tecnológica, novos

dispositivos dedicados à supervisão apareceram

e passaram a ter um papel importante

por recolherem, entre outras coisas, dados

dos CLPs.

21


automação

F1. Sistema de Supervisão. (Fonte: www.arm-automacao.com.br/photos/Projetos/0001_full.jpg)

F2. Sistema de Interface Homem-Máquina.

F3. Carta MAD42.

22 Mecatrônica Atual

Estes dados podem ser observados, de

forma remota e amigável, pelo operador que

tem assim a monitoração do estado atual do

sistema, através de um conjunto de previsões,

gráficos e relatórios permitindo a tomada de

decisões de forma automática ou manual por

parte desse mesmo operador (figura 1).

Os sistemas de supervisão passaram a

ter um papel preponderante na gestão das

empresas, por estes se tornarem uma grande

fonte de informação.

Atualmente os sistemas de supervisão

oferecem três funções básicas:

• Supervisão;

• Operação;

• Controle.

A aquisição de dados é o processo que

envolve o recolhimento e transmissão,

através de redes de comunicação de dados,

desde as instalações industriais até a estação

central de monitoração e armazenamento

de dados.

A visualização de dados consiste na apresentação

da informação através de interfaces

Homem - Máquina (figura 2).

Os sistemas de supervisão permitem

visualizar os dados recolhidos, fazer análises

de tendência com base nos valores lidos

e valores parametrizados pelo operador,

fazer gráficos e relatórios de dados atuais

e existentes em memória.

Os sistemas SCADA permitem a existência

de alarmes classificados por níveis

de prioridade, permitindo uma maior

tolerância a falhas. Através de informação

proveniente dos logins, os sistemas SCADA

permitem reconhecer os operadores, para

identificação e reencaminhamento de alarmes,

em função das áreas de competência

e responsabilidade.

A informação da unidade industrial pode

estar centralizada ou distribuída numa rede,

de modo a permitir a partilha, para com o

uso de um web browser ser possível controlar,

em tempo real, uma máquina localizada em

qualquer parte do mundo.

Configuração dos módulos

I/O analógicos

Os módulos de entradas analógicos

são utilizados nas aplicações em que os

sinais provenientes do processo sejam

analógicos.

As cartas especiais de entradas e saídas

analógicas são especialmente concebidas

para receberem e/ou condicionarem todos


F4. Pormenor dos interruptores que definem

o espaço de memória a utilizar.

os sinais analógicos existentes no mundo

industrial.

Na configuração da carta MAD42 da

OMRON (carta mista de I/O analógicas)

devem ser considerados gerais, uma vez que

a metodologia de configuração é similar

para todos os CLPs (figura 3).

A primeira etapa para configurar uma

carta analógica é indicar a posição que a

carta vai ocupar no espaço de memória

reservado na CPU do CLP.

A carta de I/O analógica tem dois

interruptores que definem o espaço de

memória por ela utilizado (número do

módulo), figura 4.

Este espaço de memória é constituído

por words que, manipuladas, configuram

o módulo de I/O analógica.

Como referido, o sinal proveniente do sensor

pode ser em tensão ou em corrente.

A carta pode aceitar os dois sinais desde

que, os interruptores associados às entradas,

estejam ou não selecionados, ou seja, se

um interruptor estiver no estado Off está

a aceitar um sinal em tensão, e se o interruptor

estiver no estado On está a aceitar

um sinal em corrente (figura 5).

O número das entradas que estão a ser

utilizadas para leitura pode ser configurado

no registro de memória D(m), onde m é

dado por m=20000+(nº módulo*100).

Os Bits 04, 05, 06, e 07 da word D

(m) permitem definir as entradas ativas,

ou seja, tomando como exemplo a ativação

F5. Pormenor da configuração da carta de entrada.

F6. Pormenor da ativação das entradas da Word D (m).

F7. Pormenor da ativação das entradas da Word D (m+1).

Mecatrônica Atual

automação

DM word Bits

15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00

D(m+27)

D(m+28)

D(m+29)

D(m+30)

D(m+31)

D(m+32)

D(m+33)

D(m+34)

Limite inferior da entrada 1

Limite superior da entrada 1

Limite inferior da entrada 2

Limite superior da entrada 2

Limite inferior da entrada 3

Limite superior da entrada 3

Limite inferior da entrada 4

Limite superior da entrada 4

T1. Manipulação da escala do sinal de entrada.

23


automação

F8. Registro para configuração do tempo de conversão e resolução do conversor A/D.

F9. Exemplo do alocar de temperaturas mínimas e máximas de um sensor.

F10. Configuração das saídas analógicas.

F11. Configuração da variação da saída.

Word Função

n+1

n+2

Valor de saída 1

Valor de saída 2

T2. Registro na Conversão D/A.

24 Mecatrônica Atual

Valor registro

16-bit

das entradas analógicas nº3 e nº1, para as

ativar é necessário transferir para os Bits 06

e 04 da word D(m) a informação referente

à utilização daquelas entradas (figura 6).

Importante: As entradas analógicas que

não forem utilizadas devem ser inabilitadas

para diminuir o tempo de leitura das

entradas analógicas!

O intervalo de variação do sinal de entrada

proveniente do sensor, é configurado

na word D (m+1), nomeadamente nos Bits

15 até 08.

Concretizado para as entradas escolhidas,

se na entrada analógica 3 estiver aplicado

um sinal a variar de 0 a 10 V, nos Bits 13

e 12 da word D (m+1) deverá ser colocada

a informação 01 (figura 7).

O que é colocado nos bits 15, 14, 11 e 10

é indiferente, uma vez que anteriormente

estas entradas não forem habilitadas.

O resultado da conversão analógica para

digital dos sensores ligados no módulo de

entradas analógico é guardado num endereço

específico (words n+5 para o sinal de

entrada 1, n+6 para o sinal de entrada 2,

n+7 para o sinal de entrada 3 e n+8 para o

sinal de entrada 4).

O endereço n é dado por n=2000+ (nº

módulo*10).

Existem ainda registros onde se pode

configurar o tempo de conversão e a

resolução do conversor A/D (D (m+18))

(figura 8).

A manipulação da escala do sinal de

entrada també m é uma configuração que se

costuma fazer com bastante frequência, uma

vez que o programador, se assim o entender,

em vez de utilizar o valor dos registros,

pode utilizar as unidades físicas. Para tal

basta configurar os registros D(m+27) até

ao D(m+34), veja tabela 1.

Por exemplo, se na entrada 3, estiver

aplicado um sinal de um sensor que está a

ler uma gama de temperaturas que varia de

0 a 150 ºC, o que há a fazer é colocar no

D(m+32) o valor correspondente à escala

mínima, ou seja, 0 (zero) e no D(m+31) o

valor correspondente à escala de temperatura

máxima, ou seja, 150 (figura 9).

O procedimento para a configuração

das saídas analógicas é análogo às entradas,

desde que exista o cuidado de colocar a

configuração correspondente ao pretendido

nos registros corretos.

Para ativar uma ou ambas as saídas da

carta de I/O analógica MAD42, é necessário


manipular os Bits 01 e 02 do canal D(m),

veja a figura 10.

Para configurar qual a variação da saída

é necessário colocar nos Bits associados

às saídas no canal D (m+1) a informação

correspondente (figura 11).

Para a conversão D/A é necessário a

existência de um registro onde se coloca a

quantidade digital que se quer converter.

No caso do módulo de I/O analógico o

endereço desse registro, é dado por n+1.

O endereço n é dado por n=2000+ (nº

módulo*10) (tabela 2).

Nos módulos de saídas analógicos existe

também um endereço de início e parada do

conversor D/A (registro n+1 e n+2), ou seja,

para iniciar a conversão D/A é necessário

ativar os Bits correspondentes (word n, bits

00 e 01) no programa de controle, onde n

é dado por n=2000+(nº módulo*10) como

ilustra a figura 12.

Analogamente às entradas analógicas,

existem registros para as saídas analógicas

onde se pode manipular o tempo de conversão

da carta (registo D(m+18)) e a conversão

de escala para unidades físicas nos registros

D(m+19) até à D(m+22) (tabela 3).

F12. Configuração dos módulos de saída analógicos.

T3. Registro para as saídas analógicas.

Setembro/Outubro 2010 :: Mecatrônica Atual

automação

DM word Bits

15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00

D(m+19)

Limite inferior da entrada 1

D(m+20) Limite superior da entrada 1

D(m+21)

Limite inferior da entrada 2

D(m+22) Limite superior da entrada 2

Conclusão

O endereço D(m) na carta de I/O é

comum para as entradas e saídas. Na utilização

deste registo, no programa de controle,

deve-se ter especial atenção a este fato, uma

vez que os endereços a manipular devem-no

ser em simultâneo para não apagar nenhuma

informação que foi inserida previamente no

programa de controle.

A maioria dos softwares para elaboração

do programa de controle contém funções

dedicadas à configuração, de forma intuitiva

e bastante simples, das cartas especiais.

A consulta do manual do fabricante

para a configuração de cartas especiais não

deve ser dispensada.

MA

*Filipe Pereira é Diretor do Curso de Eletrônica, Automação

e Computadores da Escola D. Sancho I.

25


ferramentas

Tratamento

de Alarmes

no Elipse E3

saiba mais

Diagnóstico de Falhas e alarmes em

sistemas Supervisórios e CLPs

Mecatrônica Atual 43

Softwares de Supervisão

Mecatrônica Atual 20

SSC: Sistemas de Supervisão e

Controle

Mecatrônica Atual 14

Site de Fabricante:

www. phmsoftware.com.br

Algo que vem sendo comentado com uma frequência cada vez

maior é a gestão eficiente de alarmes em sistemas de automação,

visto que a proliferação de informações acessíveis em supervisórios

torna muitas vezes impossível tratar a avalanche de alarmes

corretamente.

Desse modo, aqui é apresentado um caso de tratamento de alarmes

no Elipse E3, que foi aplicado a um projeto de COG

26 Mecatrônica Atual :: Setembro/Outubro 2010

Paulo Henrique Soares

Eng.º e Diretor da PHM Software

Alarmes no E3

• AckTime: registra a hora em que

O problema inicial era que os opera- o operador faz o reconhecimento

dores se confundiam quanto à ordem dos do alarme;

eventos e dessa maneira era difícil encontrar • E3Timestamp: registra o momento

soluções ou rastrear problemas a partir da em que o servidor de alarmes do E3

lista de alarmes. O servidor de alarmes do envia a informação para o banco

E3 registra a mesma ocorrência de alarme de dados.

com 4 tempos diferentes:

Para mostrar a questão dos alarmes no

• InTime: especifica a hora completa E3, vamos estudar um problema comum

(data, hora, minutos, segundos, a diferentes aplicativos, que é o de tratar

milissegundos) em que o alarme é alarmes digitais e a sequência de aconte-

detectado (alarme ativo);

cimentos que pode resultar de um desses

• OutTime: registra a hora completa alarmes.

em que o alarme sai do estado ativo O alarme que veremos é o seguinte:

(ou atuado);


Alarme: tipo digital;


E3 TimeStamp

07/06/2010

09:30:00

07/06/2010

09:30:30

07/06/2010

09:35:00

T1. Sequência de registros n° 1.

E3 TimeStamp

07/06/2010

09:30:00

07/06/2010

09:30:15

07/06/2010

09:30:30

Mensagem

Falha na partida da bomba

com comando do PLC

Partida da bomba normalizada

com comando do PLC

Partida da bomba normalizada

com comando do PLC

T2. Sequência de registros n° 2.

E3 TimeStamp

07/06/2010

09:30:00

Mensagem

Falha na partida da bomba

com comando do PLC

Falha na partida da bomba

com comando do PLC

Partida da bomba normalizada

com comando do PLC

T3. Linha de registro com resumo da situação.

E3 TimeStamp

07/06/2010

09:30:00

Mensagem

Falha na partida da bomba

com comando do PLC

Mensagem

Falha na partida

da bomba com

comando do PLC

InTime

07/06/2010

09:30:00

T4. Com acréscimo da mensagem de retorno.

• Mensagem de Alarme: Falha na

partida da bomba com comando

do PLC;

• Mensagem de Retorno: Partida da

bomba normalizada com comando

do PLC;

• Reconhecimento: obrigatório;

• Tratar como evento: não.

Para ilustrar nosso alarme, digamos

que a bomba demorou 30 segundos para

operar, deixando o alarme ativo nesse período

e depois voltando ao estado normal.

Se considerarmos que o alarme aconteceu

com a data “07/06/2010 09:30:00”, e que

o operador só reconheceu o alarme depois

de 5 minutos da entrada do alarme, teremos

no banco de dados a seguinte sequência de

registros na tabela 1.

Se considerarmos a situação em que a

bomba demorou 30 segundos para operar,

deixando o alarme ativo nesse período e

depois voltando ao estado normal, mas

que o operador reconheceu o alarme 15

segundos depois da entrada do alarme,

teremos no banco de dados outra sequência

InTime

07/06/2010

09:30:00

07/06/2010

09:30:00

07/06/2010

09:30:00

InTime

07/06/2010

09:30:00

07/06/2010

09:30:00

07/06/2010

09:30:00

InTime

07/06/2010

09:30:00

AckTime

07/06/2010

09:30:15

AckTime

31/12/1899

23:59:59

31/12/1899

23:59:59

07/06/2010

09:35:00

AckTime

31/12/1899

23:59:59

07/06/2010

09:30:15

07/06/2010

09:30:15

AckTime

07/06/2010

09:30:15

OutTime

07/06/2010

09:30:30

OutTime

01/01/1900

23:59:59

07/06/2010

09:30:30

07/06/2010

09:30:30

OutTime

01/01/1900

23:59:59

01/01/1900

23:59:59

07/06/2010

09:30:30

OutTime

07/06/2010

09:30:30

Retorno

Partida da bomba

normalizada com

comando do PLC

(tabela 2). Ao tratar um único alarme, pelo

menos três datas e três linhas de alarmes são

geradas para cada alarme tratado pelo E3.

Ao considerar a segunda sequência, nesse

modelo teríamos uma linha de registro com

o resumo da situação, veja a tabela 3.

Para o caso de se querer ainda a mensagem

de retorno, poderia ser contemplada da

seguinte forma – observe a tabela 4.

A Elipse informa que é possível desenvolver

consultas SQL que leiam o banco de

dados conforme o modelo desejado. E é isso

o que esse artigo discute: uma metodologia

de tratamento de alarmes que foi adotada

para o COG da CPFL Geração.

Alternativas para consultar

alarmes no E3

Algumas alternativas costumam ser

adotadas por integradores e usuários, mas

que dificilmente chegam a um padrão de

leitura de alarmes razoável.

Para as diferentes alternativas de se ler

os alarmes, devemos considerar algumas

opções do servidor de alarmes do E3:

ferramentas

Mecatrônica Atual

27


ferramentas

• É possível configurar quais informações

são salvas no banco de dados

de alarmes do E3: por exemplo, é

possível salvar (ou não) cada um

dos tempos do servidor de alarmes

E3 TimeStamp

07/06/2010 09:30:00

07/06/2010 09:30:15

07/06/2010 09:30:30

Mensagem

Falha na partida da bomba com comando do PLC

Falha na partida da bomba com comando do PLC

Partida da bomba normalizada com comando do PLC

(InTime, OutTime, AckTime);

• O E3TimeStamp é obrigatório;

T5. Considerando apenas o E3 Time Stamp.

• Cada alarme pode ser tratado como

evento (isto é, não aparece no E3Alarms),

mas aparece no banco de

dados;

• As mensagens de alarme podem ou

E3 TimeStamp

07/06/2010 09:30:00

07/06/2010 09:30:15

07/06/2010 09:30:30

Mensagem

Falha na partida da bomba com comando do PLC

Falha na partida da bomba com comando do PLC

Partida da bomba normalizada com comando do PLC

Acked

Não

Sim

Sim

não ter mensagens de retorno;

• O único modo de consultar alarmes

históricos é construindo uma consulta

T6. Com o E3 Time Stamp e o Alarme reconhecido.

SQL (que pode ser fácil e construída 3. Outras alternativas válidas

pelo assistente, mas que tende a ser Entre selecionar quais dados serão salvos SELECT Alarms.E3TimeStamp, Alarms.

mais complexa se necessita funcionar no banco de dados (configurando o servi- Message, Alarms.Source FROM Alarms

corretamente).

dor de alarmes) e modificar a consulta ao WHERE (( Alarms.InTime > Ini-

Colocadas essas opções disponíveis, banco de dados (“select X, Y, Z from alarms cioPeriodo AND Alarms.InTi-

podemos partir para as alternativas comu- where X Y” e por aí vai), é possível testar me < FimPeriodo ) AND

mente usadas.

várias alternativas. Todas são válidas, desde ( Alarms.Message ‘ ‘ ) AND

que a informação de como os alarmes são ((Alarms.AckTime = ‘1899-

1. Levar em consideração apenas o consultados seja suficientemente divulgada 12-30 00:00:00.000’) OR

E3TimeStamp

e entendida.

(Alarms.OutTime = ‘1899-12-

Essa alternativa é a mais simples, e garante

30 00:00:00.000’)) ) ORDER BY

que a consulta resultante terá, pelo menos, Metodologia para

Alarms.E3TimeStamp DESC”

a ordem correta dos acontecimentos, apesar tratamento de alarmes

de informações duplicadas. Considerando Como resultado dos problemas demons-

a segunda condição hipotética (onde o trados acima, fez-se necessário criar uma

operador reconhece o alarme antes da saída metodologia de preparação de alarmes que Conclusões

da condição ativa). (tabela 5)

permita que a sequência de alarmes e eventos Esta metodologia se aplica a fontes

Simples e fácil, mas como explicar que seja visualizada corretamente.

de alarmes digitais e analógicos, mas foi

o alarme aconteceu uma vez e foi registrado A criação de alarmes no E3, conforme testada extensivamente para um conjunto

duas vezes, antes de ser normalizado? metodologia aqui apresentada, deve seguir de aplicativos com média de 500 alarmes

a sequência de tarefas e regras descritas a digitais por usina, em 11 pequenas centrais

2. Levar em consideração o

seguir:

hidrelétricas.

E3TimeStamp e a condição de • Todo alarme que tem uma mensagem Um inconveniente desta metodologia

alarme reconhecido

de retorno deve ser desmembrado em é que os alarmes não reconhecidos antes

Para o caso de alarmes que devem ser duas fontes de

de voltarem ao estado normal são exibidos

reconhecidos (a maioria deles é criada as- • Alarme digitais: uma com a condição como linhas em branco no E3Alarm (o

sim), uma tática que funciona é selecionar de alarme, outra com a condição de sumário de alarmes do E3).

o E3TimeStamp (ou o InTime), e mais retorno;

Mas frente às outras opções de consulta, é

a propriedade de reconhecimento, como • Diferenciar a condição de alarme fácil acostumar-se com essa característica.

mostrado na sequência da tabela 6.

digital e sua condição de retorno De qualquer modo, um fato importante

Entretanto, quando se define que um pela propriedade que define o valor em qualquer instalação de sistemas supervi-

alarme não necessita reconhecimento ou do alarme;

sório é ter sua base de alarmes consolidada

que deve ser tratado como evento, volta-se • Tratar todas as condições de retorno e que reflita as informações capturadas em

à condição anterior, onde não é possível como eventos, pois eles não necessi- campo, de modo a garantir que os alarmes

descobrir que uma mensagem refere-se tarão ser reconhecidos;

que são mostrados realmente existam e que a

ao reconhecimento e outra à entrada do • Configurar o servidor de alarmes de sequência de eventos capturada corresponda

alarme.

modo a salvar as três datas possíveis à realidade.

MA

Uma opção é incluir na consulta (e (InTime, OutTime e AckTime);

no servidor de alarmes) a informação se o • A configuração do browser de alarmes

alarme é alarme (condition, por definição) históricos deve considerar o seguinte

ou evento (event).

esqueleto de consulta:

28 Mecatrônica Atual


instrumentação

Medição da

Temperatura

A temperatura é uma das variáveis mais usadas na indústria

de controle de processos nos seus mais diversos segmentos,

e ainda vale lembrar que ela é uma grandeza básica para a

medição e controle de vazão, densidade, etc. Comentaremos

neste artigo a medição de temperatura e sua história, as principais

características das tecnologias utilizadas, assim como

alguns detalhes em termos do mercado e tendências com os

transmissores de temperatura

saiba mais

Manuais de Operação dos Transmissores

de Temperatura Smar:

TT301, TT302, TT411, TT421 e

TT423

Sites de fabricantes:

www.smar.com.br

www.smarresearch.com.

www.deetc.isel.ipl.pt/jetc05/JETC99/

pdf/art_53.pdf

Artigos Técnicos de César

Cassiolato

Marco A. Graton

Engenheiro de Desenvolvimento Eletrônico - Smar

Equipamentos Ind. Ltda

César Cassiolato

Diretor de Marketing, Qualidade e Assistência Técnica e

Instalações Industriais - Smar Equipamentos Ind. Ltda

Énotável o avanço da Física e da Eletrônica

nos últimos anos. Sem dúvida, de todas as

áreas técnicas, foram as mais marcantes em

desenvolvimentos. Hoje, somos incapazes

de viver sem as facilidades e benefícios

que estas áreas nos proporcionam em

nossas rotinas diárias. Nos processos e

controles industriais não é diferente, somos

testemunhas dos avanços tecnológicos

com o advento dos microprocessadores e

componentes eletrônicos, da tecnologia

Fieldbus, o uso da Internet, etc. E ainda,

com a busca de desenvolvimentos na área

de energia renovável, novos combustí-

veis, a nanotecnologia, existem inúmeras

aplicações com a medição e controle de

temperatura.

Um pouco de História

A medição de temperatura é ponto de

interesse da ciência há muitos anos. O corpo

humano é um péssimo termômetro, pois

só consegue diferenciar o que está frio ou

quente em relação à sua própria temperatura.

Portanto, com o passar dos tempos,

o homem começou a criar aparelhos que

o auxiliassem nesta tarefa.

Vejamos a seguir mais detalhes.

Mecatrônica Atual

29


instrumentação

Uma das primeiras tentativas de construção de uma

escala de temperatura ocorreu por volta de 170

DC. Claudius Galenus of Pergamum (130-

201), médico grego, teria sugerido que as sensações

de “quente” e “frio” fossem medidas com base

em uma escala com quatro divisões numeradas

acima e abaixo de um ponto neutro. Para tal escala

termométrica, atribuiu a temperatura de “quatro

graus de calor” à água fervendo, a temperatura de

“quatro graus de frio” ao gelo, e a temperatura “neutra” a uma mistura

de quantidades iguais daquelas duas substâncias. Galenus não foi um

excelente médico, mas sim um excelente fisiologista. Ele escreveu

vários tratados médicos, frutos de seu trabalho no tratamento dos

Gladiadores romanos e das suas dissecações de animais vivos. Ele foi o

primeiro médico a dar diagnósticos pela medição do pulso da pessoa.

Como o vinho era

altamente influenciado

pela pressão

atmosférica, em 1641

Fernando II, Grão-

Duque da Toscana

(1610-1670), desenvolveu

o primeiro

termômetro selado.

Ele utilizou o álcool em seu interior e

fez 50 marcas (graus) na sua haste. Este

termômetro não usava nenhum ponto

fixo para a calibração da escala. O termômetro

com o emprego de substância

orgânica (álcool, etc.) em seu interior

passou a ser conhecido como termômetro

“spirit”.

Em 1701, Ole Christensen

Römer (1644-

1710) criou o primeiro

termômetro, com dois

pontos de referência.

O termômetro usava

vinho vermelho como

indicador da temperatura.

Römer criou a

escala de seu termômetro com 60 representando

o ponto de ebulição da água.

Ele não sabia que o ponto de ebulição da

água dependia da pressão atmosférica, fato

descoberto depois por Fahrenheit.

Quanto ao ponto inferior, isto é questão

de debate, uma vez que partes de suas

anotações foram destruídas pelo fogo.

Alguns dizem que 0 representava uma

mistura de água, gelo e cloreto de amônia,

outros que ele usou o ponto de degelo

da água que marcou com 7.2 Rö. Mais

tarde Römer adotou por razões práticas

outros pontos de referência como a água

congelada e a temperatura do sangue

(temperatura do corpo humano), que ele

marcou como 22.5 Rö. Apesar da criação

do termômetro, Römer é mais conhecido

pelo seu trabalho com a medição da

velocidade da luz.

30 Mecatrônica Atual

Daniel Gabriel

Fahrenheit (1686-

1736) devotou a maior

parte de sua vida a

criação de instrumentos

meteorológicos. Em

1708, Fahrenheit visitou

Römer em Copenhague

e viu seu termômetro

com dois pontos de calibração. Impressionado

com o termômetro, ele passou a

utilizá-lo quando voltou à Alemanha. Mais

tarde, não gostando do inconveniente (e

das frações) de dividir os graus Römer de

modo a permitir a medição de pequenos

intervalos de temperatura, ele multiplicou

a escala de Römer por 4. Isto fez com que

o ponto de derretimento da água fosse 30

graus e a temperatura do corpo humano

90 graus. Depois, ele mudou estes valores

para 32 e 96 graus respectivamente para

simplificar a marcação da escala (em 64

divisões).

Fahrenheit ainda adicionou mais um

ponto com referência, a temperatura de

equilíbrio de uma mistura de gelo e sal,

que foi definida como zero em sua escala.

Infelizmente, o uso de três referências

causou mais incerteza do que precisão.

Após a morte de Fahrenheit, a temperatura

do corpo humano foi considerada

inconstante para a definição de um ponto

na escala de temperatura, então sua escala

foi modificada para dar a ela novamente

2 pontos de referência. Tudo isto resultou

no desajeitado padrão numérico, com o

ponto de congelamento da água definido

como 32°F e o ponto de ebulição (na

pressão atmosférica padrão) definido

como 212°F. Fahrenheit também percebeu

que o álcool não tinha precisão e repetibilidade

para a medição da temperatura.

Em 1714, ele adotou o mercúrio, o qual se

mostrou uma excelente alternativa devido

ao seu coeficiente de expansão térmica

ser altamente linear e não se dissolver no

ar. Por outro lado, ele é menos sensível à

mudança de temperatura.

O primeiro termômetro foi idealizado por

Galileu Galilei (1564-1642). Ele consistia

de um longo tubo de vidro com um bulbo

preenchido com vinho. Este primeiro tipo de

aparelho utilizado para a medição de temperatura

foi chamado de termoscópio (instrumento

que indica a temperatura através da

mudança do volume). Alguns tinham o ar do

bulbo retirado antes de se colocar o líquido

(podia ser água colorida no lugar do vinho), fazendo com que

o líquido subisse dentro do tubo. Conforme o ar restante no

tubo era aquecido ou esfriado, o líquido do tubo variava refletindo

a mudança na temperatura do ar. Mais tarde, seu colega

Sanctorius Sanctorius acrescentou uma escala gravada no

tubo para facilitar a medição da alteração da temperatura.

Robert Hook (1635-

1703), curador da

Sociedade Real em 1664,

usou tintura vermelha

no álcool. Sua escala, na

qual cada grau representava

um incremento

do volume equivalente a

1/500, parte do volume

do líquido do termômetro precisava

somente de um ponto fixo. Ele selecionou

o ponto de congelamento da água.

O termômetro original de Hook tornou-se

padrão do Colégio Gresham e foi usado

pela Sociedade Real até 1709. A primeira

leitura meteorológica compreensível foi

feita nesta escala.

Em 1731, Réne Antoine

Ferchault de Réamur

(1683-1757) propôs uma

escala diferente, calibrada

em apenas um ponto com

as divisões da escala baseada

na expansão do fluido

no termômetro. Réamur

fez muitos experimentos

para selecionar o fluido termometricamente

adequado e estabeleceu o conhaque diluído

em uma certa quantidade de água. A diluição

escolhida foi uma que dava o valor de 80 em

1000, conforme aquecido da temperatura do

congelamento até a temperatura de ebulição

da água (80 porque era um número fácil de

se dividir em partes). Por causa desta seleção,

as pessoas passaram a acreditar que na escala

de Réamur a água fervia em 80 graus. Devido

a isto, a escala de Réamur passou a ser graduada

utilizando dois pontos fixos, o ponto

de congelamento (0°) e o ponto de ebulição

da água (80°). Esta escala foi oficialmente

adotada na Europa, exceto na Grã Betranha e

na Escandinávia, mas com a adoção da escala

de centígrados pelo governo revolucionário

da França em 1794, ela gradualmente perdeu

popularidade e finalmente caiu em desuso no

século 20.


Um termômetro com

escala similar a de Réamur

foi inventado em 1732 por

Joseph Nicolas Delisle

(1688-1768), astrônomo

francês, que foi convidado

para ir à Rússia por Pedro,

o Grande. Naquele ano

ele construiu um termômetro

que usava mercúrio como fluido de

trabalho. Delisle escolheu sua escala usando

a temperatura de ebulição da água como o

ponto fixo e mediu a contração do mercúrio

(com baixas temperaturas) em cem milésimos.

Os termômetros antigamente tinham

2400 graduações apropriadas ao inverno em

São Petersburgo onde Delisle viveu. Em 1738

Josias Weitbrecht (1702 - 1747) recalibrou

o termômetro de Delisle com 0 grau como o

ponto de ebulição da água e 150 graus como

o ponto de congelamento da água. Este termômetro

permaneceu em uso na Rússia por

mais de um século.

Sir Humphrey

Davy

(1778-1829)

foi um brilhante

cientista

responsável

pelo uso do

gás do riso

(óxido nitroso)

como anestésico e por algumas

descobertas como: o elemento

sódio, o potássio, o boro, a solda

por arco elétrico e a lâmpada de

segurança para a mineração. Em

1821, ele descobriu também que a

resistividade dos metais apresentava

uma forte dependência da

temperatura.

Em 1821

Thomas

Seebeck

(1770-1831),

descobriu que,

quando dois

fios de metais

diferentes são

unidos em duas

extremidades e um dos extremos

é aquecido, circula uma corrente

elétrica no circuito. Estava desta

forma descoberto o termopar,

hoje em dia o mais importante

sensor de temperatura para aplicações

industriais.

Muitas tentativas

de transformar

a escala

de Delisle para

um intervalo de

100 graus foram

feitas antes que

o suíço Anders

Celsius

(1701-1744), em 1742, propusesse

graduar o termômetro com 100

graus como o ponto de ebulição

da água e 0° como o ponto de

derretimento da neve.

Aparentemente, desejando evitar o

uso de números negativos para as

temperaturas, Celsius determinou

o numero 100 para o ponto de

congelamento da água e 0 para o

ponto de ebulição, dividindo a distância

em intervalos de 100 graus.

Em 1848,

William

Thomson

(1824-1907)

desenvolveu

uma escala

termodinâmica

baseada no

coeficiente de

expansão de um gás ideal.

Esta ideia se deve à descoberta de

Jacques Charles sobre a variação

de volume dos gases em função

da variação da temperatura, onde

Charles concluira com base em

experimentos e cálculos que à

temperatura de –273 °C todos

os gases teriam o volume igual a

zero. Kelvin propôs outra solução:

não era o volume da matéria que

se anularia nessa temperatura,

mas sim a energia cinética de

suas moléculas. Sugeriu, então,

que essa temperatura deveria ser

considerada a mais baixa possível

e chamou-a de zero absoluto.

Assim, foi criada uma nova escala

baseada na escala de grau centígrado.

Esta escala absoluta foi

mais tarde renomeada para Kelvin

e sua unidade designada graus

Kelvin (símbolo °K). Observe que

a unidade de temperatura no SI

é chamada de Kelvin (não grau

Kelvin).

instrumentação

Em 1744 o amigo de

Celsius, Carl Linnaeus

(1707-1778), inverteu a

escala centígrada para

atender a um sentimento

psicológico que quente

deveria corresponder à

maior temperatura. O uso

da escala de Celsius no

século 19 foi acelerado pela decisão das autoridades

revolucionárias da França de adotar

o sistema decimal para todas as quantidades

mensuráveis. A escala centígrada tornou-se

popular primeiro na Suíça e na França (onde

ela coexistiu com a escala de Réaumur), e

depois na maior parte do mundo. A comissão

de Pesos e Medidas, criada pela Assembleia

Francesa decidiu em 1794 que o grau termométrico

seria 1/100 da distância entre o

ponto do gelo e o vapor d’ água (originando

a palavra centígrado). Em outubro de 1948, na

IX conferência de Pesos e Medidas, o nome da

unidade foi alterado para Celsius.

Em 1859, William John Macquorn

Rankine (1820-1872) propôs

outra escala de temperatura na qual

especificava 0° para o zero absoluto,

mas usava como base a escala de

graus Fahrenheit. Devido à escala de

Rankine ter o mesmo tamanho da

escala de Fahrenheit, o ponto de congelamento

da água (32°F) e o ponto

de ebulição da água (212°F) correspondem respectivamente

a 491,67°Ra e 671,67°Ra. Esta escala foi mais

tarde renomeada Rankine e sua unidade designada graus

Rankine (símbolo °R).

Baseado na idéia da resistividade

dos metais, Sir William Siemens

(1823–1883) propôs em 1861 o uso

de termômetros de resistência de

platina, com os quais a medição da

temperatura seria feita à custa da

variação da resistência elétrica de

um fio de platina com a temperatura.

A escolha da platina se deu por ela

não se oxidar em altas temperaturas e por ter uma

variação uniforme da resistência com a temperatura em

um amplo range.

Em 1887, Hugh Longbourne

Callendar (1863-1930) aperfeiçoou

o termômetro com resistência de

platina, obtendo grande concordância

de resultados entre o termômetro

de platina e um termômetro de gás.

Atualmente, a medição de temperaturas

por meio de termômetros de

platina assume grande importância

em numerosos processos de controle industrial.

Mecatrônica Atual

31


instrumentação

A Temperatura e os

dias de hoje

Com a criação das diversas escalas,

houve a necessidade da definição das

curvas dos vários sensores e de seus pontos

de calibração. Isto foi alcançado nas

diversas reuniões desde 1889 até hoje,

onde finalmente chegamos ao ITS-90

(International Temperature Scale), mas

esta é uma longa historia.

Atualmente, as escalas mais utilizadas

são Celsius e Fahrenheit. Kelvin e Rankine

são mais usadas por cientistas e engenheiros.

Quanto às outras escalas, elas acabaram

sendo esquecidas. Veja a figura 1.

Várias normas e padrões, dependendo do

país e região, são utilizadas na medição de

temperatura: ANSI(EUA), DIN(Alemanha),

JIS (Japão), BS (Inglaterra), etc.

Nesta evolução da medição de temperatura,

os Transmissores de Temperatura são

muito importantes na área de automação

e controle de processos. Em conjunto com

uma diversidade de sensores contribuem

para a melhoria contínua dos processos e

qualidade final dos produtos. Veremos a

seguir mais alguns detalhes deste importante

equipamento.

O mercado e os transmissores

de temperatura inteligentes

Segundo a ARC (Advisory Group Study),

o mercado de transmissores de temperatura

em 2007 foi de US$281 milhões e estima-se

para 2010 algo em torno de US$300 milhões

e em 2012, US$386 milhões.

Analisando o mercado, podemos observar

3 linhas de transmissores de temperatura

associados com a aplicação e custo. Um

transmissor inteligente combina a tecnologia

do sensor mais sua eletrônica.

1) Transmissores à prova de

explosão e à prova de tempo

Normalmente utilizados em aplicações

críticas, com alta e média performance,

possuem carcaça com duplo compartimento,

separando eletrônica e sensores,

dando robustez, segurança e confiabilidade,

possuem indicação local, sensor matching

(Callendar Van Dusen), autodiagnose,

comunicação digital, ajuste local e são

usados com os mais diversos sensores em

medições simples, dupla, diferencial, sensor

backup, etc. Exemplo: TT301, TT302,

TT303 da Smar.

32 Mecatrônica Atual

F1. Comparação das escalas de temperatura.

2) Transmissores para painel,

montagem em trilho DIN

Sua principal aplicação é monitoração,

permitindo fácil instalação, inúmeras

opções em ambientes fechados e conexões

com sensores, alta flexibilidade de instalação

e manutenção, dando segurança e

confiabilidade, possuem autodiagnose,

sensor matching (Callendar Van Dusen),

comunicação digital e são usados com os

mais diversos sensores em medições simples,

dupla, máxima, mínima, média, diferencial,

etc. Exemplo: TT411 da Smar.

3) Transmissores para montagem

em cabeçote (poço)

Sua principal aplicação é a montagem

em cabeçotes, permitindo fácil instalação e

conexões com sensores, alta flexibilidade de

instalação e manutenção, dando segurança

e confiabilidade, possuem autodiagnose,

sensor matching (Callendar Van Dusen),

comunicação digital e são utilizados com os

mais diversos sensores em medições simples,

dupla, máxima, mínima, média, diferencial,

etc. Exemplo: TT421 da Smar.

Em termos de protocolos, como com

qualquer outro equipamento de campo, o

predomínio no mercado é por protocolos

abertos, como HART, Foundation Fieldbus

e Profibus PA.

Exemplos de Transmissores HART

(4-20mA)

Vejamos a figura 2, onde temos o

diagrama de blocos do transmissor de

temperatura HART TT301 da Smar.

Este transmissor possui as seguintes

características:

• Entrada Universal com ampla escolha

de sensores: RTDs padrões,

Termopares padrões, ohm, mV e

Sensor Especial;

Medição Simples ou Diferencial: 2,

3 ou 4 fios e sensor backup;

• Isolado;


• Compensação de junta fria;

• Compensação de resistência de linha;

• Linearização;

• 0,02% de precisão básica;

• 4-20mA + Protocolo HART;

• Re-range;

• Bloco PID e Gerador de SetPoint ;

• Autodiagnósticos;

• Detecção de Burn-out;

• Fácil upgrade para Foundation Fieldbus

e Profibus PA;

• Display (permite 4 posições de montagem);

• Montagem em campo;

• À prova de explosão e tempo;

• Intrinsecamente Seguro;

• Alta Imunidade a EMI e RF;

• Robusto;

• Ajuste local simples e completo;

• Corrente de saída de acordo com a

NAMUR-NE43;

• Proteção de escrita;

• Verdadeira carcaça com duplo compartimento;

• Coprocessador matemático de alta

performance.

Benefícios:

• Baixo custo com manutenção

• Autodiagnóstico remoto;

• Somente um modelo de sobressalente

para estoque: um único transmissor

para qualquer aplicação e ampla faixa

e tipo de sensores.

• Baixo custo de instalação

• Configuração remota ou local e fácil

calibração (re-range);

• Flexibilidade, um único transmissor

para qualquer aplicação e ampla faixa

e tipo de sensores.

• Redução dos custos de produção

• Redução do tempo de paradas (process

downtime);

• Melhor uniformidade da produção;

• Redução da variabilidade dos processos:

economia de matéria-prima e melhor

qualidade final do produto devido à

alta exatidão e estabilidade.

A figura 3 mostra o diagrama de blocos

dos transmissores de temperatura HART,

TT411 e TT421.

Estes transmissores possuem as mesmas

características básicas do TT301. Veja detalhes

e benefícios nas figuras 4 e 5.

Observe a comparação entre montagem

em painel e montagem em campo

(tabela 1).

F2. Diagrama de blocos do transmissor TT301.

F3. Diagrama de blocos do transmissor TT411 e TT421.

Trilho x Montagem em campo

Transmissor montado em trilho

Baixos níveis de sinais são facilmente

distorcidos devido aos longos cabeamentos e

mais sensíveis a emi/rfi

Cara compensação da flação para Termopares

Os RTDs necessitam cabos múltiplos

Diferentes barreiras

Perda de exatidão ao longo dos fios

Mais espaço requerido no painel

Solução baixo custo

T1. Comparação entre montagem em trilho e montagem em campo.

Novidades em medições de

Temperatura: Sensores Óticos

São ainda pouco difundidos, mas vejamos

abaixo alguns marcos da evolução

da fibra ótica:

instrumentação

Transmissor no campo

Sinais mais robustos e menos sensíveis a

interferências

O preço do transmissor pode ser mais barato que

determinados fios

Indicação no campo

Permite a adição de indicadores, recorders etc. no

mesmo ponto

Barreiras padrões

• Foi inventada em 1952 pelo físico

indiano Narinder Singh Kanpany;


1970: a Corning Glass produziu

alguns metros de fibra ótica com

perdas de 20 dB/km;

Mecatrônica Atual

33


instrumentação

• 1973: Um link telefônico de fibras

óticas foi instalado no EUA;

• 1976: Bell Laboratories instalou um

link telefônico em Atlanta de 1 km

e provou ser praticamente possível a

fibra ótica para telefonia;

• 1978: Começa em vários pontos do

mundo a fabricação de fibras óticas com

perdas menores do que 1,5 dB/km;

• 1988: Primeiro cabo submarino de

fibras óticas mergulhou no oceano

e deu início à super estrada da informação;

• 2004: A fibra ótica movimenta cerca

de 40 bilhões de dólares anuais;

• 2007: Fibra óptica brasileira faz

30 anos e o mercado americano de

sensores com fibra ótica movimentou

237 milhões de dólares;

• 2014: perspectiva de movimento de

1,6 bilhões de dólares no mercado

americano de sensores com fibra

ótica.

A sensitividade dos sensores a fibra, ou

seja, o distúrbio menos intenso que pode

ser medido, pode depender de:

• Variações infinitesimais em algum

parâmetro de caracterização da fibra

usada, quando a fibra é o próprio

elemento sensor;

• Mudanças nas propriedades da luz

usada, quando a fibra é o canal

através do qual a luz vai e volta do

local sob teste.

Os sensores a Fibras Óticas são compactos

e apresentam sensitividades comparáveis

ao similares convencionais. Existem muitos

sensores comerciais feitos com Fibras

Óticas, para medição de temperatura,

pressão, rotação, sinais acústicos, corrente,

fluxo, etc.

Hoje, um tipo com várias aplicações

é o sensor de temperatura com tecnologia

baseada em Redes de Bragg.

As redes de Bragg são elementos simples,

confinados ao núcleo da fibra ótica e com

elevado potencial de produção em massa.

A possibilidade de fabricar redes de Bragg

diretamente no núcleo das fibras óticas por

processos fotolíticos, sem afetar a integridade

física e as características óticas das fibras,

veio a ter seu destaque, na última década,

um dos mais férteis campos da investigação

científica na área da optoeletrônica.

A natureza ressonante da resposta espectral

dos sensores de Bragg é especialmente

34 Mecatrônica Atual

Super – Chip HT3012:

Co-processador matemático;

Conversor D/A de 15 bits.

Modem HART.

Benefícios:

Alta performance;

Alta exatidão;

Alta estabilidade;

Alto MTBF;

Diminuição da variabilidade dos processos, redução

de custos com matéria- prima, melhor qualidade dos

produtos finais;

Aumento da segurança, confiabilidade e disponibilidade;

Redução dos custos de engenharia e instalação.

F4. TT411: Montagem em trilho DIN.

Super – Chip HT3012:

Co-processador matemático;

Conversor D/A de 15 bits;

Modem HART.

Benefícios:

Alta performance;

Alta exatidão;

Alta estabilidade;

Alto MTBF;

Diminuição da variabilidade dos processos,

redução de custos com matéria- prima, melhor

qualidade dos produtos finais;

Aumento da segurança, confiabilidade e disponibilidade;

Redução dos custos de engenharia e instalação.

F5. TT421: Montagem em cabeçote.

F6. Redes de Bragg.


atraente para aplicações de multiplexação do

comprimento de onda. Estas características

podem ser convenientemente exploradas

numa única fibra ótica contendo diversos

elementos sensores com ressonâncias de

Bragg distintas.

Deste modo, é possível associar cada

sensor a uma determinada posição ao longo

da fibra, constituindo em conjunto um

sensor quase-distribuído de deformação

ou temperatura. A autorreferenciação e

a capacidade de multiplexação têm sido

apontadas como as principais vantagens

associadas aos sensores de Bragg, sustentando

um enorme potencial de desenvolvimento

tecnológico.

As redes de Bragg são formadas por uma

modulação periódica do índice de refração

do núcleo da fibra ótica.

O valor máximo de reflexão dessa

microestrutura ocorre quando a constante

de propagação do modo guiado no núcleo

se encontra em ressonância com a modulação

espacial do índice, com período L,

estabelecendo a conhecida condição de

Bragg, vide figura 6.

Esta figura ilustra a ação de uma rede

de Bragg sobre a luz propagada no núcleo

da fibra ótica.

As redes de Bragg, como parte integrante

da fibra ótica, são sensíveis à aplicação de

grandezas físicas, na mesma medida que a

própria matriz de sílica. As propriedades

espectrais das redes de Bragg dependem de

grandezas como a temperatura e a tensão

mecânica, ou seja, a aplicação de qualquer

grandeza que provoque uma alteração do

índice efetivo, ou do período, induz um

desvio no comprimento de onda ressonante.

O princípio básico de operação dos sensores

de Bragg baseia-se, então, na medição dos

desvios em comprimento de onda induzidos

na condição de ressonância por variação

de temperatura, de deformação mecânica,

de pressão ou de campos magnéticos.

No entanto, dada a importância prática

atribuída aos sensores de temperatura e de

deformação, a maioria das demonstrações

com base nos sensores de Bragg tem sido

centrada nessas aplicações.

A sensibilidade à temperatura dos sensores

de Bragg resulta da expansão térmica

instrumentação

da matriz de sílica e da dependência do

índice de refração com a temperatura.

O grande atrativo para o uso das redes

de Bragg como sensores se deve ao fato

da informação estar contida no espectro,

significando uma medida absoluta e fácil

de ser multiplexada e de alta exatidão. Estes

sensores são muito usados em medições de

temperatura no fundo do poço.

Conclusão

Vimos através deste artigo a importância

da medição de temperatura na automação e

controle de processos, um pouco da história

da medição de temperatura e dos avanços

tecnológicos dos transmissores de temperatura,

assim como as três tendências de

transmissores, suas aplicações e benefícios.

Vimos também o sensor de temperatura

utilizando a rede de Braag, que deve trazer

novidades no futuro nesta medição.

MA

Setembro/Outubro 2010 :: Mecatrônica Atual

35


conectividade

Dimensionamento

da quantidade

de equipamentos

em uma rede

PROFIBUS-PA

Apesar de muito simples, a tecnologia do meio físico utilizada

no PROFIBUS-PA - a chamada H1 - de acordo com a IEC61158-

2, ainda vemos alguns detalhes em alguns projetos e que em

campo poderiam ser evitados, diminuindo o tempo de comissionamento

e startup e evitando as condições de intermitências

e paradas indesejadas durante a operação.

Em outro artigo detalharemos mais o meio físico. Acompanhe

nas próximas edições

saiba mais

Material de Treinamento e

Artigos Técnicos PROFIBUS

- César Cassiolato

Especificações Técnicas e Guias

de Instalações PROFIBUS

Manuais Smar PROFIBUS

Site de fabricante

www.smar.com.br

S

36 Mecatrônica Atual :: Setembro/Outubro 2010

empre que possível, consulte as normas

EN50170 e IEC61158-2 para as regulamentações

físicas, assim como as práticas

de segurança de cada área.

É necessário agir com segurança nas

medições, evitando contatos com terminais e

fiação, pois a alta tensão pode estar presente

e causar choque elétrico. Lembre-se que

cada planta e sistema têm seus detalhes de

segurança. Informe-se sobre estes detalhes

antes de iniciar o trabalho!.

Para minimizar o risco de problemas

potenciais relacionados à segurança, é

preciso seguir as normas de segurança e

de áreas classificadas locais aplicáveis que

regulam a instalação e operação dos equi-

César Cassiolato, Diretor de

Marketing, Qualidade, Assistência

Técnica e Instalações Industriais -

Smar Equipamentos Industriais Ltda.(*)

pamentos. Estas normas variam de área

para área e estão em constante atualização.

É responsabilidade do usuário determinar

quais normas devem ser seguidas em suas

aplicações e garantir que a instalação de

cada equipamento esteja de acordo com

as mesmas.

Uma instalação inadequada ou o uso

de um equipamento em aplicações não

recomendadas podem prejudicar a performance

de um sistema e consequentemente

a do processo, além de representar uma

fonte de perigo e acidentes. Devido a isto,

recomenda-se utilizar somente profissionais

treinados e qualificados para instalação,

operação e manutenção.


F1. Arquitetura típica de uma rede PROFIBUS.

Arquitetura típica de

uma rede PROFIBUS

Observe a figura 1, onde temos uma

arquitetura típica em PROFIBUS. Nela

podemos verificar a ampla cobertura de

meios físicos, várias topologias e níveis de

aplicações. Neste artigo iremos comentar

alguns detalhes sobre o PROFIBUS-PA.

PROFIBUS-PA

O PROFIBUS-PA é a solução PROFIBUS

que atende os requisitos da automação de

processos, onde se tem a conexão de sistemas

de automação e sistemas de controle de

processo com equipamentos de campo, tais

como: transmissores de pressão, temperatura,

conversores, posicionadores, etc. Pode ser usada

em substituição ao padrão 4 a 20 mA.

Existem vantagens potenciais da utilização

dessa tecnologia, onde resumidamente

destacam-se as vantagens funcionais

(transmissão de informações confiáveis,

tratamento de status das variáveis, sistema

de segurança em caso de falha, equipamentos

com capacidades de autodiagnose,

rangeabilidade dos equipamentos, alta

resolução nas medições, integração com

controle discreto em alta velocidade, aplicações

em qualquer segmento, etc.). Além

dos benefícios econômicos pertinentes às

instalações (redução de até 40% em alguns

casos em relação aos sistemas convencionais),

custos de manutenção (redução de

até 25% em alguns casos em relação aos

sistemas convencionais), menor tempo de

startup, oferece um aumento significativo

em funcionalidade e segurança.

O PROFIBUS-PA permite a medição e

controle por uma linha a dois fios simples.

Também possibilita alimentar os equipamentos

de campo em áreas intrinsecamente

seguras. O PROFIBUS-PA permite a

manutenção e a conexão/desconexão de

equipamentos até mesmo durante a operação

sem interferir em outras estações em áreas

potencialmente explosivas. O PROFIBUS-

PA foi desenvolvido em cooperação com os

usuários da Indústria de Controle e Processo

(NAMUR), satisfazendo as exigências

especiais dessa área de aplicação:

conectividade

• O perfil original da aplicação para a

automação do processo e interoperabilidade

dos equipamentos de campo

dos diferentes fabricantes;

• Adição e remoção de estações de barramentos,

mesmo em áreas intrinsecamente

seguras, sem influência para

outras estações;

• Alimentação e transmissão de dados

sobre o mesmo par de fios baseado

na tecnologia IEC 61158-2;

• Uso em áreas potencialmente explosivas

com blindagem explosiva tipo

“intrinsecamente segura” ou “sem

segurança intrínseca”.

• Uma comunicação transparente através

dos acopladores do segmento entre o

barramento de automação do processo

PROFIBUS-PA e o barramento de automação

industrial PROFIBUS-DP;

Transmissão síncrona em conformidade

à norma IEC 61158-2 (tabela 1), com uma

taxa de transmissão definida em 31,25 kbits/s,

veio atender aos requisitos das indústrias

químicas e petroquímicas. Permite, além

Mecatrônica Atual

37


conectividade

F2. Exemplo de sinal PROFIBUS-PA em modo tensão.

F3. Exemplo de codificação Manchester.

T1. Características da IEC 61158-2.

38 Mecatrônica Atual

de segurança intrínseca, que os dispositivos

de campo sejam energizados pelo próprio

barramento. Assim, o PROFIBUS pode ser

utilizado em áreas classificadas. As opções

e limites do PROFIBUS com tecnologia de

transmissão IEC 61158-2 para uso em áreas

potencialmente explosivas são definidas pelo

modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe

Concept). O modelo FISCO foi desenvolvido

pelo instituto alemão PTB - Physikalisch

Technische Bundesanstalt (Instituto Tecnológico

de Física) e é hoje internacionalmente

reconhecido como o modelo básico para

barramentos em áreas classificadas.

A transmissão é baseada nos seguintes

princípios, e é frequentemente referida

como H1:

• cada segmento possui somente uma

fonte de energia, a fonte de alimentação;

• alimentação não é fornecida ao

barramento enquanto uma estação

está enviando;

• os dispositivos de campo consomem

uma corrente básica constante quando

em estado de repouso;

• os dispositivos de campo agem como

consumidores passivos de corrente

(sink);

• uma terminação passiva de linha é

necessária, em ambos fins da linha

principal do barramento;

• topologia linear, árvore e estrela são

permitidas.

No caso da modulação, supõe-se que uma

corrente básica de pelo menos 10 mA seja consumida

por cada dispositivo no barramento.

Através da energização do barramento, esta

corrente alimenta os dispositivos de campo.

Os sinais de comunicação são então gerados

pelo dispositivo que os envia, por modulação

de + /- 9 mA, sobre a corrente básica.

Para se operar uma rede PROFIBUS em

área classificada é necessário que todos os

componentes utilizados na área classificada

sejam aprovados e certificados de acordo

com o modelo FISCO e IEC 61158-2 por

organismos certificadores autorizados tais

como PTB, BVS (Alemanha), CEPEL,

UL, FM (EUA). Se todos os componentes

utilizados forem certificados e se as regras

para seleção da fonte de alimentação, comprimento

de cabo e terminadores forem

observadas, então nenhum tipo de aprovação

adicional do sistema será requerida para o

comissionamento da rede PROFIBUS.


FISCO

O conceito FISCO foi otimizado para

que seja permitido um número maior de

equipamentos de campo, de acordo com o

comprimento do barramento, levando-se

em conta a variação das características do

cabo (R’, L’, C’) e terminadores, atendendo

categorias e grupos de gases com uma

simples avaliação da instalação envolvendo

segurança intrínseca. Com isto, aumentouse

a capacidade de corrente por segmento e

facilitou-se para o usuário a avaliação. Além

disso, ao adquirir produtos certificados,

o usuário não precisa se preocupar mais

com cálculos, mesmo em substituição em

operação.

R´:15 ... 150 ohm/km;

L´: 0,4 ... 1 mH/km;

C´: 80 ... 200 nF/km;

Cabo tipo A: 0,8 mm2 •




(AWG18).

Em termos de terminação:

• R = 90 ... 100 ohms;

• C = 0 ... 2,2 µF.

Na figura 2 temos um sinal PROFIBUS-

PA em modo tensão.

A transmissão de um equipamento

fornece tipicamente 10 mA a 31,25 kbit/s

em uma carga equivalente de 50 Ω, criando

um sinal de tensão modulado de 750 mV a

1,0 V pico a pico. A fonte de alimentação

pode fornecer de 9 a 32 Vdc, porém em

aplicações seguras (IS) devem-se atender

os requisitos das barreiras de segurança

intrínseca. Veja as figuras 3 e 4.

O comprimento total do cabeamento

é a somatória do tamanho do trunk (barramento

principal) e todos os spurs (derivações

maiores que 1 m), sendo que com o

cabo tipo A é de no máximo 1900 m em

áreas não seguras. Em áreas seguras é de

no máximo 1000 m com o cabo tipo A e

os spurs não devem exceder 30 m.

Topologias no PROFIBUS-PA

Nas figuras 5 e 6 temos as topologias

principais do PROFIBUS-PA, embora na

prática haja um misto das duas topologias,

barramento e estrela/árvore.

Na figura 7 temos uma solução compacta

e de baixo custo da Smar com um mestre

PROFIBUS-DPV1 e 4 canais (DF97) PRO-

FIBUS-PA no mesmo controlador com taxa

de até 12 Mbits/s. A Smar possui o modelo

DF95 para 2 canais PROFIBUS-PA.

Basicamente, podemos citar os seguintes

elementos de uma rede PROFIBUS:

F4. Modo Tensão 31,25 kbit/s.

F5. Topologia em Árvore ou Estrela.

F6. Topologia em barramento.

1) Mestres (Masters): são elementos

responsáveis pelo controle do barramento.

Eles podem ser de duas classes:

• Classe 1: responsável pelas operações

cíclicas (leitura/escrita) e controle

das malhas abertas e fechadas do

sistema de controle/automação (PLC,

controladores, CPUs).

conectividade


Classe 2: responsável pelos acessos

acíclicos dos parâmetros e funções

dos equipamentos PA estação de

engenharia ou estação de operação:

ProfibusView, AssetView, Simatic

PDM, Pactware, etc).

2) Acopladores DP/PA (Couplers):

são dispositivos utilizados para traduzir as

Mecatrônica Atual

39


conectividade

características físicas entre o PROFIBUS

DP (Rs485) e o PROFIBUS PA (H1:31,25

kbits/s). E ainda:

• São transparentes para os mestres

(não possuem endereço físico no

barramento);

• Atendem aplicações (Ex) e (Non-Ex)

definindo e limitando o número

F7. DF97 - Mestre Profibus DPV1 Smar com 4 canais PROFIBUS-PA e 1 canal PROFIBUS-DP.

T2. Dados dos couplers DP/PA (para mais detalhes consulte os fabricantes).

40 Mecatrônica Atual

máximo de equipamentos em cada

segmento PROFIBUS PA. O número

máximo de equipamentos em

um segmento depende entre outros

fatores, da somatória das correntes

quiescentes e de falhas dos equipamentos

(FDE) e distâncias envolvidas

no cabeamento.

• Podem ser alimentados até 24 Vdc,

dependendo do fabricante e da área

de classificação.

• Podem trabalhar com as seguintes

taxas de comunicação, dependendo

do fabricante: P+F (93,75 kbits/s e

SK3:12 Mbits/s) e Siemens(45,45

kbits/s).

Observe as tabelas 2 e 3.

3) Link devices: São dispositivos utilizados

como escravos da rede PROFIBUS DP e

mestres da rede PROFIBUS PA. São utilizados

para se conseguir altas velocidades, de até 12

Mbits/s no barramento DP e ainda:

• Possuem endereço físico no barramento;


Permitem que sejam conectados até

5 couplers DP/PA, mas limitam o

número de equipamentos em 30 em

um barramento “Non-Ex” e 10 em

barramento “Ex”.

Com isto, aumentam a capacidade

de endereçamento da rede PROFIBUS

DP. Dependendo da quantidade de dados

trocados ciclicamente, podem permitir até

64 equipamentos.

4) Terminador de barramento na

rede PA: consiste de um capacitor de 1µF

e um resistor de 100 Ω conectados em série

entre si e em paralelo ao barramento.Tem

as seguintes funções:


• Shunt do sinal de corrente: o sinal

de comunicação é transmitido como

corrente mas recebido como tensão.

O terminador faz esta conversão;

• Proteção contra reflexão do sinal de

comunicação: deve ser colocado nas

duas terminações do barramento,

um no final e outro geralmente no

coupler DP/PA.

Alguns detalhes de projeto e

quantidade de equipamentos

por segmento PROFIBUS-PA

Verifique a quantidade de equipamentos

(N) por segmento PROFIBUS-PA, lembrando

que a mesma é função do consumo quiescente

de cada equipamento PROFIBUS-PA, as

distâncias envolvidas (resistência de loop

cabo tipo A: 44 Ω/km), do coupler DP/PA

T3. Dados dos couplers DP/PA P+F (para mais detalhes consulte o fabricante).

conectividade

e sua corrente drenada, classificação de área

(couplers para área classificada drenam

correntes da ordem de 100 mA, tensão de

saída 12 V), além da corrente de FDE. A

corrente total no segmento deve ser menor

do que a drenada pelo coupler.

I Seg = Σ I BN + I FDE + I FREE

(sendo I Seg < I C )

Mecatrônica Atual

41


conectividade

Onde :

I Seg - corrente no segmento PROFI-

BUS-PA;

Σ I BN - somatória das correntes quiescentes

de todos os equipamentos no segmento

PROFIBUS-PA;

I FDE - corrente adicional em caso de

fallha, normalmente desprezível;

I FREE - corrente de folga, útil em caso de

expansão ou troca de fabricante;

I C - corrente drenada pelo coupler

DP/PA.

Além disso, deve-se ter pelo menos 9,0 V

na borneira do equipamento PROFIBUS-PA

mais distante do coupler DP/PA:

V BN = V c - I BN x ( R x L)

(sendo V BN > 9,0 V)

Com isto garante-se a energização do

último equipamento PROFIBUS-PA (na

prática costuma-se adotar >= 10, 5V garantindo

uma folga). Vale ainda lembrar que

o sinal de comunicação deve ter excursão

de 750 a 1000 mV.

Onde:

V c - Tensão de saída do coupler DP/PA.

R - Resistência de Loop (Cabo tipo A

R = 44 Ω/km);

L - Comprimento total do barramento

PROFIBUS-PA;

V BN - Tensão na borneira do equipamento

PROFIBUS-PA mais distante do

coupler DP/PA.

Algumas caixas de junções ou protetores

de curto para segmento, chamados spur guards

podem ser alimentados via barramento PA

(H1), sendo assim, deverá entrar no cálculo da

somatória da corrente. Além disso, cada saída

destes spur guards possui um limite permitido

de corrente que deve ser respeitado.

Cálculo do número de

equipamentos em um segmento

PROFIBUS-PA non-Ex

Iremos mostrar o cálculo em um comprimento

máximo de 1900 m (para cabo tipo

A), considerando os seguintes dados:

• Tensão mínima para um equipamento

PROFIBUS-PA operar: 9 Vdc;

• Tensão típica fornecida por um coupler

DP/PA Non-Ex: 19 Vdc;

• Corrente típica fornecida por um

coupler Non-Ex: 400 mA;

• Resistência de loop do cabo Tipo A

(AWG 18): 44 ohms/km (2 vias);

• Desprezaremos as correntes de FDE;

42 Mecatrônica Atual


Equipamentos PROFIBUS-PA Smar

consomem 12 mA.

Tomando como base a lei de Ohm:

V = R x I x N, então N = V/(I x R)

Onde:

V - queda máxima de tensão no cabo

garantindo a tensão mínima de alimentação

no equipamento mais distante do coupler

DP/PA.

I - corrente de cada equipamento PRO-

FIBUS-PA;

R - resistência total;

N - número de equipamentos.

Substituindo os valores:

N = (19-9)/(12x10 -3 x 1,9x44) =

10 equipamentos

Verificando a corrente total com a

máxima corrente fornecida pelo coupler

DP/PA, tem-se:

I = 10 x 12mA = 120 mA < 400 mA OK

Vamos admitir agora, cabo tipo A e um

comprimento de 1400 m:

N = (19-9)/(12x10 -3 x 1,4x44) =

13 equipamentos

Verificando a corrente total com a

máxima corrente fornecida pelo coupler

DP/PA, tem-se:

I = 13 x 12mA = 156 mA < 400 mA OK

Agora, calculemos o comprimento do

cabo (tipo A) para 20 equipamentos em um

segmento PROFIBUS-PA non-Ex:

L = (19-9) x 1000/(20x12 x 10 -3 x44) =

947 m

Verificando a corrente total com a

máxima corrente fornecida pelo coupler

DP/PA, tem-se:

I = 20 x 12 mA = 240 mA < 400 mA OK

Cálculo do número de

equipamentos em um segmento

PROFIBUS-PA Eex ia IIC

Mostraremos agora o cálculo em um

comprimento máximo de 1000 m (cabo

tipo A, área Ex), considerando os mesmos

dados, exceto:

• Tensão típica fornecida por um

coupler DP/PA Ex: 12,5 Vdc;

• Corrente típica fornecida por um

coupler DP/PA Ex: 100 mA;

Tomando como base, novamente, a lei

de Ohm e substituindo os valores:

N = (12,5-9)/(12x10 -3 x 1,0x44) =

6 equipamentos

Verificando a corrente total com a

máxima corrente fornecida pelo coupler

DP/PA, tem-se:

I = 6 x 12 mA = 72 mA < 100 mA OK

Agora, calculemos o comprimento do

cabo (tipo A) para 8 equipamentos em um

segmento PROFIBUS-PA Eex ia IIC

Verificando a corrente total com a

máxima corrente fornecida pelo coupler

DP/PA, tem-se:

I = 8 x 12 mA = 96 mA < 100 mA OK

Determina-se o comprimento:

L = (12,5-9) x 1000/(8x12 x 10 -3 x44) =

828,6 m

Note que a quantidade de equipamentos

é totalmente dependente da classificação da

área, tipo de cabo, corrente e tensão fornecida

pelo coupler DP/PA e corrente quiescente

total dos equipamentos PA.

É comum na prática considerarmos uma

tensão de pelo menos 10,5V nos cálculos

para o equipamento mais distante do coupler

DP/PA ( nos exemplos foi considerado 9,0V),

garantindo uma integridade dos níveis de

sinais. Nos cálculos acima para simplificá-los,

não foram incluídas as correntes para uma

expansão no segmento ( isto é, acréscimo de

mais equipamentos) ou mesmo no caso de

uma troca de equipamentos que consomem

mais. Na prática recomendamos sempre

estar atento a estes detalhes.

Comprimento Total do

Cabo PROFIBUS-PA

O comprimento total do cabo PROFI-

BUS-PA deve ser totalizado desde a saída

do ponto de conversão DP/PA até o ponto

mais distante do segmento, considerando

as derivações. Vale lembrar que braços

menores que 1 m não entram neste total.


F8. Exemplo de cálculo do comprimento total na rede PROFIBUS-PA.

T4. Spur x Número de Equipamentos PROFIBUS-PA.

O comprimento total do cabeamento é a

somatória do tamanho do trunk (barramento

principal) mais todos os spurs (derivações

maiores que 1 m), sendo que, com cabo do

tipo A, o máximo comprimento em áreas não

classificadas é de 1900 m sem repetidores.

Em áreas classificadas é de 1000 m, com

spur máximo de 30 m.

É recomendável evitar splice na instalação

e distribuição. Os splices são quaisquer

partes da rede que tenham uma alteração

de impedância, que pode ser causada, por

exemplo, por alteração do tipo de cabo,

descontinuidade do shield, esmagamento

ou dobra muito acentuada no cabo etc.

Em redes com comprimento total maior

que 400 m, a somatória dos comprimentos

de todos os splices não deve ultrapassar 2%

do comprimento total e ainda, em comprimentos

menores do que 400 m, não devem

exceder 8 m.

O comprimento máximo de um segmento

PROFIBUS-PA quando se utiliza

cabo de tipos diferentes fica limitado de

acordo com a seguinte fórmula:

( )+( )+( LAmax LBmax LCmax

)+( LDmax

LA LB LC LD

)


conectividade

O uso de Canaletas

Metálicas minimizando

as correntes de

Foucault em

instalações PROFIBUS

saiba mais

Utilização Eficiente de Canaletas

Metálicas para a Prevenção

de Problemas de Compatibilidade

Eletromagnética em Instalações

Elétricas, Ricardo L. Araújo,

Leonardo M. Ardjomand, Artur R.

Araújo e Danilo Martins, 2008

Aterramento, Blindagem,

Ruídos e dicas de instalação

- César Cassiolato

EMI – Interferência Eletromagnética

- César Cassiolato

Material de Treinamento e

artigos técnicos Profibus - César

Cassiolato

Especificações técnicas e Guias

de Instalações Profibus

Manuais Smar Profibus

Em instalações industriais está cada vez mais presente o uso de

canaletas metálicas para passagem de cabos de alimentação/

energia/comando e de redes digitais. Por outro lado, precisamos

ficar atentos com estas instalações de forma a minimizar os efeitos

das perturbações causadas pelas interferências eletromagnéticas.

Veremos a seguir alguns detalhes que podem fazer a diferença e

inclusive proporcionar uma grande melhora na qualidade dos sinais

Profibus e que, na verdade, valem para qualquer rede digital.

44 Mecatrônica Atual :: Setembro/Outubro 2010

A interferência eletromagnética

A convivência de equipamentos em

diversas tecnologias diferentes somada à

inadequação das instalações, facilita a emissão

de energia eletromagnética e, com isto,

podemos ter problemas de compatibilidade

eletromagnética. Isto é muito comum nas

indústrias e fábricas, onde a EMI é muito

frequente em função do maior uso de

máquinas (máquinas de soldas, por exemplo),

motores (CCMs), redes digitais e de

computadores próximos a essas áreas.

A topologia e a distribuição do cabeamento

são fatores que devem ser considerados

César Cassiolato, Diretor de

Marketing, Qualidade, Assistência

Técnica e Instalações Industriais -

Smar Equipamentos Industriais Ltda.(*)

para a proteção de EMI. Vale lembrar que

em altas frequências os cabos se comportam

como um sistema de transmissão com

linhas cruzadas e confusas, refletindo

energia e espalhando-a de um circuito a

outro. Mantenha em boas condições as

conexões. Conectores inativos por muito

tempo podem desenvolver resistência ou

se tornarem detectores de RF.

Em geral, quanto maior a distância entre

os cabos e quanto menor o comprimento do

cabo PROFIBUS, que corre paralelamente a

outros cabos, menor o risco de interferência

(crosstalk). Veja a figura 1.


As canaletas metálicas e a

interferência eletromagnética

Os cabos Profibus instalados em canaletas

ou dutos podem estar sujeitos a

fontes geradoras de perturbações quando

são instalados paralelamente com cabos

de energia, compartilhando a mesma

infraestrutura, tendo como efeito interferências

eletromagnéticas indesejáveis como

o crosstalk (diafonia). Neste sentido deve-se

ter uma maior atenção e cuidado na fase de

instalação, objetivando-se adotar medidas

para atenuar, ou mesmo eliminar seus efeitos.

O mercado de equipamentos e acessórios

para instalação de redes de campo dispõe

basicamente de canaletas e dutos fabricados

com os seguintes materiais:

• Plástico - é um excelente isolante

elétrico, mas não oferece proteção

contra campos eletromagnéticos;

• Alumínio - é um bom condutor de

eletricidade, mas não oferece proteção

elétrica. Porém oferece boa blindagem

eletromagnética;

• Aço (zincado ou pintado) - não é bom

condutor de eletricidade, não oferece

proteção elétrica, mas proporciona

boa blindagem eletromagnética.

Dentre os tipos referidos, os acessórios

fabricados com alumínio são os que apresentam

uma melhor blindagem eletromagnética

interna e externa. As canaletas de alumínio

são praticamente imunes às correntes de

Foucault (ou ainda corrente parasita, que é

induzida por um fluxo magnético variável

em um condutor) devido a sua condutibilidade

elétrica.

Portanto, chama-se indução eletromagnética

ao fenômeno pelo qual uma corrente

elétrica aparece em um condutor quando

este é colocado num campo magnético e

o fluxo que o atravessa varia. Note que

a causa da indução eletromagnética é a

variação do fluxo, e se este permanecer

constante e não variar, então a corrente

elétrica desaparecerá.

O ideal é que, quando se tiver cabeamento

de energia/comando com o cabeamento

Profibus, que as canaletas metálicas possuam

uma divisão física entre as redes elétrica e

lógica. Além disso, recomenda-se que a

corrente nominal admitida no cabeamento

elétrico não seja superior a 20 A.

Existem algumas regras que devem ser

seguidas em termos do cabeamento e separação

entre outros cabos, quer sejam de sinais

F1. Espaçamento entre cabos.

F3. Segregação de diferentes tipos de cabos – uso de separadores metálicos.

Cabo de comunicação

Profibus

Cabos com e sem

shield: 60Vdc ou

25Vac e < 400Vac

Cabos com e sem

shield: > 400Vac

Qualquer cabo sujeito

à exposição de raios

Cabo de

comunicação

Profibus

-

10 cm

20 cm

50 cm

ou de potência. Deve-se preferencialmente

utilizar bandejamentos ou calhas metálicas,

observando as distâncias conforme mostra

a tabela 1. Nunca se deve passar o cabo

Profibus ao lado de linhas de alta potência,

pois a indução é uma fonte de ruído e pode

afetar o sinal de comunicação.

Quando o espaço for insuficiente para

manter a distância exigida entre as diferentes

categorias, os cabos devem ser encaminhados

em bandejas metálicas separadas.

Cada bandeja deve conter somente cabos

da mesma categoria. Estas bandejas podem

ser dispostas diretamente uma ao lado da

outra, conforme ilustra a figura 2.

Cabos com e

sem shield:

60Vdc ou 25Vac

e < 400Vac

10 cm

-

10 cm

50 cm

T1. Distâncias de Separação entre Cabeamentos.

conectividade

F2. Segregação de diferentes tipos

de cabos.

Cabos com e

sem shield:

> 400Vac

20 cm

10 cm

-

50 cm

Qualquer cabo

sujeito à

exposição de raios

50 cm

50 cm

50 cm

O uso de canaletas metálicas possui

algumas finalidades tais como:

• Blindagem;

• Condução das correntes de surto;

• Segregação de cabos;

• Proteção mecânica dos cabos;

• Facilitar a manutenção.

Se houver apenas uma eletrocalha metálica

disponível para todas as categorias,

deve-se manter a distância como indicada

na tabela 1. Se isto não for possível por falta

de espaço, as diferentes categorias de cabos

devem ser separadas por meio de separadores

metálicos ou por partições. Os separadores

devem estar bem presos à bandeja com uma

Mecatrônica Atual

-

45


conectividade

F4. Indução devido a cabos de potência. F5. Melhor proteção em bandejamento.

grande área de contato e deve-se aterrar a

bandeja/canaleta.

Da física, sabemos que uma corrente

elétrica gera um campo magnético. O

inverso também é verdadeiro de acordo

com a lei de Faraday, um campo magnético

variável gera uma corrente elétrica que, por

sua vez, gera um campo contrário ao que

lhe deu origem. Esse efeito é responsável

pela atenuação das interferências quando

utilizadas as canaletas de chapa de alumínio,

mas ocorre com menor intensidade quando

usadas canaletas de chapa de aço, pois são

magnéticas (figura 3).

A grande vantagem da canaleta de

alumínio é que esta tem uma alta imunidade

às correntes de Foucault, devido sua

condutividade elétrica.Vejamos a figura

4 onde temos a representação do efeito de

indução nos cabos Profibus.

Veja que nesta figura, o espaçamento

entre as canaletas facilita a perturbação gerada

pelo campo magnético. Além disso, esta

descontinuidade pode facilitar a diferença de

potencial entre cada segmento da canaleta,

e no caso de um surto de corrente gerado,

por exemplo, por uma descarga atmosférica

ou um curto, a falta de continuidade

não permitirá que a corrente circule pela

canaleta de alumínio, consequentemente

não protegerá o cabo Profibus.

O ideal é que se una cada segmento

com a maior área de contato possível, o que

garantirá uma maior proteção à indução

eletromagnética; e ainda que se tenha entre

cada segmento um condutor de cada lado

da canaleta, com comprimento o menor

possível, para assegurar um caminho alternativo

às correntes, caso haja um aumento

de resistência nas junções entre os segmentos

(figura 5).

Voltando à figura 4, agora com a

montagem adequada da canaleta de alu-

46 Mecatrônica Atual

F6. Interferência entre cabos: o acoplamento capacitivo entre cabos

induz transientes (pickups eletrostáticos) de tensão.

mínio, o campo, ao penetrar na placa de

alumínio da canaleta, produz um fluxo

magnético variável em função do tempo

[φ = a.sen(ω.t)] dando origem a uma

f.e.m. induzida [Ε = - dφ/dt = a.ω.cos(ω.

t)]. Em frequências altas, a f.e.m. induzida

na placa de alumínio será maior, dando

origem a um campo magnético maior,

anulando quase completamente o campo

magnético gerado pelo cabo de potência.

Esse efeito de cancelamento é menor em

baixas frequências. Em altas frequências

o cancelamento é mais eficiente.

Esse é o efeito das placas e telas metálicas

frente à incidência de ondas eletromagnéticas.

Elas geram seus próprios campos

que minimizam, ou mesmo anulam o

campo através delas, funcionando assim

como verdadeiras blindagens às ondas

eletromagnéticas. Funcionam como uma

gaiola de Faraday.

Relembrando, duas leis e o teorema de

Faraday que ajudam a entender a eficiência

das canaletas metálicas:

• 1ª lei de Faraday

Nos condutores em equilíbrio, a eletricidade

é distribuída apenas na superfície

externa; no seu interior não há traço de

eletricidade.

• 2ª lei de Faraday

No equilíbrio elétrico, a força elétrica no

interior dos condutores completamente fechados

e desprovidos de corpos eletrizados é nula.

A gaiola de Faraday é adotada para proteger

instrumentos e aparelhos de grande sensibilidade

colocados no seu interior.


Teorema de Faraday

"Quando a indução é total, as cargas

de sinais contrários que se distribuem nas

paredes internas e externas do induzido têm

o mesmo valor absoluto que é igual ao da

carga indutora."


F7. Interferência entre cabos: campos magnéticos através do acoplamento indutivo entre

cabos induzem transientes (pickups eletromagnéticos) de corrente.

F8. Canaletas metálicas e a melhor proteção eletromagnética e eletrostática.

F9. Exemplo de ruído por indução.

conectividade

Certifique-se que as chapas e os anéis de

acoplamento sejam feitos do mesmo material

que as canaletas/bandejas de cabos. Proteja

os ponto de conexões contra corrosão depois

da montagem, por exemplo, com tinta de

zinco ou verniz.

Embora os cabos sejam blindados, a

blindagem contra campos magnéticos não

é tão eficiente quanto é contra campos

elétricos, veja figuras 6 e 7.

Em baixas frequências, os pares trançados

absorvem a maior parte dos efeitos da

interferência eletromagnética. Já em altas

frequências esses efeitos são absorvidos pela

blindagem do cabo.

Vale lembrar ainda que se um material

não magnético envolve um condutor, faz com

que a corrente deste condutor retorne por

um outro caminho de tal modo que a área

definida pelo trajeto desta corrente é menor

do que quando o condutor não é envolvido,

então esta proteção será mais efetiva.

Sempre que possível, conecte as bandejas

de cabos ao sistema de linha equipotencial.

A figura 8 exemplica a melhor forma de se

instalar as canaletas, assim como mostra a

segregação adequada de cabeamentos. Na

figura 9 temos um ruído de alta frequência

gerado por indução eletromagnética em um

cabo Profibus.

MA

Este artigo não substitui os padrões IEC 61158

e IEC 61784 e nem os perfis e guias técnicos do

PROFIBUS. Em caso de discrepância ou dúvida,

os padrões IEC 61158 e IEC 61784, perfis, guias

técnicos e manuais de fabricantes prevalecem.

Sempre que possível, consulte a EN50170 para

as regulamentações físicas, assim como as

práticas de segurança de cada área.

*César Cassiolato é Engenheiro Certificado na

Tecnologia Profibus e Instalações Profibus pela

Universidade Metropolitan de Manchester - UK.

Mecatrônica Atual

47


case

Soluções de

sistema integrado

para a indústria

automotiva na

Dürr Ecoclean

saiba mais

Aplicação de RFID na indústria

automobilística

Mecatrônica Atual 28

Mudança de marcha automatizada

por indução e CLP

Mecatrônica Atual 47

Fabricação de AGV (Veículos

guiados automaticamente) de baixo

custo

Mecatrônica Atual 47

Uma abordagem de produção flexível para tempos

de rápidas mudanças

48 Mecatrônica Atual :: Setembro/Outubro 2010

Os mercados e as suas

exigências mudam

continuamente

Hoje em dia, os mercados estão mudando

mais rapidamente do que nunca. Esta tendência

é evidente na América do Sul, onde

a indústria automotiva internacional está

ampliando suas capacidades de produção.

O ciclo de vida dos equipamentos para

produções de motores torna-se, a cada ano,

cada vez mais curto. Como resultado, os

fabricantes estão sendo desafiados a trazer

inovações e evoluções para um mercado

em um ritmo acelerado. Estas exigências

- adaptação flexível do produto e maior

velocidade para o mercado ocorrem em

toda a cadeia do fornecimento industrial,

desde os menores pré-fornecedores até as

montadoras finais.

Eng.º Joachim Uwe Lorenzen

Dürr Brasil Ltda - Gerente da Divisão

de Sistema de Lavagem e Filtragem

E-Mail jlorenzen@durr.com.br

Tel.: +55 11 5633-3660/3541

A Dürr Ecoclean é líder mundial na área

de lavagem industrial, automação, sistemas

de filtragem, sistemas de montagem e teste.

Como um membro do Grupo Dürr, ela

atende ao mercado brasileiro através da Dürr

Brasil Ltda., um fornecedor de sucesso em

soluções inovadoras para todo o sistema

para linhas de pintura de automóveis. A

Dürr Brasil utiliza o que há de mais recente

no mundo em tecnologia de produção para

permitir que seus clientes se concentrem na

sua principal tarefa, que é a construção de

automóveis na América do Sul que possam

competir no mercado global. A Dürr Brasil

Ecoclean estende essas capacidades oferecendo

soluções de sistema turn-key completo na

América do Sul para o emprego na produção

de powertrain e transmissão com foco na

eficiência e flexibilidade.


F1. Produção com quatro linhas. O software “SnapPlanner” permite visualizar as alterações na planta de produção imediatamente no monitor.

Um fornecedor e integrador

global de lavagem industrial,

automação, sistemas de

filtragem, sistemas de

montagem e teste

De suas raízes na Alemanha, a Dürr

Ecoclean tornou-se uma presença internacional,

administrando e mantendo unidades

em torno de todo o globo. O Grupo fornece

tecnologia padronizada de lavagem industrial,

equipamentos de rebarbação e sistemas feitos

sob medida para a indústria automotiva e seus

fornecedores, assim como para o diversificado

mercado industrial. Seu portfólio inclui

sistemas de filtragem de líquidos confiáveis,

ecologicamente corretos, processamento

eficiente e, ainda, recondicionamento de

lubrificantes de refrigeração e líquidos industriais.

A Divisão de Automação da Empresa

desenvolve e produz sistemas flexíveis para

a manipulação de peças para fornecer um

fluxo seguro entre as etapas individuais do

processo de produção.

Um parceiro de confiança em todo o

mundo, a lista de referência da Dürr Eco-

clean nas áreas acima mencionadas mostra

realmente “quem é quem” na indústria automotiva

e em sua base de fornecedores.

Uma nova abordagem

para o planejamento de

instalações de produção

apoiado pela ferramenta de

planejamento “SnapPlanner”

Além de fornecer equipamentos separados

ou elaborar soluções personalizadas,

a Dürr Ecoclean integra instalações de

produção complexas através de diversos

setores de fabricação. A empresa é conhecida

pela sua capacidade de integrar todas

as unidades relacionadas ao projeto – até

mesmo componentes fornecidos por outros

fabricantes, como por exemplo, máquinas

CNC – tornando suas operações em um

único e amplo projeto. Assim, os clientes

podem receber toda a linha de produção de

uma única origem, beneficiando-se sempre

de transparência total de custo, bem como,

precisão de orçamento e planejamento.

Isso permite que o cliente concentre toda

Mecatrônica Atual

case

atenção na sua principal competência, que

é, construir os melhores, mais potentes e

econômicos motores e transmissões.

Como um integrador de sistemas, a Dürr

partilha com os seus clientes uma vantagem

singular, colaborando com a ferramenta

de software recentemente desenvolvida - o

“SnapPlanner”. O software permite que as

linhas de produção complexas possam ser

desenvolvidas e aperfeiçoadas em trabalho

conjunto com o cliente. Anos de experiência

de planejamento foram empregados na criação

deste instrumento, que reproduz com

precisão o sistema proposto em um mundo

virtual em 3D. Possíveis interferências e

dificuldades camufladas na estrutura da

linha da “vida real” podem ser detectadas

com antecedência e eliminadas durante a

fase de planejamento.

Alterações para a linha podem ser visualizadas

imediatamente e o impacto no

orçamento, duração de processo, recursos

e outros fatores podem ser comparados

dinamicamente. O processo virtual resume

diferentes impactos de custos e permite a

49


case

F2. Já na fase de planejamento com o software “SnapPlanner” pode-se por exemplo calcular a relação custo-benefício de diferentes cenários.

comparação dos indicadores-chaves que,

no passado, apenas era possível através de

complexas tabelas de dados e planilhas. As

visualizações do “SnapPlanner” resultam

em um melhor entendimento das questões

entre os participantes de diversas áreas de

especialização para que eles considerem a

sua decisão de investimento e riscos.

Parceria mundial – Uma

história de sucesso

Um dos primeiros clientes a colaborar

com a Dürr Ecoclean no desenvolvimento de

sistemas integrados através do “SnapPlanner”

foi a Cummins, Inc. Com sede em Indiana

(EUA), a Cummins é a maior fabricante

independente de motores a diesel do mundo

e mantém uma extensa rede global de fábricas

de motores e instalações de serviços.

A cooperação entre as duas empresas no

planejamento e integração de complexas

linhas de produção surgiu de uma relação

que começou em 1999, com as instalações

bem sucedidas de equipamentos Dürr de

lavagem, filtragem e automação.

O objeto do primeiro contrato da

Cummins com a Dürr em 2007, para a sua

fábrica em Columbus, Indiana, foi uma

integração completa de máquinas CNC

com os produtos da Dürr – lavadoras EcoC-

Trans, sistemas de filtragem de líquidos de

50 Mecatrônica Atual

refrigeração, pórticos, sistemas robóticos de

buffer e transportadores PZR relacionados

com automação de chão.

Mais tarde, no mesmo ano, a joint

venture da Cummins, ZAO Cummins

Kama (ZCK), escolheu a Dürr para a sua

fábrica na Rússia. A empresa precisava de

um fornecedor capaz de resolver toda a

parte de planejamento em termos de custos

e otimização de processos, bem como um

parceiro competente com instalações nesta

região. Foi escolhida uma linha semi-automática

para permitir operações manuais

sempre que possível. A linha incluía não

somente a tecnologia de lavagem industrial,

filtragem e manipulação de materiais da

Dürr, mas também, e pela primeiríssima

vez, a pré-montagem de bloco de cilindros

e operações de teste da Dürr.

Para a ZCK, isso foi uma aquisição integrada

abrangendo tudo – do planejamento

até a fase de execução. A equipe dos Estados

Unidos foi apoiada pelos colegas da Dürr

Rússia, cujo acesso à rede mundial de vendas

e de serviços do Grupo Dürr assegurou a

conclusão harmoniosa do projeto.

A colaboração mais recente e mais ampla

entre as empresas até agora, acabou de ser

formada em Jamestown - New York. A

Cummins escolheu a Dürr Ecoclean como

integradora, desta vez para uma instalação

altamente automatizada e flexível. Linhas

completas de bloco do motor e de cabeçote

do cilindro foram fornecidas pela Dürr

Ecoclean, que incluiu o fornecimento de

lavadoras, filtragem, automação, pré-montagem

e equipamentos de teste flexíveis. A

Dürr Ecoclean forneceu todas as tecnologias

de “não usinagem” para as linhas e integrou

toda a linha, incluindo as máquinas

de usinagem.

Uma abordagem de produção

flexível para tempos de

rápidas mudanças

A história de cooperação bem sucedida

entre a Cummins e a Dürr Ecoclean reflete

benefícios mútuos e um foco nos objetivos

do cliente, dentro de cada mercado específico.

A colaboração com “SnapPlanner” e a

avaliação da equipe do projeto promoveu as

melhores soluções dentro das regiões-alvo -

isto é, as linhas de produção flexíveis cobrem

as exigências atuais em eficiência, normas

nacionais e metas de custo por unidade. Ao

considerar esses critérios durante a fase de

planejamento, a Dürr Ecoclean se esforça

para identificar os investimentos básicos

necessários que podem ser dimensionados

para atender uma demanda em constante

mutação para volumes de produção e diversificação

de produtos.

MA

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