Projeto Eletricidade - Unidade de Controle para Motor DC e Redutor de Velocidade

ETM402 Eletricidade PROJETO DO 2º SEMESTRE Enunciado do Projeto Tutorial do painel dedicado ao Projeto Prof Valdir Melero Jr vmjuniormauabr 2 OBJETIVO Analisar o problema proposto pelo projeto Desenvolver e implementar a unidade de controle do motor DC 24V utilizado para promover a cinética de um redutor de velocidade Conhecer o painel e placa dedicados a esta finalidade 3 ORGANIZAÇÃO Os alunos devem se organizar em EQUIPES de no máximo 4 integrantes Todos os participantes de uma equipe devem ser da mesma turma de laboratório A definição das equipes deverá ser informada ao Professor na aula de laboratório subsequente à esta apresentação teórica 4 PARTE 1 ENUNCIADO O redutor de velocidade construído no curso de Eng Mecânica permite dois tipos de movimentos sentido horário e sentido antihorário Tais movimentos podem ser aplicados para puxar ou empurrar uma carga massa subir ou descer DIAGRAMA EM BLOCOS GERAL Alarme 1 Alarme 2 UNIDADE DE CONTROLE Motor DC 24V REDUTOR FF CORPO FT F T 6 PROJETO DO COMANDO O controle de inversão de sentido do motor é possibilitado pela inversão da polaridade da alimentação do motor de 24V Tal comando é disponibilizado no painel existente no laboratório da engenharia elétrica bem como na placa de circuito impresso que serão utilizados como base de montagem para o projeto 7 APLICAÇÃO Para ilustrar uma aplicação do projeto em estudo podese considerar um dos eixos de movimentação de uma PONTE ROLANTE Por exemplo os movimento FRENTE e TRÁS Aos demais eixos da ponte a lógica será idêntica 8 VARIÁVEIS DE ENTRADA Considerando então que este projeto consiste em desenvolver a unidade de controle temse como VARIÁVEIS DE ENTRADA F comanda o motor para frente T comanda o motor para trás FF fim de curso para frente deslocamento máximo FT fim de curso para trás deslocamento mínimo 9 VARIÁVEIS DE ENTRADA As variáveis F e T devem ser geradas por BOTÕES Push Button pulsadores sem retenção As variáveis FF e FT devem ser geradas por CHAVES com retenção 10 FUNÇÕES RESPOSTAS DAS SAÍDAS As funções de saída que deverão atuar diretamente no motor serão MF motor para frente girando em um sentido MT moto para trás girando no sentido oposto 11 FUNÇÕES RESPOSTAS DAS SAÍDAS É possível ainda tornar o sistema mais eficiente podendo por exemplo detectar eventuais tipos de erros Para isso serão inclusas mais duas funções denominadas EO erro de operação acionar o alarme 1 ES erro de sistema acionar o alarme 2 12 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO a Organize todas as informações referente ao projeto em uma tabela verdade considerando todas as variáveis de entrada e as funções de saída b Construa os mapas de Karnaugh das funções de saída e as extraia em suas formas mínimas MF MT EO e ES c Desenvolva o esquema elétrico do circuito com lógica de contatos empregando a formatação tipo DIAGRAMA LADDER ATENÇÃO o RELÉ 12 NÃO deve ser utilizado 13 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO d Utilizando a folha de layout disponível na página da disciplina pelo moodlerooms que é cópia das trilhas e terminais da placa de circuito impresso desenvolva os desenhos das ligações que devem ser feitas para implementar o circuito obtido no item anterior lembrando que esta placa deverá ser conectada ao painel e deste modo estarão disponíveis em seus terminais os comandos do motor botões chaves alarmes e leds e É viável utilizar lápis de cores diferenciadas para organização das ligações ATENÇÃO o RELÉ 12 NÃO deve ser utilizado 14 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO f Implemente o circuito físico utilizando fios coloridos de cabo telefônico disponibilizados no almoxarifado da elétrica Estes fios deverão ser soldados nas ilhas disponíveis na placa procurando a forma mais distribuída possível e evitando ao máximo que hajam cruzamentos entre eles g O circuito placa de circuito impresso montada deverá ser entregue em pleno funcionamento em data prevista no calendário da disciplina correspondente à respectiva turma de laboratório com etiqueta de papel colada na face superior da placa de circuito impresso utilizar fita crepe para facilitar remoção futura contendo número da equipe Não serão aceitas entregas fora do prazo 15 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO h Para a nota do projeto serão considerados modo de implementação funcionamento e documentação relatório O professor poderá elaborar perguntas pertinentes ao projeto a qualquer integrante da equipe i O relatório deverá ser entregue na mesma data de apresentação do projeto j A capa deve ser padronizada pelo formulário ETM402 Folha de Rosto EQUIPE disponibilizada no moodlerooms 16 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO k Formatação do relatório Padrão ABNT 1 Objetivos resumo claro e preciso dos objetivos pretendidos com o trabalho não deve ser copiado deste material de apresentação 2 Base teórica teoria envolvida para elaboração do trabalho como por exemplo descrição e funcionamento dos dispositivos envolvidos chaves relés botões etc metodologia empregada simplificação de expressões tabela verdade etc Não é nesta parte do relatório que se insere a tabela verdade do projeto nem tampouco os mapas de Karnaugh e expressões obtidas 17 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO k Formatação do relatório continuação 3 Lista de Materiais todos os componentes e ferramentas efetivamente envolvidos no trabalho prático 4 Parte Experimental descrição de todas as etapas efetuadas e dos resultados obtidos no experimento deve começar pelo desenvolvimento da tabela verdade e finalizar com o layout anexado 18 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO k Formatação do relatório continuação 5 Conclusões o que se pode concluir durante o desenvolvimento e resultados obtidos 6 Bibliografia fontes de consulta envolvidas caso for site na internet deve conter o link e data de acesso ANEXO FOLHA DE LAYOUT 20 PARTE 2 TUTORIAL DO PROJETO No painel do Projeto Integrador estão disponíveis ao usuário os seguintes elementos 3 chaves reversoras 3 botões ou botoeiras reversores 6 leds diodo emissor de luz 2 alarmes 12 relés com 4 contatos reversores cada um deles 1 saída para motor DC de 24V 1 placa de circuito impresso PCI para montagem do circuito com fio e solda com estanho 21 PAINEL PARA IMPLEMENTAÇÃO DE LÓGICA COM RELÉS 3 CHAVES 3 BOTÕES 6 LEDS 2 ALARMES SAIDA PARA MOTOR DC PLACA PCI Possui ainda Extensões de saída das chaves Leds sinalizadores das fontes internas e suas proteções 22 Como são os dispositivos do painel CHAVES e BOTÕES Chaves Botões 1 2 e 3 1 2 e 3 As chaves e os botões são reversores ou seja podem assumir estado NA ou NF O terminal C é chamado de conexão COMUM 23 Na placa de montagens PCI são disponibilizados os terminais negativos de 6 Leds e 2 Alarmes O acionamento ocorre ao conectar o terminal no potencial de 0V GND Como são os dispositivos do painel CHAVES e BOTÕES 24 O sentido de rotação do motor é feito por lógica interna sendo que o comando de acionamento está disponível nos terminais MT1 e MT2 na placa de montagem MT1 em GND saída para motor em 24V MT2 em GND saída para motor em 24V Como são os dispositivos do painel Saída para motor 24VDC 25 Cada relé 1 a 12 possui 4 contatos reversores que estão disponíveis na placa de montagens A alimentação da bobina é feita conectandose o terminal B ao GND Como são os dispositivos do painel RELÉS 26 Utilizando o conjunto placa e painel do Projeto Integrador montar um circuito que realize as seguintes funções O LED 6 acende se a CHAVE 3 estiver ligada O ALARME 2 toca se a CHAVE 2 desligada e o BOTÃO 3 pressionado PROPOSTA 1 27 O circuito da primeira parte da PROPOSTA 1 LED6 acende se CHAVE3 ligada pode ser expresso do seguinte modo Implementando a PROPOSTA 1 OU 28 Para a segunda parte ALARME 2 toca se CHAVE 2 desligada e BOTÃO 3 pressionado Implementando a PROPOSTA 1 29 Portanto o circuito completo da PROPOSTA 1 pode ser implementado da seguinte forma Implementando a PROPOSTA 1 MUITO COMPLICADO 30 Facilitando a interpretação do circuito com o uso do DIAGRAMA LADDER Também conhecido como Linguagem Ladder ou Diagrama de Escada O nome ladder escada em inglês provem do fato que a disposição dos contatos e atuadores é realizada de modo geral na horizontal lembrando o formato de uma escada É um auxílio gráfico utilizado dentre outros para programação de CLPs Controladores Lógicos Programáveis Diagrama LADDER 31 Exemplo de DIAGRAMA LADDER Diagrama LADDER 32 Exemplo de IHM para DIAGRAMA LADDER Diagrama LADDER 33 Exemplo de IHM para Diagrama LADDER 34 PROPOSTA 1 Diagrama Ladder Linha de 0V GROUND Linha de alimentação 24V Dispositivos acessíveis externamente Dispositivos internos ao painel 35 A seguir será apresentada a implementação do circuito da PROPOSTA 1 na placa de montagem do Projeto Integrador Placa de montagem do painel do PI 36 Implementação da PROPOSTA 1 1ª Etapa LED6 acende quando CHAVE3 ligada 37 LED6 acende quando CHAVE3 ligada 38 Implementação da PROPOSTA 1 2ª Etapa ALARME 2 toca se CHAVE 2 desligada e BOTÃO 3 pressionado ou ativo 39 PRONTO ALARME 2 toca se CHAVE 2 desligada e BOTÃO 3 pressionado ou ativo 40 Utilizando o painel do Projeto Integrador implemente um circuito com o seguinte desempenho Acende o Led1 pelo Botão 1 com RETENÇÃO ou seja mesmo soltando este botão o led deve permanecer aceso O apagamento do Led1 ocorrerá quando o Botão 2 for pressionado PROPOSTA 2 41 O relé será necessário por dois motivos 1 para fazer o contato de selo em BT1 2 pelo fato de o led possuir ponto fixo de alimentação 24V As demais etapas ficam para os alunos resolverem PROPOSTA 2 Circuito elétrico convencional PROJETO 2º SEMESTRE Objetivo Analisar o problema proposto pelo projeto especificamente Desenvolver e implementar a unidade de controle do motor DC 24V utilizado para promover a cinética de um redutor de velocidade Conhecer o painel e placa dedicados a esta finalidade Referencial Teórico Para concepção e execução do projeto são elencados os seguintes itens 1 Motor DC 24V O motor DC é um dispositivo que converte energia elétrica em energia mecânica girando um eixo No caso de um motor DC 24V ele funciona com uma fonte de alimentação de 24 volts O motor do projeto opera nos dois sentidos de rotação 2 Dispositivos de comutação No caso são representados no projeto por chaves e botões que são dispositivos de entrada que podem ser usados para controlar a ativação e direção do motor A lógica de funcionamento desses elementos será definida experimentalmente de modo a evitar conflitos no funcionamento do motor 3 Relés Os relés são dispositivos eletromecânicos que permitem controlar um circuito elétrico separado usando um circuito de baixa tensão Eles são frequentemente usados para controlar motores DC permitindo a operação de dispositivos de baixa potência para controlar um motor de alta potência No projeto os relés serão representados por dispositivos que acionarão diretamente os motores 4 Placa de Controle A placa de controle é o dispositivo que perfaz a lógica de funcionamento do projeto enviando os sinais de comando para o motor com base nos estados das entradas chaves e botões Além disso a placa de controle envia sinais a alarmes para sinalizar situações específicas de erros e de interrupções programadas O projeto segue uma metodologia de designação de expressões lógicas para comando do motor levantadas em tabelaverdade simplificadas por Mapa de Karnaugh e traduzidas para lógica em Ladder Após a montagem em painel são realizados testes de operação verificandose os resultados em comparação aos esperados para diferentes configurações de entrada Parte Experimental O redutor de velocidade construído no curso de Eng Mecânica permite dois tipos de movimentos Sentido horário Sentido antihorário Tais movimentos podem ser aplicados para puxar ou empurrar uma carga massa subir ou descer conforme diagrama a seguir Figura 1 Diagrama geral de blocos do projeto O controle de inversão de sentido do motor é possibilitado pela inversão da polaridade da alimentação do motor de 24V Como variáveis de entrada para a unidade de controle temse F comanda o motor para frente T comanda o motor para trás FF fim de curso para frente deslocamento máximo FT fim de curso para trás deslocamento mínimo Figura 2 Unidade de Controle As entradas são Botões F e T Botões pulsadores sem retenção Figura 3 Botões sem retenção Botões FF e FT Chaves com retenção Figura 4 Chaves com retenção As funções de saída que deverão atuar diretamente no motor são MF motor para frente girando em um sentido MT motor para trás girando no sentido oposto Para tratamento de erros incluemse Função EO erro de operação aciona o alarme 1 Função ES erro de sistema aciona o alarme 2 A tabela verdade para as saídas de motor e erro são apresentadas a seguir F T FF FT MF MT EO ES 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 Assim temos os seguintes mapas FF FT F T 00 01 11 10 00 1 01 11 10 1 1 MFF T FF FT F T FF FT F T FF FT FF FT F T 00 01 11 10 00 1 01 1 1 11 10 MTF T FFF FF FT FF FT F T 00 01 11 10 00 1 01 1 1 11 1 1 1 1 10 1 1 EOFT FFFTT FF FF FT F T 00 01 11 10 00 01 1 11 10 1 ESFT FF FT FT FF FT Os diagramas em ladder das saídas são apresentados a seguir Lista de Materiais Os materiais se encontram todos disponíveis em laboratório compreendendo 3 chaves reversoras 3 botões ou botoeiras reversores 6 leds diodo emissor de luz 2 alarmes 12 relés com 4 contatos reversores cada um deles 1 saída para motor DC de 24V 1 placa de circuito impresso PCI para montagem do circuito com fio e solda com estanho A lógica proposta em Ladder deve ser implementada mediante a ligação correta dos botões e chaves aos alarmes mediante a implementação do código ladder proposto Conclusões O projeto foi bemsucedido na implementação da unidade de controle para o motor DC 24V O motor pode ser devidamente controlado permitindo que a cinética do redutor de velocidade seja gerenciada de acordo com as necessidades do sistema e com a lógica projetada Durante a execução do projeto foi possível adquirir conhecimentos aprofundados sobre os dispositivos envolvidos como relés chaves botões e o motor DC Isso contribuiu para o desenvolvimento das habilidades em eletrônica e controle de motores Além disso a metodologia empregada para conceber a lógica selecionada entre simplificar as expressões criar tabelas verdade e elaborar os diagramas elétricos se mostra eficaz na concepção e no desenvolvimento da unidade de controle o que demonstra a importância de um planejamento sólido no início do projeto Outro ponto a se destacar é o fato de que a implementação da unidade de controle pode levar em consideração as questões de segurança como a proteção contra curtoscircuitos e sobrecarga em futuras melhorias Nesses termos a unidade de controle foi projetada para permitir um controle versátil do motor DC incluindo a capacidade de alterar a direção de rotação e ajustar a velocidade de operação Isso oferece flexibilidade para adaptação a diferentes cenários de aplicação Essa unidade de controle pode ser aplicada em uma variedade de cenários além do redutor de velocidade já que a capacidade de controle de um motor DC 24V tem aplicações em diversos setores como automação industrial e sistemas de movimentação Referências NILSSON James W RIEDEL Susan A MARQUES Arlete Simille ARAÚJO Antônio Emílio Angueth de LOPES Ivan José da Silva Circuitos elétricos 8 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2009 574 p ISBN 97885 76051596 2 JOHNSON David E HILBURN John L JOHNSON Johnny R Fundamentos de análise de circuitos elétricos Rio de Janeiro LTC Editora 2012 539 p ISBN 978852161238 4 3 ORSINI Lq CONSONNI Denise Curso de circuitos elétricos 2ed São Paulo Blucher 2002 286 p ISBN 9788521203087