Automação Industrial - Lista de Exercícios sobre CLPs, Sensores e Pirâmide de Automação

Lista de Exercícios CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 2º semestre 2023 DISCIPLINA Automação Industrial PROFESSOR José Eduardo H da Silva Questão 1 Ao longo da história as revoluções industriais introduziram novas tecnologias e para digmas de pensamento que permitiram a fabricação em massa através da automação de processos Tendo em vista estes aspectos disserte sobre as razões pelas quais a automação deve ser realizada e quando a automação não é uma aplicação viável Questão 2 Descreva os níveis e os principais elementos dispositivos e equipamentos que com põem os níveis da pirâmide de automação apresentada na Figura 1 Figura 1 Pirâmide de automação Questão 3 Os controladores lógicos programáveis CLPs constituem elemento central na tomada de decisão de sistemas automatizados Descreva o que é e quais são os principais componentes de um CLP conforme apresentado no diagrama de bloco dos sistemas de controle digital da Figura 2 e suas funcionalidades Figura 2 Diagrama de blocos de bloco dos sistemas de controle digital Questão 4 Um sistema automatizado é composto por três etapas principais sensoriamento to mada de decisão e ação Descreva a importância de cada uma dessas etapas citando os principais elementos que as compõem Questão 5 Apesar de possuírem definições similares sensores e transdutores apresentam uma diferença fundamental enquanto dispositivo Qual é essa diferença Questão 6 Sensores e transdutores podem ser classificados de acordo com a natureza de sua me dida Enquanto em algumas aplicações é necessário somente a identificação de presença e ausência em outros é necessário ter uma noção escalar sobre a grandeza medida Baseado no texto acima como podem ser classificados os sensores Cite dois exemplos de cada categoria Questão 7 Descreva o funcionamento de transdutores indutivos e capacitivos sua aplicação e quando optar por um ou pelo outro Questão 8 Dois tipos de transdutores são mais utilizados em medição de temperatura a saber termopares e termorresistências Explique o que são esses transdutores e seus princípios de funcio namento Questão 9 Existem diversas maneiras de representar um sistema de automação Quais são as três mais comuns o que elas fornecem de informação e qual é o profissional alvo para cada uma delas Questão 10 Dentre as linguagens de programação mais conhecidas para a programação de CLPs a Ladder é a mais empregada no campo internacional Sua representação é composta por sinais 2 gráficos que são padronizados pela IEC 611313 os quais derivam de simbologia americana forte mente utilizada para esquemas funcionais Descreva o funcionamento geral do exemplo simples de programação apresentado na Figura 3 Figura 3 Exemplo de programação em Ladder Questão 11 Projete o programa Ladder para o seguinte caso em uma indústria um motor Q1 deve ser acionado através do pressionamento de um botão B1 ou de um botão B2 Somente quando o motor Q1 estiver em funcionamento uma luz indicativa de estado desligado deve apagar e uma luz indicativa de estado ligado deve acender Além disso somente quando Q1 ligado ao pressionar um terceiro botão B3 uma bomba Q2 deve ser ligada Questão 12 Diversas alternativas podem ser adotadas quando desejase a partir de uma entrada do sistema alcançar o desempenho mínimo préestabelecido Uma das estratégias de controle são as malhas Descreva o que é uma malha de controle os elementos que a compõem e os tipos mais comuns considerando as vantagens e desvantagens de cada uma delas Questão 13 Um sistema de controle amplamente utilizado no âmbito industrial é o Proporcional IntegralDerivativo PID Descreva as características isoladas de cada um desses sistemas propor cional integral e derivativo e as vantagens em utilizálas em conjunto para o controle 3 Questão 1 Ao longo da história as revoluções industriais introduziram novas tecnologias e para digmas de pensamento que permitiram a fabricação em massa através da automação de processos Tendo em vista estes aspectos disserte sobre as razões pelas quais a automação deve ser realizada e quando a automação não é uma aplicação viável Ao longo da história as revoluções industriais têm desempenhado um papel significativo na promoção da automação de processos A automação é essencial quando se busca aumentar a eficiência a produtividade e a qualidade de produção A redução de erros humanos o aumento da velocidade de produção e a minimização de riscos ocupacionais são motivos pelos quais a automação é crucial Além disso a automação é frequentemente adotada quando se lida com tarefas monótonas repetitivas e que demandam precisão No entanto a automação pode não ser uma aplicação viável em situações em que a flexibilidade e adaptabilidade são cruciais Em cenários em que a personalização de produtos é necessária ou em ambientes em constante mudança a automação excessiva pode ser impraticável devido à dificuldade de reprogramação constante dos sistemas Além disso em algumas indústrias o alto custo inicial de automação pode superar os benefícios esperados tornandoa economicamente inviável Portanto a decisão de implementar a automação deve ser cuidadosamente ponderada levando em consideração a natureza das operações os custos envolvidos e os objetivos a serem alcançados A automação é uma ferramenta valiosa mas não é uma solução universal e em algumas circunstâncias a abordagem manual pode ser mais apropriada Lista de Exercícios CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 2º semestre 2023 DISCIPLINA Automação Industrial PROFESSOR José Eduardo H da Silva Questão 2 Descreva os níveis e os principais elementos dispositivos e equipamentos que com põem os níveis da pirâmide de automação apresentada na Figura 1 Figura 1 Pirâmide de automação I Nível de Campo Nível 1 Este é o nível mais baixo e compreende os dispositivos de campo como sensores e atuadores Esses dispositivos coletam dados do processo e executam ações físicas no ambiente II Nível de Controle Nível 2 Neste nível ocorre o processamento primário dos dados coletados no nível de campo É onde os controladores lógicos programáveis CLPs e sistemas de controle distribuído DCS são utilizados para tomar decisões e controlar dispositivos no nível de campo III Nível de Supervisão Nível 3 Este nível é responsável pelo monitoramento e supervisão do processo É onde as interfaces homemmáquina IHMs e sistemas de supervisão são utilizados para visualizar o estado do processo e as operações em tempo real IV Nível de Gestão Nível 4 Neste nível ocorre o gerenciamento e a otimização dos processos Os sistemas de gerenciamento de produção MES e os sistemas de planejamento de recursos empresariais ERP estão localizados aqui Eles lidam com a gestão da produção agendamento rastreamento de produção e integração com outras áreas da empresa V Nível Corporativo Nível 5 O nível mais alto da pirâmide de automação está relacionado às operações de negócios e tomada de decisões estratégicas Os sistemas utilizados aqui incluem sistemas de business intelligence sistemas de gerenciamento de informações e sistemas de apoio à decisão executiva Questão 3 Os controladores lógicos programáveis CLPs constituem elemento central na tomada de decisão de sistemas automatizados Descreva o que é e quais são os principais componentes de um CLP conforme apresentado no diagrama de bloco dos sistemas de controle digital da Figura 2 e suas funcionalidades Figura 2 Diagrama de blocos de bloco dos sistemas de controle digital Terminal de Programação O terminal de programação é uma interface que permite aos engenheiros e técnicos de automação programar e configurar o CLP Por meio desse terminal é possível desenvolver a lógica de controle que governará o comportamento do sistema Geralmente é uma tela sensível ao toque que facilita a programação Fonte de Alimentação A fonte de alimentação fornece a energia necessária para operar o CLP e seus componentes Ela garante que o CLP funcione de maneira confiável e contínua Processador O processador é o cérebro do CLP Ele executa o programa criado no terminal de programação e toma decisões com base nas entradas recebidas do ambiente O processador é responsável pelo processamento de informações e pela geração de saídas de acordo com a lógica de controle definida no programa Interface Entrada e Saída Os CLPs possuem cartões de entrada e cartões de saída que permitem a comunicação com o mundo exterior Os cartões de entrada coletam informações do ambiente como sinais de sensores botões e switches enquanto os cartões de saída enviam comandos para atuadores como motores válvulas e dispositivos de saída Essa interface é crucial para que o CLP interaja com o sistema que está controlando Questão 4 Um sistema automatizado é composto por três etapas principais sensoriamento to mada de decisão e ação Descreva a importância de cada uma dessas etapas citando os principais elementos que as compõem Um sistema automatizado é intrinsecamente composto por três etapas cruciais sensoriamento tomada de decisão e ação Cada uma dessas etapas desempenha um papel fundamental na operação eficaz do sistema Sensoriamento Essa etapa engloba a aquisição de dados e informações do ambiente sendo vital para o funcionamento do sistema automatizado Os sensores desempenham um papel fundamental ao coletar dados como temperatura pressão movimento ou quaisquer outras variáveis relevantes para o processo em questão Esses dados são a base para a tomada de decisão permitindo que o sistema compreenda o ambiente em que opera Tomada de decisão Nesta fase o sistema automatizado processa os dados sensoriais e toma decisões com base em algoritmos lógica de controle e critérios pré definidos A interpretação e análise dos dados são executadas para determinar a ação a ser tomada Além disso a inteligência artificial e o aprendizado de máquina desempenham um papel importante nessa etapa permitindo adaptações e melhorias com base nas informações coletadas Ação A etapa de ação é onde o sistema efetivamente executa as decisões tomadas na etapa anterior Isso pode envolver a ativação de atuadores motores sistemas de controle ou qualquer mecanismo que realize as operações planejadas A eficácia dessa fase é crucial para a execução bemsucedida das tarefas a resposta a eventos ou a produção de resultados desejados Questão 5 Apesar de possuírem definições similares sensores e transdutores apresentam uma diferença fundamental enquanto dispositivo Qual é essa diferença A diferença fundamental entre sensores e transdutores reside em seu propósito e funcionalidade Os sensores são dispositivos projetados para detectar e medir grandezas físicas ou características do ambiente convertendoas em sinais elétricos ou digitais Em contraste os transdutores têm a capacidade adicional de converter esses sinais elétricos em outra forma de energia como mecânica ou acústica e viceversa Em outras palavras os sensores se concentram na detecção e aquisição de dados enquanto os transdutores além dessa função têm a capacidade de transformar esses dados em outras formas de energia ou informações A distinção entre os dois é essencial na automação e controle pois os transdutores desempenham um papel mais amplo na conversão de informações e controle de sistemas Questão 6 Sensores e transdutores podem ser classificados de acordo com a natureza de sua me dida Enquanto em algumas aplicações é necessário somente a identificação de presença e ausência em outros é necessário ter uma noção escalar sobre a grandeza medida Baseado no texto acima como podem ser classificados os sensores Cite dois exemplos de cada categoria Os sensores podem ser classificados com base na natureza de sua medida em dois grupos principais sensores digitais e sensores analógicos Sensores digitais são projetados para fornecer informações sobre a presença ou ausência de uma determinada grandeza ou evento Eles geram saídas discretas tipicamente representadas por 0 ou 1 Exemplos incluem sensores de proximidade para detectar a presença de um objeto e sensores de nível de líquido para indicar se o nível atingiu um limite Sensores analógicos por outro lado oferecem uma saída que varia de forma contínua proporcionando uma representação escalar da grandeza medida Exemplos comuns são termômetros que fornecem valores de temperatura em graus Celsius e sensores de pressão que oferecem leituras em psi ou bar Questão 7 Descreva o funcionamento de transdutores indutivos e capacitivos sua aplicação e quando optar por um ou pelo outro Transdutores indutivos e capacitivos são dispositivos usados na medição de grandezas físicas e funcionam de maneira distinta Os transdutores indutivos são baseados na variação da indutância de uma bobina quando um núcleo de metal se move em sua proximidade Essa mudança na indutância gera uma variação no valor da corrente elétrica no circuito que é proporcional à grandeza física medida Esses transdutores são comuns em aplicações que envolvem medição de deslocamento linear como sensores de posição em motores Os transdutores capacitivos por outro lado operam com base na variação da capacitância de um capacitor quando a distância entre as placas muda À medida que a distância varia a capacitância também se altera resultando em uma mudança na capacitância total do circuito Essa alteração é então convertida em um sinal elétrico representativo da grandeza medida sendo comuns em aplicações como sensores de proximidade e detecção de objetos A escolha entre transdutores indutivos e capacitivos depende da aplicação específica Transdutores indutivos geralmente são preferidos em ambientes onde há presença de líquidos e poeira uma vez que são menos sensíveis a essas interferências Por outro lado os transdutores capacitivos são ideais para detectar materiais sólidos como metais ou plásticos Portanto a seleção entre esses dois tipos de transdutores deve considerar as condições ambientais os materiais a serem medidos e a precisão requerida na medição Questão 8 Dois tipos de transdutores são mais utilizados em medição de temperatura a saber termopares e termorresistências Explique o que são esses transdutores e seus princípios de funcio namento Termopares consistem em dois condutores metálicos de diferentes materiais unidos em uma junção Quando há uma variação de temperatura nessa junção ocorre a geração de uma diferença de potencial tensão que é proporcional à mudança de temperatura Esse princípio é baseado no efeito Seebeck onde diferentes metais geram tensões distintas em função da temperatura Termopares são amplamente utilizados devido à sua resposta rápida e capacidade de medição em uma ampla faixa de temperaturas Já as termorresistências como o Pt100 são sensores cuja resistência elétrica varia linearmente com a temperatura A resistência é geralmente medida a uma temperatura constante e a partir disso é possível determinar a temperatura desconhecida O princípio de funcionamento das termorresistências é baseado na mudança da resistência de um material condutor com a temperatura de acordo com a lei de variação de resistência Questão 9 Existem diversas maneiras de representar um sistema de automação Quais são as três mais comuns o que elas fornecem de informação e qual é o profissional alvo para cada uma delas No contexto da automação três das representações mais comuns de um sistema são diagramas ladder diagramas de fluxo de processos PID e diagramas de blocos funcionais I Diagramas Ladder LD Essa representação é frequentemente usada em sistemas de controle lógico e é compreensível para técnicos e engenheiros elétricos Fornece informações detalhadas sobre a lógica de controle em um formato visual Profissionais alvo incluem eletricistas engenheiros elétricos e técnicos de automação II Diagramas de Fluxo de Processos PID São amplamente utilizados em indústrias de processo como química e petróleo Fornecem uma visão geral dos processos mostrando equipamentos tubulações instrumentação e fluxo de materiais São direcionados a engenheiros de processos químicos e projetistas de sistemas de automação III Diagramas de Blocos Funcionais FBD São utilizados para representar sistemas de controle baseados em lógica de funções e blocos Oferecem uma visão abstrata do controle do sistema São adequados profissionais que lidam com automação baseada em controladores lógicos programáveis CLPs Questão 10 Dentre as linguagens de programação mais conhecidas para a programação de CLPs a Ladder é a mais empregada no campo internacional Sua representação é composta por sinais gráficos que são padronizados pela IEC 611313 os quais derivam de simbologia americana forte mente utilizada para esquemas funcionais Descreva o funcionamento geral do exemplo simples de programação apresentado na Figura 3 Figura 3 Exemplo de programação em Ladder Questão 11 Projete o programa Ladder para o seguinte caso em uma indústria um motor Q1 deve ser acionado através do pressionamento de um botão B1 ou de um botão B2 Somente quando o motor Q1 estiver em funcionamento uma luz indicativa de estado desligado deve apagar e uma luz indicativa de estado ligado deve acender Além disso somente quando Q1 ligado ao pressionar um terceiro botão B3 uma bomba Q2 deve ser ligada Questão 12 Diversas alternativas podem ser adotadas quando desejase a partir de uma entrada do sistema alcançar o desempenho mínimo préestabelecido Uma das estratégias de controle são as malhas Descreva o que é uma malha de controle os elementos que a compõem e os tipos mais comuns considerando as vantagens e desvantagens de cada uma delas Uma malha de controle é um sistema de feedback utilizado na automação e controle de processos industriais para manter uma variável controlada próxima a um valor de referência desejado Ela é composta por três elementos principais I Controlador Este componente toma decisões com base nas informações recebidas da variável controlada e da variável de referência calculando um sinal de controle para ajustar o sistema II Processo O processo é o sistema físico real que está sendo controlado Pode ser uma caldeira um motor uma planta química entre outros III Variável de Medição O sensor ou transdutor mede a variável controlada no processo e fornece feedback ao controlador para ajustar a saída Os tipos mais comuns de malhas de controle incluem malha aberta malha fechada e malha em cascata I Malha Aberta Nesse tipo não há feedback da variável controlada para o controlador O controlador emite um sinal de controle sem considerar a saída real É simples mas não adequado para processos sujeitos a distúrbios ou variações II Malha Fechada Aqui o controlador recebe feedback da variável controlada e ajusta o sinal de controle para mantêla próxima ao valor de referência É mais preciso e adequado para sistemas sujeitos a perturbações mas pode ser complexo III Malha em Cascata Este é um arranjo de malha fechada dentro de outra malha fechada onde uma variável é controlada em duas etapas É altamente preciso e adequado para sistemas complexos mas requer mais componentes e é mais difícil de sintonizar Questão 13 Um sistema de controle amplamente utilizado no âmbito industrial é o Proporcional IntegralDerivativo PID Descreva as características isoladas de cada um desses sistemas propor cional integral e derivativo e as vantagens em utilizálas em conjunto para o controle I Proporcional P A ação proporcional é responsável por ajustar a saída do sistema com base no erro atual que é a diferença entre o valor de referência e a variável controlada Quanto maior o erro maior é o ajuste proporcional aplicado à saída Essa ação é rápida e eficaz para reduzir o erro mas não é capaz de eliminar o erro permanente II Integral I A ação integral leva em consideração a acumulação de erros passados ao longo do tempo Ela ajusta a saída com base na soma dos erros anteriores Isso é eficaz para eliminar erros permanentes e garantir que o sistema atinja o valor de referência ao longo do tempo III Derivativo D A ação derivativa reage à taxa de variação do erro Isso ajuda a reduzir a velocidade de mudança do erro evitando oscilações excessivas na saída É particularmente útil em sistemas sujeitos a distúrbios rápidos As vantagens de usar todas essas ações em conjunto são que o controle PID combina a capacidade de resposta rápida da ação proporcional a capacidade de eliminar erros permanentes da ação integral e a capacidade de amortecer oscilações com a ação derivativa Isso torna o controle PID eficaz na maioria dos sistemas de controle industrial oferecendo um equilíbrio entre resposta rápida e estabilidade tornandoo uma técnica de controle amplamente adotada Questão 1 Ao longo da história as revoluções industriais introduziram novas tecnologias e para digmas de pensamento que permitiram a fabricação em massa através da automação de processos Tendo em vista estes aspectos disserte sobre as razões pelas quais a automação deve ser realizada e quando a automação não é uma aplicação viável Ao longo da história as revoluções industriais têm desempenhado um papel significativo na promoção da automação de processos A automação é essencial quando se busca aumentar a eficiência a produtividade e a qualidade de produção A redução de erros humanos o aumento da velocidade de produção e a minimização de riscos ocupacionais são motivos pelos quais a automação é crucial Além disso a automação é frequentemente adotada quando se lida com tarefas monótonas repetitivas e que demandam precisão No entanto a automação pode não ser uma aplicação viável em situações em que a flexibilidade e adaptabilidade são cruciais Em cenários em que a personalização de produtos é necessária ou em ambientes em constante mudança a automação excessiva pode ser impraticável devido à dificuldade de reprogramação constante dos sistemas Além disso em algumas indústrias o alto custo inicial de automação pode superar os benefícios esperados tornandoa economicamente inviável Portanto a decisão de implementar a automação deve ser cuidadosamente ponderada levando em consideração a natureza das operações os custos envolvidos e os objetivos a serem alcançados A automação é uma ferramenta valiosa mas não é uma solução universal e em algumas circunstâncias a abordagem manual pode ser mais apropriada Lista de Exercícios Questão 2 Descreva os níveis e os principais elementos dispositivos e equipamentos que com põem os níveis da pirâmide de automação apresentada na Figura 1 Figura 1 Pirâmide de automação I Nível de Campo Nível 1 Este é o nível mais baixo e compreende os dispositivos de campo como sensores e atuadores Esses dispositivos coletam dados do processo e executam ações físicas no ambiente II Nível de Controle Nível 2 Neste nível ocorre o processamento primário dos dados coletados no nível de campo É onde os controladores lógicos programáveis CLPs e sistemas de controle distribuído DCS são utilizados para tomar decisões e controlar dispositivos no nível de campo III Nível de Supervisão Nível 3 Este nível é responsável pelo monitoramento e supervisão do processo É onde as interfaces homemmáquina IHMs e sistemas de supervisão são utilizados para visualizar o estado do processo e as operações em tempo real IV Nível de Gestão Nível 4 Neste nível ocorre o gerenciamento e a otimização dos processos Os sistemas de gerenciamento de produção MES e os sistemas de planejamento de recursos empresariais ERP estão localizados aqui Eles lidam com a gestão da produção agendamento rastreamento de produção e integração com outras áreas da empresa V Nível Corporativo Nível 5 O nível mais alto da pirâmide de automação está relacionado às operações de negócios e tomada de decisões estratégicas Os sistemas utilizados aqui incluem sistemas de business intelligence sistemas de gerenciamento de informações e sistemas de apoio à decisão executiva 4 Questão 3 Os controladores lógicos programáveis CLPs constituem elemento central na tomada de decisão de sistemas automatizados Descreva o que é e quais são os principais componentes de um CLP conforme apresentado no diagrama de bloco dos sistemas de controle digital da Figura 2 e suas funcionalidades Figura 2 Diagrama de blocos de bloco dos sistemas de controle digital Terminal de Programação O terminal de programação é uma interface que permite aos engenheiros e técnicos de automação programar e configurar o CLP Por meio desse terminal é possível desenvolver a lógica de controle que governará o comportamento do sistema Geralmente é uma tela sensível ao toque que facilita a programação Fonte de Alimentação A fonte de alimentação fornece a energia necessária para operar o CLP e seus componentes Ela garante que o CLP funcione de maneira confiável e contínua Processador O processador é o cérebro do CLP Ele executa o programa criado no terminal de programação e toma decisões com base nas entradas recebidas do ambiente O processador é responsável pelo processamento de informações e pela geração de saídas de acordo com a lógica de controle definida no programa 5 Interface Entrada e Saída Os CLPs possuem cartões de entrada e cartões de saída que permitem a comunicação com o mundo exterior Os cartões de entrada coletam informações do ambiente como sinais de sensores botões e switches enquanto os cartões de saída enviam comandos para atuadores como motores válvulas e dispositivos de saída Essa interface é crucial para que o CLP interaja com o sistema que está controlando 6 Questão 4 Um sistema automatizado é composto por três etapas principais sensoriamento to mada de decisão e ação Descreva a importância de cada uma dessas etapas citando os principais elementos que as compõem Um sistema automatizado é intrinsecamente composto por três etapas cruciais sensoriamento tomada de decisão e ação Cada uma dessas etapas desempenha um papel fundamental na operação eficaz do sistema Sensoriamento Essa etapa engloba a aquisição de dados e informações do ambiente sendo vital para o funcionamento do sistema automatizado Os sensores desempenham um papel fundamental ao coletar dados como temperatura pressão movimento ou quaisquer outras variáveis relevantes para o processo em questão Esses dados são a base para a tomada de decisão permitindo que o sistema compreenda o ambiente em que opera Tomada de decisão Nesta fase o sistema automatizado processa os dados sensoriais e toma decisões com base em algoritmos lógica de controle e critérios pré definidos A interpretação e análise dos dados são executadas para determinar a ação a ser tomada Além disso a inteligência artificial e o aprendizado de máquina desempenham um papel importante nessa etapa permitindo adaptações e melhorias com base nas informações coletadas Ação A etapa de ação é onde o sistema efetivamente executa as decisões tomadas na etapa anterior Isso pode envolver a ativação de atuadores motores sistemas de controle ou qualquer mecanismo que realize as operações planejadas A eficácia dessa fase é crucial para a execução bemsucedida das tarefas a resposta a eventos ou a produção de resultados desejados 7 Questão 5 Apesar de possuírem definições similares sensores e transdutores apresentam uma diferença fundamental enquanto dispositivo Qual é essa diferença A diferença fundamental entre sensores e transdutores reside em seu propósito e funcionalidade Os sensores são dispositivos projetados para detectar e medir grandezas físicas ou características do ambiente convertendoas em sinais elétricos ou digitais Em contraste os transdutores têm a capacidade adicional de converter esses sinais elétricos em outra forma de energia como mecânica ou acústica e viceversa Em outras palavras os sensores se concentram na detecção e aquisição de dados enquanto os transdutores além dessa função têm a capacidade de transformar esses dados em outras formas de energia ou informações A distinção entre os dois é essencial na automação e controle pois os transdutores desempenham um papel mais amplo na conversão de informações e controle de sistemas Questão 6 Sensores e transdutores podem ser classificados de acordo com a natureza de sua me dida Enquanto em algumas aplicações é necessário somente a identificação de presença e ausência em outros é necessário ter uma noção escalar sobre a grandeza medida Baseado no texto acima como podem ser classificados os sensores Cite dois exemplos de cada categoria Os sensores podem ser classificados com base na natureza de sua medida em dois grupos principais sensores digitais e sensores analógicos Sensores digitais são projetados para fornecer informações sobre a presença ou ausência de uma determinada grandeza ou evento Eles geram saídas discretas tipicamente representadas por 0 ou 1 Exemplos incluem sensores de proximidade para detectar a presença de um objeto e sensores de nível de líquido para indicar se o nível atingiu um limite Sensores analógicos por outro lado oferecem uma saída que varia de forma contínua proporcionando uma representação escalar da grandeza medida Exemplos comuns são termômetros que fornecem valores de temperatura em graus Celsius e sensores de pressão que oferecem leituras em psi ou bar 8 Questão 7 Descreva o funcionamento de transdutores indutivos e capacitivos sua aplicação e quando optar por um ou pelo outro Transdutores indutivos e capacitivos são dispositivos usados na medição de grandezas físicas e funcionam de maneira distinta Os transdutores indutivos são baseados na variação da indutância de uma bobina quando um núcleo de metal se move em sua proximidade Essa mudança na indutância gera uma variação no valor da corrente elétrica no circuito que é proporcional à grandeza física medida Esses transdutores são comuns em aplicações que envolvem medição de deslocamento linear como sensores de posição em motores Os transdutores capacitivos por outro lado operam com base na variação da capacitância de um capacitor quando a distância entre as placas muda À medida que a distância varia a capacitância também se altera resultando em uma mudança na capacitância total do circuito Essa alteração é então convertida em um sinal elétrico representativo da grandeza medida sendo comuns em aplicações como sensores de proximidade e detecção de objetos A escolha entre transdutores indutivos e capacitivos depende da aplicação específica Transdutores indutivos geralmente são preferidos em ambientes onde há presença de líquidos e poeira uma vez que são menos sensíveis a essas interferências Por outro lado os transdutores capacitivos são ideais para detectar materiais sólidos como metais ou plásticos Portanto a seleção entre esses dois tipos de transdutores deve considerar as condições ambientais os materiais a serem medidos e a precisão requerida na medição 9 Questão 8 Dois tipos de transdutores são mais utilizados em medição de temperatura a saber termopares e termorresistências Explique o que são esses transdutores e seus princípios de funcio namento Termopares consistem em dois condutores metálicos de diferentes materiais unidos em uma junção Quando há uma variação de temperatura nessa junção ocorre a geração de uma diferença de potencial tensão que é proporcional à mudança de temperatura Esse princípio é baseado no efeito Seebeck onde diferentes metais geram tensões distintas em função da temperatura Termopares são amplamente utilizados devido à sua resposta rápida e capacidade de medição em uma ampla faixa de temperaturas Já as termorresistências como o Pt100 são sensores cuja resistência elétrica varia linearmente com a temperatura A resistência é geralmente medida a uma temperatura constante e a partir disso é possível determinar a temperatura desconhecida O princípio de funcionamento das termorresistências é baseado na mudança da resistência de um material condutor com a temperatura de acordo com a lei de variação de resistência Questão 9 Existem diversas maneiras de representar um sistema de automação Quais são as três mais comuns o que elas fornecem de informação e qual é o profissional alvo para cada uma delas No contexto da automação três das representações mais comuns de um sistema são diagramas ladder diagramas de fluxo de processos PID e diagramas de blocos funcionais I Diagramas Ladder LD Essa representação é frequentemente usada em sistemas de controle lógico e é compreensível para técnicos e engenheiros elétricos Fornece informações detalhadas sobre a lógica de controle em um formato visual Profissionais alvo incluem eletricistas engenheiros elétricos e técnicos de automação II Diagramas de Fluxo de Processos PID São amplamente utilizados em indústrias de processo como química e petróleo Fornecem uma visão geral dos processos mostrando equipamentos tubulações instrumentação e fluxo de materiais São direcionados a engenheiros de processos químicos e projetistas de sistemas de automação III Diagramas de Blocos Funcionais FBD São utilizados para representar sistemas de controle baseados em lógica de funções e blocos Oferecem uma visão abstrata do controle do sistema São adequados profissionais que lidam com automação baseada em controladores lógicos programáveis CLPs 10 Questão 10 Dentre as linguagens de programação mais conhecidas para a programação de CLPs a Ladder é a mais empregada no campo internacional Sua representação é composta por sinais gráficos que são padronizados pela IEC 611313 os quais derivam de simbologia americana forte mente utilizada para esquemas funcionais Descreva o funcionamento geral do exemplo simples de programação apresentado na Figura 3 Figura 3 Exemplo de programação em Ladder Questão 11 Projete o programa Ladder para o seguinte caso em uma indústria um motor Q1 deve ser acionado através do pressionamento de um botão B1 ou de um botão B2 Somente quando o motor Q1 estiver em funcionamento uma luz indicativa de estado desligado deve apagar e uma luz indicativa de estado ligado deve acender Além disso somente quando Q1 ligado ao pressionar um terceiro botão B3 uma bomba Q2 deve ser ligada 11 Questão 12 Diversas alternativas podem ser adotadas quando desejase a partir de uma entrada do sistema alcançar o desempenho mínimo préestabelecido Uma das estratégias de controle são as malhas Descreva o que é uma malha de controle os elementos que a compõem e os tipos mais comuns considerando as vantagens e desvantagens de cada uma delas Uma malha de controle é um sistema de feedback utilizado na automação e controle de processos industriais para manter uma variável controlada próxima a um valor de referência desejado Ela é composta por três elementos principais I Controlador Este componente toma decisões com base nas informações recebidas da variável controlada e da variável de referência calculando um sinal de controle para ajustar o sistema II Processo O processo é o sistema físico real que está sendo controlado Pode ser uma caldeira um motor uma planta química entre outros III Variável de Medição O sensor ou transdutor mede a variável controlada no processo e fornece feedback ao controlador para ajustar a saída Os tipos mais comuns de malhas de controle incluem malha aberta malha fechada e malha em cascata I Malha Aberta Nesse tipo não há feedback da variável controlada para o controlador O controlador emite um sinal de controle sem considerar a saída real É simples mas não adequado para processos sujeitos a distúrbios ou variações II Malha Fechada Aqui o controlador recebe feedback da variável controlada e ajusta o sinal de controle para mantêla próxima ao valor de referência É mais preciso e adequado para sistemas sujeitos a perturbações mas pode ser complexo III Malha em Cascata Este é um arranjo de malha fechada dentro de outra malha fechada onde uma variável é controlada em duas etapas É altamente preciso e adequado para sistemas complexos mas requer mais componentes e é mais difícil de sintonizar 12 Questão 13 Um sistema de controle amplamente utilizado no âmbito industrial é o Proporcional IntegralDerivativo PID Descreva as características isoladas de cada um desses sistemas propor cional integral e derivativo e as vantagens em utilizálas em conjunto para o controle I Proporcional P A ação proporcional é responsável por ajustar a saída do sistema com base no erro atual que é a diferença entre o valor de referência e a variável controlada Quanto maior o erro maior é o ajuste proporcional aplicado à saída Essa ação é rápida e eficaz para reduzir o erro mas não é capaz de eliminar o erro permanente II Integral I A ação integral leva em consideração a acumulação de erros passados ao longo do tempo Ela ajusta a saída com base na soma dos erros anteriores Isso é eficaz para eliminar erros permanentes e garantir que o sistema atinja o valor de referência ao longo do tempo III Derivativo D A ação derivativa reage à taxa de variação do erro Isso ajuda a reduzir a velocidade de mudança do erro evitando oscilações excessivas na saída É particularmente útil em sistemas sujeitos a distúrbios rápidos As vantagens de usar todas essas ações em conjunto são que o controle PID combina a capacidade de resposta rápida da ação proporcional a capacidade de eliminar erros permanentes da ação integral e a capacidade de amortecer oscilações com a ação derivativa Isso torna o controle PID eficaz na maioria dos sistemas de controle industrial oferecendo um equilíbrio entre resposta rápida e estabilidade tornandoo uma técnica de controle amplamente adotada