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protótipo de elevador didático utilizando controlador

1. o das cabinas que variam de uma velocidade de 30 m min para plataformas elevat rias e monta prato at 300 m min em elevadores de centros comerciais com grande fluxo de passageiros e alturas muito elevadas 2 3 A CABINA DO ELEVADOR A cabina do elevador segundo RUDENKO 1976 tamb m chamada de carro o componente respons vel pela acomoda o da carga ou do usu rio pessoas e animais a ser transportado Na grande maioria um ambiente fechado com ilumina o ambiente painel de opera o com bot es de chamada e alarme em caso de emerg ncia m dulo de emerg ncia em caso de pane el trica porta autom tica para garantir a seguran a e conforto dos usu rios e a carga A Figura 4 a seguir mostra o interior da cabina de um elevador com seus componentes b sicos tais como o painel de opera o composto por bot es de chamada indicador de posi o e bot o de alarme guarda corpo subteto e espelho 22 gt SEE o D eee I e 19 es A ISSA ZS Figura 4 Parte interna da cabina do elevador Fonte www static habitissimo com br 2013 A cabina instalada na caixa de corrida presa com cabos de a o ou em cilindro hidr ulico dependendo do projeto e prefer ncia do propriet rio Segundo RUDENKO 1976 para que a movimenta o da cabina ocorra de maneira segura dentro da caixa de corrida fixada em trilhos guias para manter o alinhamento e o prumo durante o percurso 23
2. 2 4 CAIXA DE CORRIDA A caixa de corrida o local na edifica o na qual a cabina do elevador instalada em guias de a o para a sua movimenta o Tamb m s o instalados os sensores de posi o os limites fim de curso para sinais de seguran a e ainda o contrapeso do elevador Na Figura 5 est o mostrados alguns componentes principais presentes na caixa de corrida s o eles guias de contrapeso cabos de a o guias de cabina contrapeso e cabos de manobra A fun o da caixa de corrida al m de acomodar os dispositivos acima mencionados garante a seguran a na edifica o durante a movimenta o da cabina pois desta forma o carro fica isolado da parte externa da caixa de corrida Figura 5 Caixa de corrida do elevador Fonte www bohnen com br 2013 24 2 5 PO O DO ELEVADOR O po o do elevador segundo RUDENKO 1976 uma extens o da caixa de corrida a Figura 6 mostra os componentes mais comuns tais como molas de para choque sensores de seguran a polia tensora do cabo do aparelho de seguran a polia de compensa o e suporte final de guias de cabina e contrapeso entre outros dispositivos Figura 5 5 Po o e seus conexos mais comuns 1 P ra choques do carro 2 P ra choque do contrapeso 3 Base do p ra choque 4 Esticador do cabo do limitador de velocidade 5 Dispositivo el trico de parada 6 Tomada el trica 7 Divis ria de prote o do contrapeso 8 Escada tipo de marinheiro 9 Espa o d
3. Figura 17 abaixo 1 Quadro de comando composto pelo controlador l gico Unidade hidr ulica composta pelo bloco de v lvulas e bomba de leo Cilindro ou pist o para elevar a cabina Cabine Arcada Guia da arcada E oe de e O Freio de seguran a 8 9 10 11 12 13 38 Para choque tipo mola Soleira de pavimento Botoeira de chamado Tapa vista Soleira de cabina Painel de opera o da cabina com os bot es de chamado alarme e outros comandos 14 Operador de portas autom tico composto por sensores de abertura e fechamento de porta de cabina e motor monof sico Figura 17 Componentes b sicos do sistema hidr ulico Fonte www adelevadores com br 2013 39 2 11 4 Acionamentos com inversores Os inversores s o dispositivos conversores de CA em CC e novamente em CA Sua fun o consiste em converter uma tens o de entrada CA em uma tens o CC e converter novamente em tens o de sa da CA sim trica de amplitude e frequ ncias desejadas Os inversores s o amplamente utilizados em acionamentos de m quinas CA em velocidade vari vel O controle de m quinas el tricas com o uso de inversores proporciona um controle mais preciso e muito eficiente em compara o com outros sistemas de acionamento Para o elevador esse tipo de acionamento trouxe muitos benef cios tanto em conforto para os usu rios como na qualidade e economia de energia el trica pois poss vel obter partida
4. Registro de chamado descendente nos pavimentos 2 e 1 70 Figura 41 Todos chamados registrados mas plataforma no limite superior n o se le fassa a nena cued af an RSS Nr o CR sr ones edd DE od o E ead on 11 Figura 42 Fluxograma da l gica de controle para falta de energia 72 LISTA DE QUADROS Quadro 1 Rela o de ferramentas e EPI s utilizados 42 Quadro 2 Entradas digitais do Controlador L gico eee 49 Quadro 3 Sa das discretas arele 50 Quadro 4 Testes das liga es el tricas 00 0 0 eee ceeessseeeeeeeeeeeesseseseeeeeeeeeeesseeseaaaes 60 Quadro 5 Testes no conjunto MECANICO EE 64 Quadro 6 Testes da bancada do iNVersot ccccccccccccccceeeeeeeceeeeeeeeeeeeeceeeeeeeeeeess 65 Quadro 7 Rela o dos ajustes dos par metros do inversor 65 Quadro 8 Resposta das sa das conforme sinais de entrada ssssossss0ee000e0e0011 66 SUMARIO 1 INTRODU O hen aha sae TRE DRI RCA RE chai ions tc tates Ae RU ERES CIRROSE PR 13 1 1 DELIMITA O DO TEMA si pes si gn Ea a eneren 14 1 2 PROBLEMAS E PRENISSAS asa eis a SA 15 TS OBJETIVOS ache ee E la iai a O gaba SE AA D A Ao aa aaa bb SA ga Pele 16 RS Lett 16 1 3 2 Objetivos OSPEC TICOS ass gostas goal maias dd ee 16 1 4 JUSTIFICATIVA ii aparar dd dd 16 1 5 PROCEDIMENTOS METODOL GICOS sem ecasnsneco cndiresenedine care din cunsinasemdin dado 1
5. S D 1 entrada 4 20mA Controle a ll d San E S extemo 2 sa das digitais 1 entrada sa da encoder Entradas 1 entrada PTC Analegicas i AL A12 2 p i eee eee te FIELDBUS opcional nal gicas A ProfbusDP a i Drive Profile Saidas E d ALt aRL3 interface Homem M quina 81 ANEXO B DETALHES IMPORTANTES DA PLACA DE CONTROLE Ge Lee peal IIF SC Tue ga Ag Ve pe St hig E a te pay Ht GE Za Ze zb ad ee 1 Entradas digitais E1 a E12 Todas as entradas sao mapeadas por LEDS Sao entradas para contato seco e todos os sensores digitais como por exemplo bot es e chaves fim de curso Tamb m poss vel a liga o de sensores de luz LDRs diretamente Sensores indutivos capacitivos fotoel tricos etc A tens o de entrada pode ficar entre 7 e 50VCC para reconhecer estado alto na entrada 2 Sa das que pode ser a rel transistor ou triac 2 1 Sa das a Rel s K1 a K8 Todas as sa das s o mapeadas por LEDS Atrav s das sa das a Rel s poss vel ligar desligar dispositivos conectados rede el trica corrente alternada 110 ou 220v ou mesmo aqueles alimentados com corrente cont nua pilhas ou baterias 82 Para ambas as fontes de energia o consumo de corrente dos dispositivos n o pode ultrapassar os 7 5A em 110v e 5A em 220v Veja na ilustra o abaixo um esquema de como instalar os dispositivos Nota NA Interruptor Normalmente Aberto
6. resolvidos 71 e Procedimento f Testar resposta quando a plataforma atingir limite final de subida Figura 41 Objetivo Validar resposta da l gica de controle conforme a norma NM 207 e Resultado o sistema permaneceu bloqueado at que a plataforma foi retirada do limite final de subida N Figura 41 Todos chamados registrados mas plataforma no limite superior n o se move Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria propria 72 e Procedimento g Testar resposta quando a plataforma atingir limite final de descida e Objetivo Validar a resposta da l gica de controle conforme a norma NM 207 e Resultado O sistema permaneceu bloqueado at que a plataforma foi retirada do limite final de descida e Procedimento h Testar resposta da l gica de controle quando faltar energia no momento da movimenta o e retorno da energia Figura 42 e Objetivo Validar a resposta da l gica de controle conforme a norma NM 207 e Resultado O sistema permaneceu bloqueado at o restabelecimento da energia no momento em que o problema foi solucionado o sistema entrou em modo de reinicialza o movimentando a cabina at o 1 pavimento para registrar a posi o inicial da plataforma ficando pronto executar a l gica normalmente Elevador em movimenta o subida ou descida e ocorre falha na alimenta o de energia Sistema fica bloqueado at restabelecimento da energia Energia restabeleci
7. C Comum NF Interruptor Normalmente Fechado FONTE DE ENERGIA E ay P Tens oM x 0a220v 2 2 Sa das a Transistor Q9 a Q16 Todas as sa das s o mapeadas por LEDS Atrav s das sa das a transistor poss vel ligar e desligar dispositivos com corrente cont nua Cada sa da possui sua entrada de alimenta o independente para alimentar sua carga Desta forma poss vel utilizar fontes diferentes para diferentes cargas inclusive com tens es diferentes Em casos onde a carga fa a variar muito a tens o da fonte aconselhamos utilizar uma fonte de alimenta o separada para a placa Nota NA Sinal de sa da igual a VCC C Tens o alimenta o Sa da Maximo 24Vcc NF GND da sa da 83 2 3 Saidas a Triac Q17 a Q24 Todas as sa das s o mapeadas por LEDS Atrav s das sa das a triac poss vel ligar e desligar dispositivos em corrente alternada 110V ou 220V Nota NA Retorno da carga C Entrada da rede 110v ou 220v NF Na sa da a triac n o utilizado 3 Microcontrolador PIC16F877A Controla todas as fun es da placa Clp Pic40 como as sa das Rel s Transistor ou Triac comunica o Serial RS232 ou RS485 barramento 12C entradas digitais E 1 a E12 entrada anal gica etc 4 Jumper de sele o RS232 RS485 Para selecionar qual das portas de comunica o ser utilizada RS232 ou RS485 pois n o podem ser utilizadas as duas ao mesmo tempo tem que ser e
8. Medi o com multiteste em escala de continuidade pd Confirmar a resposta dos Medi o com multiteste em 61 Testar a resposta dos sensores SE e OK 36 sinais dos sensores escala de tens o cont nua Testar a liga o das conex es E z a Ge Confirmar integra o com Medi o com multiteste em que integram a torre com a aa OK 33 bancada do inversor escala de continuidade bancada do inversor Testar a alimentacdo da placa Confirmar alimenta o do Medi o com multiteste em OK 35 de controle sistema escala de tens o cont nua Testar a liga o do motor de Confirmar a opera o do Medi o com multiteste em OK ND indu o Fonte Autoria pr pria 1 motor Figura 33 Teste de conexao com a bancada Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria escala de continuidade 62 Figura 34 Teste de alimenta o dos sensores Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria Figura 35 Teste da alimenta o da placa de controle Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria 63 Figura 36 Teste de resposta dos sensores Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria 4 1 2 Conjunto mec nico A torre possui em seu sistema mec nico v rias engrenagens Figura 37 as quais devem estar lubrificadas para reduzir o atrito mec nico das partes e garantir a movimenta o do sistema do elevador Foi real
9. cabina com cabos de aco Fonte Autoia propria 2 6 3 Limitador de velocidade O limitador de velocidade Figura 9 um componente important ssimo para a seguran a do elevador No caso de sobrevelocidade esse componente faz acionar o aparelho de seguran a instalado abaixo da cabina impedindo que a mesma continue a descer e fique travada entre as guias evitando a queda da cabina no po o Figura 9 Limitador de velocidade na casa de m quinas Fonte Autoria pr pria 27 2 7 PORTAS DE PAVIMENTO Segundo a norma NBR 7192 1985 as portas de pavimento devem ser instaladas nas aberturas das caixas de corrida para fechar toda a abertura uma em cada andar atendido pela cabina Deve ainda ser constru da de forma r gida e suficientemente resistente contra fogo e deforma o causada por esfor o manual A opera o das portas de pavimento deve ser de dois tipos semi autom tica para portas eixo vertical a qual o usu rio tem que pux la ou empurr la manualmente para entrar e sair do elevador e autom tica para portas integradas as quais abrem ou fecham de forma simult nea na cabina e no pavimento quando a cabina estiver nivelada sem que o usu rio deva fazer manualmente Todas as portas de pavimento devem permanecer travadas quando a cabina n o estiver nivelada no pavimento independente se for semi autom tica ou autom tica para evitar que usu rios abram as portas sem a presen a da cabina e possa causar acidente
10. e desacelera o do motor Figura 15 Exemplo de uma partida estrela tri ngulo utilizando contatores Fonte Autoria pr pria 2 11 3 Acionamentos hidr ulicos Outra forma de acionamento do elevador o uso de sistema hidr ulico o qual consiste no uso de cilindros e bombas hidr ulicas 37 4 D Polarity d y E P c A Normal Reverse Thyristor Un SKR SKN SKT e EN et a gt ef SN a is CET ee Se Sch wey seio ser SKD9 skt8 77 skD8 SKD5 Figura 16 Exemplo de tiristores e diodos de pot ncia utilizados em elevadores Fonte www semikron com br 2013 Para elevar a cabina ao piso superior joga se um fluxo constante de leo no pist o para que este comece a suspender a cabina Para se obter um conforto na parada reduzido a quantidade de leo que vai para o pist o sendo o restante devolvido ao reservat rio atrav s do bloco de v lvulas com isso a cabina chega ao n vel do piso com uma velocidade bem baixa obtendo uma parada suave Na descida aproveitado o peso da cabina e carga para devolver o leo para o tanque Nesta etapa s o bloco de v lvulas que controla a velocidade da cabina mantendo a constante independente da carga transportada Como na subida ao se aproximar do nivelamento a quantidade de leo que retorna menor possibilita uma velocidade de aproxima o reduzida e uma parada suave A seguir est o listados os componentes do sistema hidr ulico mostrado na
11. informa es de empresas do ramo de elevadores atividade como refer ncia tecnol gica citando algumas evolu es nos sistemas dos elevadores acionamentos controle pot ncia integra o com sistemas supervis rios entre outros e comparando com as atualiza es no mercado que v o desde acionamentos eletromagn ticos com chaves que possuem contatos a carv o at acionamentos utilizando inversores de frequ ncia 1 2 PROBLEMAS E PREMISSAS Os principais problemas encontrados e que objetivaram o trabalho foram ambienta o sobre o funcionamento e controle do sistema de elevador com sistemas modernos falta de um curso voltado para o ramo de transporte vertical elevadores atualiza o tecnol gica de elevadores s compet ncia das empresas do ramo e n o difundido falta de instala o de elevador did tico na Universidade De um lado o conhecimento acad mico de um aluno egresso do curso de Tecnologia alinhado com uma situa o pr tica e a coloca o no mercado de trabalho que exige alguma experi ncia no seu ramo de atividade De outro lado o processo de aprendizado pode ser mais objetivo sendo mostrado numa instala o de elevador para validar o conhecimento exposto na teoria de algumas disciplinas Considerando se o contexto exposto elaborou se o seguinte problema a ser solucionado pela presente pesquisa Como integrar os conhecimentos adquiridos nas v rias disciplinas ministradas em sala com um prot tipo
12. instala o dos sensores foi instalado o controlador l gico respons vel por toda a l gica de funcionamento do prot tipo na parte inferior da torre para facilitar a opera o e manuten o quando necess rio Ao lado do controlador l gico foi instalada a fonte chaveada de 24Vcc Figura 24 para alimenta o do controlador e dos sensores 43 Figura 21 Micro switch de parada de pavimento Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria propria Figura 22 Micro switch utilizado para sensor de desacelera o Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria 44 Figura 23 Fonte chaveada instalada ao lado do controlador l gico Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria Ap s a instala o do controlador l gico e a fonte chaveada foi instalada a fia o com a qual se ligam os sensores ao controlador l gico Figuras 25 e 26 a alimenta o da fonte rede el trica 127 Vca e as conex es da torre respons veis pela integra o com a bancada do inversor de frequ ncia Para finalizar a instala o da parte el trica foi colocada uma tampa em acr lico na qual foram instalados os bot es de chamado no modo NA com seus indicadores a LED na cor azul Tamb m foi instalada uma chave liga desliga do sistema e os terminais de conex o comunica o de sinais e liga o do motor de indu o com a bancada do inversor de frequ ncia como mostram as Figuras 27 e 28 Essa tampa serve tamb m para is
13. portc fl define S4 porta f5 define S5 porte f0 define S6 porte fl define S7 porte f2 define S8 portc f5 int Andar 0 static int viContador int Segundos int Pino6 int PinoS int Pino4 int Pino3 void main trisa 0b11011111 trisb 0b00000000 trisc 0b0001 1000 trisd 0b11111111 trise 0b000 adcon1 0b00001110 A fun o de indicador de chamada faz o registro da chamada solicitada atrav s dos pinos de entrada e devolve o resultado do pavimento correspondente nos pinos de sa da para o indicador a LED Hint timer void ControleTimer if input PIN A6 1 Se tiver no terreo ou 1 andar ou 2 andar e for chamado no 3 andar Pino6 1 output high pin c7 3 Andar if input PIN AS 1 Se tiver no terreo ou 1 andar ou 3 andar e for chamado no 2 andar Pino5 1 output_high pin_c6 I2 Andar if input PIN A4 1 Se tiver no terreo ou 2 andar ou 3 andar e for chamado no andar Pino4 1 output_high pin_c5 1 andar if input PIN A3 1 Se tiver no landar ou 2 andar ou 3 andar e for chamado no terreo Pino3 1 output_high pin_c4 terreo 57 set_timer0 131 get_timer0Q viContador Fun o de andar esta parte do programa a l gica de atendimento de chamado Como descrito anteriormente o Comando Autom tico Coletivo Seletivo ACS no qual o atendimento ao chamado feito respeitando o sentido de viagem O exemplo a seguir para o and
14. 16F877A um microcontrolador da familia de 8 bits e n cleo de 14 bits de fabrica o da Microchip Tecnology 3 2 4 Alimenta o da placa A fonte de alimenta o um componente essencial pois necess rio para a alimenta o de energia el trica dos sensores e do controlador l gico A fonte utilizada como mostra a Figura 30 uma fonte chaveada com entrada de 127 220 Vca e sa da de 24 Vcc Figura 30 Fonte chaveada de 24vcc Fonte Autoria pr pria A alimenta o da placa de 24Vcc atrav s dos pinos do item 13 indicado na Figura 29 lembrando que os rel s de sa da recebem a mesma tens o de alimenta o da placa em sua bobina quando s o acionados 19 Microchip Technology Inc uma empresa norte americana de semicondutores com sede em Chandler Arizona EUA 52 A tens o de refer ncia para os sensores do prot tipo dependem da alimenta o da placa para evitar incompatibilidade no tratamento dos sinais de entrada Outro item importante que deve ser mencionado o bot o de reset da placa item 17 Figura 29 Esse bot o serve para zerar a mem ria flash caso o sistema venha a travar e pare de funcionar ou se desejar dar um reset no processo 3 2 5 L gica de controle A l gica de controle do elevador did tico foi desenvolvida com base nas normas t cnicas NBR 5666 e NM 207 as quais determinam a terminologia dos componentes do sistema de um elevador e condi es de seguran a para ins
15. 2 8 SEGURAN A DO ELEVADOR O elevador segundo a norma NM 207 2003 deve ser provido de dispositivos que possam garantir o seu funcionamento seguro No caso de algum defeito ou pane em seu sistema o elevador dever parar imediatamente impedindo a ocorr ncia de qualquer tipo de acidente Por exemplo se uma porta de pavimento esteja aberta ou fechada por m n o estiver travada permitindo a sua abertura sem a cabina estar no pavimento o controle l gico detecta essa anomalia e faz parar a movimenta o da cabina indicando que existe uma falha no sistema for ando o acionamento da assist ncia t cnica Ja foi mencionado anteriormente sobre o aparelho de seguran a e o limitador de velocidade pois bem esses elementos fazem parte do sistema de T cnicas NBR 10098 1987 Elevadores el tricos Dimens es e condi es do projeto de constru o item 4 3 4 p gina 3 T cnicas NM 207 Elevadores el tricos aspectos construtivos e seguran a 2008 item 7 7 3 p ginas 32 33 e 34 28 seguran a do elevador o qual entrar em a o no caso de sobrevelocidade da cabina acima de 10 da velocidade nominal Caso os cabos de a o se rompam o sistema ir atuar fazendo a cabina travar nas guias O sistema de seguran a do elevador composto de v rios dispositivos mec nicos e el tricos e al m de atuar de maneira autom tica s o de car ter obrigat rios No caso de uma pane el trica por falta de energia da concession ri
16. 27Vca e 5A em 220Vca Para a comunica o com a bancada do inversor de frequ ncia foi utilizado a alimenta o de 24Vcc do pr prio inversor e os pinos conforme o Quadro 3 3 2 3 Microcontrolador PIC16F877A O Microcontrolador um dispositivo compacto como um computador num chip composto por um processador mem ria e perif ricos de entrada e sa da Pode ser programado para fun es espec ficas e s o embarcados no interior de outro dispositivo para que possa controlar as fun es e ou a es programadas 50 hn Zeg ere pega dei se IK ier AS Tit Ale ae A T i ER ki pel mn T W ve o EDTV E ZIOULAV E WW I ba N St Figura 29 Placa de controle Fonte Manual VW Solu es Quadro 3 Sa das discretas a rel SA DA NOMENCLATURA FUN O EN RCO Nao utilizado S2 RC1 Entrada DI1 inversor Liga Para S3 RC2 Entrada DI2 inversor Sentido Giro S4 RC3 Entrada DI6 inversor desacelera o 5 RC4 Indicador chamado pavimento T S6 RC5 Indicador chamado pavimento 1 S7 RC6 Indicador chamado pavimento 2 s8 RC7 Indicador cnamado pavimento 3 Fonte Autoria pr pria 51 O item numero 3 da Figura 29 o microcontrolador PIC16F877A utilizado para controlar todas as fun es da placa de controle como as sa das S1 a S8 comunica o Serial RS232 ou RS485 barramento 12C entradas digitais E1 a E12 e entrada anal gica O PIC
17. 7 1 6 REFERENCIAL TEORICO uia anne pas eect ee 17 2 REVIS O LITER RIA ccccccccccccccscscssscscsescscscscscecscecscscscecseetsessssesenenenenenenenens 19 2 1 O SISTEMA DO ELEVADOR cusssassan ticas cidades cada d dead Sd dan ad 19 2 2 BREVE HIST RICO DO ELENADOR 19 2 3 AAGABDINA DO ELEVADOR cirrose meio ainda valid do Sa Dad NA ia ad a ad a 21 2 4 CAIXADE CORRIDAS ventas ron nadas Sana EE 23 2 5 EE ENEE ag iere idsd Dias hate a aba ba a 24 2 6 CASA DE MAQUINAS c c ccccccsecsecsccecaecedesceuecessetecenctuecancutuedencuttadencattacensaenacenss 24 2 6 1 Quadro de comando secs hee degegdtegegegtegC Ee r geneet 25 ele unt e Nr ele te 25 2 6 3 ME eege Ee ee 26 2 7 PORTAS DE PAVIMENTO cjscschccssanstscissnsiarnastaneottiometiiaiataheiiannusieuedls 27 2 8 SEGURAN A DO ELEVADOR eege een 27 2 9 COMO FUNCIONA O ELEVADOR rena 29 2 10 SISTEMAS DE CONTROLE DE CHAMADA 30 2 10 1 Controle por identifica o biom trica 30 2 10 2 Controle por c digo de Senha EE 30 2 10 3 Controle por supervis rio errar aeaaaarereeraaa aaa 32 2 10 4 Controle por cart o magn tico rrenan 33 2 10 5 Controle unificado EE 34 2 1 SISTEMAS DE ACIONAMENTO EE 35 2 11 1 Acionamentos eletromagn ticos ee 35 2 11 2 Acionamentos com tiristores de pot ncia ssneeeeeeeeeeeenertrrrenseerrrrrnnnreeeeet 35 2 1129 Acionamentos eelere 36 2 11 4 Acionamentos COM inversores eee aaa 39 3 ETAPA
18. BANCA EXAMINADORA ORIENTA O Prof Daniel Balieiro Silva M Sc Universidade Tecnol gica Federal do Paran Prof Walter Denis Cruz Sanches Dr Eng Prof Gilberto Wolff Dr Eng Universidade Tecnol gica Federal do Paran Universidade Tecnol gica Federal do Paran Orientador Prof Paulo Rogerio da Silveira M Sc Universidade Tecnol gica Federal do Paran AGRADECIMENTOS Agradeco primeiramente a Deus a quem devo toda a minha vida pois sempre esta bem perto em todos os passos de minha vida A minha querida m e pela sua perseveran a e persist ncia para que nunca desistisse na caminhada a minha dign ssima esposa e filhos que suportaram minha aus ncia e me deram sempre apoio para que este trabalho se tornasse realidade Aos professores dedicados que passaram o bem mais precioso aos seus disc pulos com o objetivo de multiplicar o conhecimento e principalmente ao professor orientador Walter Sanchez pela dedica o e persist ncia em suas corre es e incentivos e por acreditar neste trabalho E com certeza ao meu saudoso av Eduardo Regio de Paula que foi meu grande mestre amigo e conselheiro O pesquisador que nao souber o que esta procurando nao compreendera o que encontrar Claude Bernard RESUMO Paula Paulo Marcelo de Prot tipo de elevador did tico utilizando controlador program vel com PIC 16F877A 2014 82 f TCC Tecnologia em Automa o Industrial Universidade Tecnol gica
19. Federal do Paran Curitiba 2014 Este trabalho apresenta o retroffiting de um prot tipo de elevador did tico utilizando um Controlador L gico Program vel com PIC 16F877A como l gica principal de acionamento e um inversor de frequ ncia CFW 09 para acionar e controlar o motor de indu o trif sico Tal prot tipo foi montado numa estrutura met lica cedida por uma empresa de elevador instalada nesta cidade de Curitiba a qual utilizava tecnologia com controle eletromagn tico j obsoleto no mercado Desta forma poss vel apresentar ao ambiente acad mico o princ pio de funcionamento e controle do sistema de um elevador bem como poder utilizar o prot tipo como atividade acad mica Distribu do em cinco cap tulos ser descrito desde a apresenta o da proposta do projeto os procedimentos metodol gicos descritos no cap tulo 1 a revis o liter ria no cap tulo 2 bem como um hist rico do elevador seu princ pio de funcionamento a l gica de controle bem como a quest o de seguran a do elevador Os passos de montagem do prot tipo podem ser vistos no cap tulo 3 No cap tulo 4 est o descritos os testes e valida o do projeto por final o cap tulo 5 descreve as expectativas alcan adas na conclus o do trabalho Palavras chave Automa o Industrial Elevadores Microcontroladores ABSTRACT Paula Paulo Marcelo de Prot tipo de elevador did tico utilizando controlador program vel com PIC 16F877A 2014 82 f TCC Te
20. M a e V er d aes mam Deg on 17 nao aplicados em novos elevadores 066 699 604606006 Wa pi Figura 2 Componentes basicos do sistema do elevador Fonte www elevadores sc blogspot com br 2014 Na Gr cia segundo DAL MONTE 2000 os sistemas de roldanas e manivelas eram utilizados para transportar materiais pesados nas constru es de monumentos como o Colosso de Rodes est tua que representava o deus do sol Mesmo com os avan os tecnol gicos o transporte de pessoas ainda era perigoso e com muitos riscos de acidentes Foi ent o que Elisha Graves Otis apresenta uma solu o um dispositivo que freia o elevador em caso dos cabos de sustenta o se romper Em 1853 Otis exibe seu invento o freio para elevador no Pal cio de Cristal em Nova York para uma grande plateia como mostrado na Figura 3 Ap s o ano de 1853 que o mercado norte americano de constru o se expande de maneira colossal permitindo a constru o de edif cios com v rios pavimentos favorecendo a verticaliza o das cidades 21 Figura 3 Elisha Graves Otis realizando o teste de seguran a do elevador Fonte www otis com br 2013 Atualmente os elevadores contam com avan os tecnol gicos com sistemas modernos em eletroeletr nica e mec nica permitindo conforto e seguran a para usu rios e profissionais de instala o e manuten o Outro diferencial na modernidade dos elevadores a velocidade de locomo
21. OT TIPO A constru o do prot tipo foi desenvolvida em v rias etapas desde a desmontagem da torre que utilizava tecnologia antiga j obsoleta at a montagem final com sensores placa de controle e integra o com a bancada do inversor de frequ ncia do laborat rio de m quinas especiais 3 1 1 Desmontagem da torre Nesta etapa foram retirados os componentes el tricos placas de sinaliza o contatos secos a carv o e a fia o antiga como mostra a Figura 19 pois tais componentes foram substitu dos pela placa de controle respons vel pela l gica do elevador e o inversor de frequ ncia respons vel pelo acionamento de pot ncia do elevador Os componentes mec nicos engrenagem eixo e polia para acoplamento com o motor de indu o trif sico mostrado na Figura 20 foram preservados para utilizar na movimenta o de subida e descida da plataforma que simula a cabina do elevador 41 Figura 19 Torre simuladora de poco com componenies antigos Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria Figura 20 Polia para acoplamento com motor de indu o trif sico Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria Para a desmontagem foi necess rio utilizar ferramentas adequadas para n o comprometer a estrutura a qual foi aproveitada e tamb m para que os trabalhos fossem realizados com seguran a Al m das ferramentas foi necess rio tamb m o uso de EPI s Os equipamentos de prote o e as ferrament
22. Para um entendimento pr vio sobre o funcionamento b sico do sistema do elevador ser descrito como ocorre a integra o dos elementos citados anteriormente Quando um usu rio realiza uma chamada num determinado pavimento o sinal percebido pelo M dulo Principal o qual trata a informa o conforme ser descrito no escopo do trabalho enviando um determinado sinal para o subsistema de acionamento que por sua vez realiza as tarefas parametrizadas A comunica o entre os elementos constante 19 2 REVIS O LITER RIA Neste cap tulo ser o apresentados os conceitos b sicos do sistema do elevador com suas fun es e import ncia que cada elemento tem na composi o do sistema do elevador tamb m ser exposta um breve hist rico sobre elevador al m das quest es de seguran a do sistema tendo em vista que um sistema de transporte vertical de passageiros e de cargas al m da l gica b sica do princ pio de funcionamento de um elevador convencional 2 1 O SISTEMA DO ELEVADOR O elevador composto por um sistema complexo para seu funcionamento seguro e confort vel afinal ir transportar cargas e passageiros e para garantir a seguran a dos usu rios existem v rios elementos no sistema do elevador A Figura 2 ilustra os componentes b sicos do sistema de um elevador el trico de passageiro convencional 2 2 BREVE HIST RICO DO ELEVADOR O elevador um importante meio de transporte desde tempos remotos com a
23. S DE DESENVOLVIMENTO siso osssasecsiesssanios ensinar ennresres paes 40 3 1 CONSTRU O DO PROT TIPO eee cas co een kes Oe ae OR 40 3 1 1 Desmontagem da omnes RN RONCAR RSRSRS cee 40 3 1 2 Montagem dos componentes el tricos ENEE 42 3 1 3 Montagem do motor de indu o E 47 3 2 CONTROLADOR LOGICO E 47 ER le Ee e 48 3 2 2 Sa das discretas rel axes tasas fas ssa lr Geto SSEA dad assar 49 3 2 3 Microcontrolador PIC16F877A aeee aaa 49 3 2 4 Alimenta o da placa e rrreeeaaaaaaaaaaaaarreeaaaa nana 51 3 2 5 L gica de controle EE 52 3 3 CONTROLE Ree CR KEE 54 3 4 SOFTWARE DO MICROCONTROLAIDOH 55 95 ESQUEMA ELETRICO EE 58 4 TESTES DE VALIDA O re eeteeeeeeeeeeeeeeererererereero 60 4 1 TESTES DA TORRE E BANCADA teeet eege erer sie e desabar 60 4 1 1 Teste da liga o Cl6trica AEN 60 4 1 2 Conjunto MECANICO DEE 63 4 1 3 Bancada do inversor de frequ ncia eae 64 4 2 TESTES DA PLACA DESCENTE geed ENEE 65 4 2 1 Teste de conex es EE 65 Aero Teste da l gica de Contolera aiaa ni iia Sines 67 9 CONCLUS ES css is ace gs O posed ne tides Sa dg A La 73 5 1 DIFICULDADES ENCONTRADAS EE 73 SNE 74 REFERENCIAS ee eege 75 AP NDICE A PAR METROS DO INVERSOR DE FREOUENOA 78 ANEXO A DETALHES DO INVERSOR DE FREQUENCIA 79 ANEXO B DETALHES IMPORTANTES DA PLACA DE CONTROLE 81 13 1 INTRODU O Como os avan os da tecnolo
24. UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARANA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ELETROTECNICA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM ELETROT CNICA AUTOMA O INDUSTRIAL PAULO MARCELO DE PAULA PROTOTIPO DE ELEVADOR DIDATICO UTILIZANDO CONTROLADOR PROGRAMAVEL COM PIC16F877A TRABALHO DE CONCLUSAO DE CURSO CURITIBA 2014 PAULO MARCELO DE PAULA PROTOTIPO DE ELEVADOR DIDATICO UTILIZANDO CONTROLADOR PROGRAMAVEL COM PIC16F877A Trabalho de Conclusao de Curso apresentado a disciplina Trabalho de Diplomagao como requisito parcial obten o do titulo de Tecn logo em Automa o Industrial do curso de Tecnologia em Automa o Industrial promovido pela Universidade Tecnol gica Federal do Paran UTFPR Campus Curitiba Orientador Walter Denis Cruz Sanchez Dr Eng CURITIBA 2014 PAULO MARCELO DE PAULA PROTOTIPO DE ELEVADOR DIDATICO UTILIZANDO CONTROLADOR PROGRAMAVEL COM PIC16F877A Este Trabalho de Diploma o foi julgado e aprovado como requisito parcial para a obten o do T tulo de Tecn logo em Eletrot cnica Modalidade Automa o Industrial do Curso Superior de Tecnologia em Automa o Industrial da Universidade Tecnol gica Federal do Paran Curitiba 09 de Junho de 2014 Prof Jos da Silva Maia M Sc Coordenador de Curso Departamento Acad mico de Eletrot cnica Prof Rafael Fontes Souto M Sc Responsavel pelo Trabalho de Conclusao de Curso da Tecnologia Departamento Acad mico de Eletrot cnica
25. a o sistema do elevador tamb m vai parar se n o possuir um sistema de no break por m segundo a norma NM 207 2003 todo o elevador deve possuir um m dulo aut nomo de ilumina o de emerg ncia e garantir alimenta o para o alarme sonoro e intercomunicador para os usu rios dentro da cabina Para o resgate de passageiro retido na cabina a norma NBR 15597 2010 determina que apenas os profissionais de manuten o de elevador o Corpo de Bombeiros e a Brigada de Inc ndio devidamente treinados e certificados que podem realizar esse procedimento Tendo em vista a determina o da referida norma o passageiro n o deve tentar sair sozinho da cabina em nenhuma hip tese pois a parte externa da cabina possui muitos componentes el tricos e mec nicos que aumenta o risco eminente de acidentes Ainda segundo a norma NM 207 2003 o sistema do elevador deve possuir sensores instalados na caixa de corrida denominados limites de parada e limites finais para detectar uma poss vel falha no sistema de controle permitindo a cabina ultrapassar os limites de nivelamento dos andares extremos inferior e ou superior Esses sensores limites fim de curso cortam o circuito de seguran a do elevador obrigando a parada for ada de todo o sistema do elevador Pode se citar como exemplo o elevador em movimento de subida passando pelo sensor de desacelera o do ltimo pavimento e se ocorrer falha no sensor a cabina continuar em velocidade nominal
26. ala de tens o alternada 3 Testar a resposta aos Confirmar resposta dos Com uso das chaves de OK par metros em modo manual par metros gravados comando da bancada Garantir o funcionamento Testar a resposta aos bes E A correto em rela o Atrav s de chamados nas 6 par metros em modo x 3 OK SS resposta aos parametros botoeiras de pavimento automatico gravados Fonte Autoria propria Foi necess rio realizar ajustes em alguns par metros do inversor para melhorar o conforto na acelera o desacelera o e parada da cabina Seguem abaixo no Quadro 7 os par metros que foram necess rios reajustes conforme a resposta aos comandos da torre Quadro 7 Rela o dos ajustes dos par meiros do inversor PAR METRO VALOR ANTERIOR VALOR POSTERIOR P 100 2 0 5 0 P 101 1 5 2 0 P 124 100 80 P 125 150 100 P 126 900 700 Fonte Autoria propria 4 2 TESTES DA PLACA DE CONTROLE Os testes da placa de controle foram realizados com a finalidade de verifica o das liga es el tricas e conex es com seus perif ricos sensores bot es indicadores a LED bancada do inversor e validar a l gica de controle descrita no Cap tulo 3 4 2 1 Teste de conex es Nesta subse o ser exemplificado apenas um teste realizado simulando a posi o da plataforma e a resposta a um chamado realizado todos os outros testes com a plataforma em outras posi es e chamado em outros pavi
27. ar 1 repetindo para os outros andares int FuncAndar_1 output low pin c5 N o pode ser feito chamada no andar Pino4 0 Segundos 0 if Pino3 1 posi o terreo delay_ms 2000 MovimentaElevador saida 2 sobe para o 1 andar Andar 0 Pino3 0 output low pin c4 return O if Pino5 1 posigao 2 andar delay_ms 2000 MovimentaElevador saida_1 desce para 1 andar Andar 2 Pino5 0 output_low pin_c6 return 0 if Pino6 1 posi o 3 andar delay ms 2000 MovimentaElevador saida 1 desce para 1 andar Andar 3 Pino6 0 output_low pin_c7 return 0 while Andar 1 output_low pin_c5 N o pode ser feito chamada no 1 andar Pino4 0 if Pino3 1 delay_ms 2000 MovimentaElevador saida_2 sobe para o 1 andar Andar 0 Pino3 0 output_low pin_c4 return 0 if Pino5 1 delay_ms 2000 MovimentaElevador saida_1 desce para 1 andar Andar 2 Pino5 0 output_low pin_c6 return 0 if Pino6 1 delay_ms 2000 MovimentaElevador saida_1 Andar 3 Pino6 0 output_low pin_c7 return 0 if input PIN_B4 0 return 0 58 desce para andar Se desligar o sistema retorna para o MAIN Fim do WHILE Fim da fun o FuncAndar_1 A fun o a seguir serve para que a l gica do controlador esteja em funcionamento enquanto o sistema estiver ligado e a
28. ar a quantidade de pavimentos alterando se o programa ou utilizar outros m dulos de controle program vel conforme a necessidade do projeto Pode se ainda utilizar outros controles como por exemplo implementar um sistema supervis rio para integrar o sistema como uma IHM interface homen m quina 75 REFER NCIAS AD ELEVADORES s d www adelevadores com br Acesso em 15 de Outubro de 2013 dispon vel em http www adelevadores com br entenda o sistema de funcionamento do elevador hidraulico ALDAB R 2001 Qualidade na energia el trica S o Paulo Atliber ALVES J L 2005 Instrumenta o controle e automa o de processos Rio de Janeiro LTC ATLAS SCHINDLER ELEVADORES 2008 Manual de transporte vertical 52 BOHNEN s d www bohnen com br Acesso em 13 de Novembro de 2013 dispon vel em http www bohnen com br fck_upload image 5_4 semleg seguranca jpg CAMPOS M M amp Saito K 2004 Sistemas inteligentes em controle e automa o de processos Rio de Janeiro Editora Cie ncia Moderna LTDA CAPELLI A 2006 Automa o industrial controle do movimento e processos cont nuos S o Paulo Erica CREL ELEVADORES s d www crel com br Acesso em 15 de Outubro de 2013 dispon vel em http www crel com br portal images stories Botoeira insp Poco Elevador jpg DAL MONTE P J 2000 Elevadores e Escadas Rolantes Rio de Janeiro Interci ncia ENVOLVERDE s d www
29. as Podem ser instaladas apenas no painel de opera o dentro da cabina ou tamb m nos pavimentos de acesso A Figura 10 ilustra uma condi o na qual o usu rio faz a chamada para o andar desejado atrav s da botoeira e o sistema solicita a sua impress o digital logo cruza as informa es com o banco de dados gravados na mem ria do controlador presente no quadro de comando o qual registra a solicita o e executa os passos para atendimento chamada 2 10 2 Controle por c digo de senha Diferente do sistema biom trico qualquer usu rio pode realizar uma chamada em botoeiras instaladas no pavimento por m dentro da cabina apenas usu rios que possuem c digo da senha podem concluir a chamada Quando o controlador l gico detecta uma chamada realizada pela botoeira de cabina registra apenas se for digitado o c digo gravado em sua mem ria confirmado o c digo registrada a chamada na memoria vol til e o controlador executa as tarefas para atendimento ao chamado como mostra a Figura 11 31 Figura 10 Sistema de chamado por controle biom trico Fonte www envolverde com br 2013 CONTROLE LOGICO SOLICITA CODIGO DA SENHA USUARIO DIGITA C DIGO USUARIO DIGITA O ANDAR DESEJADO PELA CABINA CONTROLADOR LOGICO REGISTRA CHAMADO SISTEMA EXECUTA ATENDIMENTO AO CHAMADO Figura 11 Fluxograma do sistema de controle de chamada por c digo de senha Fonte Autoria pr pria 32 2 10 3 Controle por su
30. as a rel de eletroduto met lico program vels agg be er We IER ak ps ag mm Entrada de alimenta o de rede Sa da para alimenta o do motor 2 sa das anal gicas program veis Conex o do link CC para Indutor de entrada Retificador em barramento CC nico Unidade retificadora regenerativa Conex o para resistor de frenagem WE g www weg net Tipos de Montagem Blocodiagrama 1 2 Conex o indutor opcional somente s partir da mecSnics 2 1 2 Conex o LINK CC 1 e2 Conex o pers resistor de fanagem somente at macSnics 7 sendo op o pars mec nica de 4 a 7 80 Os Inversores CFWO9 permitem montagem flex vel sendo poss vel al m do modo de fixa o tradicional pela Base tamb m o modo de fixa o pela Flange possibilitando desta forma montar o dissipador de calor para tr s da placa de montagem Esta op o de montagem resultar em uma canaliza o do ar quente gerado pelos componentes de pot ncia dentro do painel facilitando assim sua condu o para fora do mesmo e alnda permitir minimizar o sobreaquecimento do Inversor decorrente das fontes geradoras de calor perif ricas dentro do palnel Montagem pela BASE Montagem pela FLANGE S Ga xs de Estada do Bue dear n hacas Falta de fase somente a partir da mec nica 3 Fontes para eletr nicos e interfaces entre pot ncias controle 2 sads ans 14 bits Entradas
31. as antigos que utilizam l gica de rel s e comando eletromagn tico por controles e acionamentos eletr nicos sendo um sistema composto com microcontrolador PIC mem rias program veis e Inversores de frequ ncia Outra quest o importante segundo CAPELLI 2006 a efici ncia energ tica que pode ser alcan ada com a melhoria no sistema substituindo acionamentos eletromagn ticos que possuem baixo fator de pot ncia por elementos eletr nicos com maior fator de pot ncia Lembrando que um sistema de elevador trabalha de maneira autom tica com uma interven o m nima do usu rio pois necess rio apenas que o usu rio realize uma chamada com um simples toque no bot o todo o processo de 14 z atendimento chamada realizado de maneira autom tica pelo sistema da a rela o com o curso de Automa o Industrial Em um sistema de elevador s o encontrados v rios instrumentos com fun es distintas para o correto funcionamento da malha de controle Segundo ALVES 2005 de acordo com a fun o desempenhada encontram se os seguintes instrumentos no sistema de elevador sensores transdutores indicadores transmissores controladores conversores chaves est ticas e din micas entre outros O sistema do elevador composto basicamente por quatro subsistemas distintos mas que executam as tarefas de forma integrada s o eles Subsistema de Controle L gico recebe os sinais de po o executando fun es l gica
32. as entradas e sa das do Clp Pic40 que consuma energia el trica esse consumo deve ser somado para o correto dimensionamento da fonte de corrente cont nua 14 Real Time Clock Calend rio RTC DS1307 item opcional 85 um Cl dedicado para fazer um rel gio calend rio fornecendo segundos minutos horas dias dia da semana m s e ano As datas dos finais dos meses s o automaticamente ajustadas incluindo corre es para o ano bissexto 15 Mem ria Flash Exemplo 24C256 item opcional Essa mem ria utiliza o barramento 12C para se comunicar com o microcontrolador A capacidade de armazenamento da memoria a ser utilizada deve ser escolhida pelo usu rio de acordo com a necessidade de seu projeto 16 Tens o de refer ncia de 4 096V MCP1541 item opcional Utilizado quando se necessita de uma tens o de referencia mais est vel para a entrada anal gica 17 Bot o de reset do sistema
33. as foram utilizados em todo o desenvolvimento tanto para desmontagem como para a montagem No Quadro 1 est a rela o das ferramentas e EPI s utilizados 42 Quadro 1 Rela o de ferramentas e EPI s utilizados DESCRI O QUANTIDADE Chave de fenda 1 4 Ferramenta Chave de fenda 1 8 Ferramenta Chave de boca 17 mm Ferramenta Chave de boca 10 mm Ferramenta Alicate de bico Ferramenta Alicate universal Ferramenta Alicate de corte transversal Ferramenta 2 3 4 5 6 7 8 Serra manual Ferramenta co Martelo Ferramenta s oO Lima chata Ferramenta Furadeira parafusadeira Ferramenta Broca 5 mm Ferramenta i N al o Broca 8 mm Ferramenta ik BH Luva pigmentada EPI ol Luva de poli ster EPI culos de prote o EPI md op N Cal ado de prote o EPI Fonte Autoria pr pria 3 1 2 Montagem dos componentes el tricos Ap s a retirada dos componentes antigos os quais n o ser o mais necess rios deu se in cio montagem dos componentes eletr nicos e sensores os quais fazem parte do prot tipo Foram instalados quatro sensores para indicar o nivelamento dos quatro pavimentos Figura 21 e dois sensores o para limite final um de subida e um de descida Na plataforma foi instalado um sensor micro switch para indicar ao controlador l gico o in cio da desacelera o da cabina como mostra a Figura 22 Ap s a
34. cnologia em Automa o Industrial Universidade Tecnol gica Federal do Paran Curitiba 2014 This work presents the retrofitting of a prototype teaching lift using a Programmable Logic Controller with PIC 16F877A as main logical drive and a frequency inverter CFW 09 to trigger and control the three phase induction motor This prototype was mounted on a metal frame courtesy of a company elevator installed in the city of Curitiba which used obsolete technology with electromagnetic control the market Thus it is possible to present the academic environment and the principle of operation of an elevator control system as well as to use the prototype as an academic activity Distributed into five chapters will be described since the submission of the project proposal the methodological procedures described in Chapter 1 the literature review in Chapter 2 as well as a history of the lift its operating principle control logic and safety issue the elevator The steps of assembling the prototype can be seen in Chapter 3 Chapter 4 describes the testing and validation of the project by the end of Chapter 5 describes the expectations reached at job completion Keywords Industrial Automation Elevators Microcontrollers LISTA DE FIGURAS Figura 1 Representa o dos subsistemas do elevador cccceeeeeeeeeeetteeeeeeeees 18 Figura 2 Componentes b sicos do sistema do elevador 20 Figura 3 Elisha Graves Otis reali
35. da Desce plataforma ate posi o inicial andar 1 Plataforma no 1 andar sistema inicializado Figura 42 Fluxograma da l gica de controle para falta de energia Fonte Autoria pr pria Item 14 p gina 78 Norma MERCOSUL NM 207 73 5 CONCLUS ES Na conclus o deste trabalho pode se identificar os aspectos positivos tais como fixar o aprendizado acad mico com uma situa o pr tica alcance dos objetivos propostos e as aplica es dos conceitos e experimentos aqui apresentados Considera se dessa forma que o objetivo de disponibilizar um prot tipo de elevador did tico utilizando controlador program vel foi alcan ado pois foi poss vel realizar melhorias na torre utilizando os conceitos obtidos no referencial te rico al m da integra o com os conhecimentos adquiridos em diversas disciplinas ministradas em sala de aula Tendo em vista a l gica de controle e a disposi o de sensores serem configur veis o prot tipo pode ser utilizado nas aulas de sistemas microcontrolados acionamento eletr nico de m quinas e ainda em disciplinas de ensino de programa o de PLC Conforme os testes realizados n o foram observados erros pois a l gica de controle respondeu conforme os conceitos e normas t cnicas descritos no Cap tulo 2 Com rela o integra o entre a placa de controle e o acionamento com o inversor de frequ ncia n o foram observados erros validando dessa forma as conex es e a l
36. da DI4 Fun o entrada DI5 Fun o entrada DI6 Fun o entrada DI7 Fun o entrada DI8 Tens o nominal do motor Corrente nominal do motor Velocidade nominal do motor Frequ ncia nominal do motor Pot ncia nominal do motor Ventila o do motor 00 N 0 01 Go Po co o CH NININJOJO O N R 00 O0 79 ANEXO A DETALHES DO INVERSOR DE FREQU NCIA Grau de Prote o NEMA 1 IP20 Flange para montagem M dulo de Interface serlal do dissipador RS 232 opcional para Interliga o a DO cn i ee opclonalmente um microcomputador PC atr s da placa lle DI de montagem Interface Display de LEDs 7 segmentos Homem M quina destac vel com duplo display LCD LEDs Display de cristal multi idlomas e l quido LCD fun o COPY 2 linhas de 16 caracteres Microcontrolador de alta performance do tipo RISC M dulos de redes de 32 Bits de comunica o FleldBus para Cart o de controle ProfiBus DP opcional em SMD padr o DeviceNet opcional para toda a gama DeviceNet Drive Profile de pot ncias opcional ModBus RTU M dulos opcionais Incorporado de expans o de fun es para Interface 6 entradas digltals serlal RS 485 isoladas program veis Entrada e sa das adicionais 2 entradas anal gicas ati program veis Sistema de passagem de cabos e conex o 3 sa d
37. dispon vel durante o per odo do curso Um prot tipo de elevador instalado no laborat rio pode al m de integrar as disciplinas ministradas fornecer um in cio na ambienta o do sistema do elevador al m da compreens o da evolu o tecnol gica e o desenvolvimento de novas tecnologias na rea de elevadores 16 1 3 OBJETIVOS Disponibilizar um prot tipo de elevador did tico no Laborat rio de M quinas Especiais da UTFPR Campus Curitiba para estudos nas aulas ministradas em diversas disciplinas do Departamento de Eletrot cnica DAELT 1 3 1 Objetivo geral Realizar retrofitting de um prot tipo de elevador did tico utilizando controlador l gico program vel com PIC 16F877A 1 3 2 Objetivos espec ficos e Buscar e demonstrar as informa es necess rias sobre normas t cnicas aplicadas no sistema de elevador e Identificar no referencial te rico os conceitos necess rios aplicados no sistema de elevador e Elaborar o projeto de desenvolvimento do elevador did tico Parte el trica Parte mec nica Parte Eletr nica e Elaborar guia de procedimentos para a documenta o necess ria a ser arquivada proporcionando futuras consultas 1 4 JUSTIFICATIVA A compreens o de funcionamento do sistema de elevador e a integra o das disciplinas ministradas nos cursos que envolvem automa o industrial com o prot tipo podem ser uma ferramenta valiosa para os alunos pois ser poss vel desenvolver os
38. e da necessidade do aprofundamento na teoria do tema procurando poss veis solu es Adequa o tecnol gica em laborat rio do prot tipo de elevador did tico incorporando as parte mais importantes tais como parte mec nica e el trica 1 6 REFERENCIAL TE RICO Como referencial te rico ser utilizado consulta s normas t cnicas que regem o sistema do elevador tais como NBR 207 NBR 5666 e NBR 5665 entre outras consulta a material cedido por empresas do ramo e bibliografia sobre os conceitos t cnicos de automa o que comp em o sistema de elevador No fluxograma da Figura 1 est o representados os subsistemas que comp em o sistema do elevador Observa se na comunica o entre os subsistemas 18 que o subsistema de Controle L gico se comunica com todos os outros de maneira transmiss o e recep o de sinais SUBSISTEMA DE SUBSISTEMA SINAIS CONTROLE L GICO SUBSISTEMA DE SUBSISTEMA DE ACIONAMENTO POT NCIA Figura 1 Representa o dos subsistemas do elevador Fonte Autoria pr pria No sistema do elevador t m se os seguintes elementos e M dulo Principal controlador l gico que comanda todo o sistema do elevador o qual considerado o c rebro do sistema e Torre do prot tipo sistema mec nico composto por sensores redutor e fia o e Acionamento do elevador composto por inversor de frequ ncia e ou comandos eletromagn ticos respons veis pelo acionamento e controle do motor do elevador
39. e ref gio 10 Guias do contrapeso 11 Guias do carro 12 Interruptor de ilumina o do po o oculto 13 Interruptor de ilumina o da caixa 14 Piso do po o 15 Parede de fechamento Figura 6 Componentes do po o do elevador Fonte www crel com br 2014 2 6 CASA DE M QUINAS Na casa de m quinas s o instalados os componentes mec nicos m quina de tra o redutor polia de desvio limitador de velocidade e eletroeletr nicos quadro de comando quadro de alimenta o el trica sistema de emerg ncia 25 autotransformador respons veis pelo controle l gico e acionamento da movimenta o da cabina 2 6 1 Quadro de comando O quadro de comando Figura 7 um componente eletroeletr nico respons vel pelo controle l gico e pot ncia do elevador ou seja ele que possui o controlador l gico e a unidade de pot ncia inversor de frequ ncia Figura 7 Quadro de comando eletr nico do elevador Fonte Autoria pr pria 2 6 2 Conjunto motor redutor O conjunto motor redutor composto por um motor de indu o trif sico e a m quina de tra o no caso de elevadores el tricos os quais s o respons veis por subir descer a cabina na caixa de corrida Segundo RUDENKO 1976 tamb m faz parte deste conjunto os cabos de tra o e freio eletromagn tico Na Figura 8 pode se visualizar o redutor de velocidade e o acoplamento com o motor 26 Figura 8 Conjunto motor e redutor para tra o da
40. envolverde com br Acesso em 15 de Outubro de 2013 dispon vel em http www envolverde com br portal wp content ploads 201 4 02 thy2 jpg 76 HABITISSIMO s d www habitissimo com br Acesso em 13 de Novembro de 2013 dispon vel em_hittp static habitissimo com br photos business big cabine altivus 254699 jpg JUNGHANS D 2007 Curso t cnico em eletrot cnica m dulo 1 Curitiba Base Did ticos MECATRONICA ATUAL s d www mecatronicaatual com br Acesso em 13 de Outubro de 2018 dispon vel em http www mecatronicaatual com br files i mage figura 2 inversores frequencia 3 pg OTIS ELEVADORES 2013 www otis com Acesso em 21 de Outubro de 2013 dispon vel em http www otis com site br Pages OtisHistory aspx menulD 6 PEREIRA F 2007 Microcontroladores PIC Programa o em C S o Paulo rica RASHID M H 2001 Eletr nica de pot ncia circuitos dispositivos e aplica es S o Paulo Makron Books ROS RIO J M 2005 Princ pios de mecatr nica S o Paulo Prentice Hall RUDENKO N 1976 M quinas de eleva o e transporte Rio de Janeiro Livros T cnicos e Cient ficos SCHINDLER ELEVADORES s d www schindler com Acesso em 13 de Outubro de 2018 dispon vel em http Awww schindler com content dam web br PDFs NI Schindler D pdf SILVEIRA P R amp SANTOS W E 2010 Automa o e Controle Discreto Sao Paulo rica T cnicas A B 1987 NBR 10098 Elevado
41. gia caminham cada vez mais num ritmo acelerado as empresas de transporte vertical tamb m procuram sempre atualizar os sistemas de controle e acionamentos de elevadores seja no desenvolvimento de novos produtos ou modernizar os equipamentos com tecnologia antiga pois segundo ROS RIO 2005 o desenvolvimento de circuitos integrados proporcionaram avan os na microeletr nica evoluindo de forma consider vel os dispositivos eletr nicos presentes no sistema de elevador Os elevadores novos no mercado j contam com a tecnologia da eletr nica e microeletr nica tanto para o controle l gico do sistema do elevador como para o sistema de acionamento de pot ncia por m ainda existem muitos equipamentos com sistemas antigos controlados com l gica de rel s e acionamentos com dispositivos eletromagn ticos os quais necessitam sofrer moderniza o em seu sistema seja para adequar modernidade ou uma quest o de sustentabilidade O presente estudo sugere o desenvolvimento de um elevador did tico no laborat rio de M quinas Especiais do DAELT da UTFPR utilizando um equipamento mec nico modulo de simulador de po o presente no laborat rio com o qual poder desenvolver melhorias no sistema de elevador com a finalidade did tica de inova es tecnol gicas Esse equipamento foi uma doa o feita por uma empresa no setor de transporte vertical Cada empresa de elevador possui seus estudos no desenvolvimento tecnol gico substituindo os sistem
42. gura 21 Micro switch de parada de pavimento sssssssenneeesserrrrrrrrrssserrrrrren 43 Figura 22 Micro switch utilizado para sensor de desacelera o 43 Figura 23 Fonte chaveada instalada ao lado do controlador l gico 44 Figura 24 Detalhe da liga o de um sensor de pavimento ao controlador l gico 45 Figura 25 Liga o de todos os sensores ao controlador l gico 45 Figura 26 Conex es para comunica o da torre com a bancada do inversor 46 Figura 27 Chave liga desliga e os bot es de chamada 46 Figura 28 Acoplamento do motor com a Tome 48 Figura 29 Placa de ite 50 Figura 30 Fonte chaveada de Zwee 51 Figura 31 Fluxograma de atendimento a uma chamada A 53 Figura 32 Inversor de frequ ncia WEG CFW Op 54 Figura 33 Teste de conex o com a bancada serrana 61 Figura 34 Teste de alimenta o dos Sensores erra 62 Figura 35 Teste da alimenta o da placa de controle sssseeeseseenenrnneeeeererennn 62 Figura 36 Teste de resposta dos sensores e eeseererrrenaea 63 Figura 37 Engrenagem da torre simuladora nsssseeseeeennrnrntneseerennenrnrnssserrrren ne 64 Figura 38 Registro de chamado ascendente nos pavimentos 2 3 4 68 Figura 39 Registro de chamados descendente nos pavimentos 3 2 e 1 69 Figura 40
43. iga o el trica do circuito 5 1 DIFICULDADES ENCONTRADAS Na montagem do prot tipo houve a dificuldade em acoplar o motor de indu o com a torre simuladora tendo em vista o di metro da polia existente e a forma da polia pois no sistema de controle e acionamento antigo no qual a torre era utilizada a tra o do sistema era por fita de a o acoplando a torre cabina do elevador na caixa de corrida foi necess rio ent o adaptar a polia correia tipo V Outra observa o foi em rela o aos par metros de ajuste do inversor de frequ ncia na subida em alguns momentos o inversor registrou erro indicando falta de fase no motor de indu o A corre o foi feita ajustando se os par metros P404 pot ncia do motor e P401 corrente nominal pois a corrente nominal do motor 2 4A e a pot ncia 0 16 cv como para o inversor de frequ ncia CFWO9 a pot ncia 74 minima de 0 33 cv ent o foi necess rio ajustar a corrente nominal em 1 2A e a pot ncia em 0 33 cv N o foi poss vel substituir o motor atual por causa da rota o necess ria para acionar o sistema mec nico devendo ser na faixa de 600rpm a 900rpm 5 2 MELHORIAS FUTURAS O prot tipo de elevador did tico pode ser configurado para se fazer melhorias e ou modifica es futuras conforme a necessidade do projeto A torre simuladora pode receber mais sensores fazendo a plataforma atender mais pavimentos A l gica de controle pode ser configurada para aument
44. ionamentos eletromagn ticos s o realizados com contatores de pot ncia pois a corrente de acionamento dos elevadores que possuem contatores varia de dezenas at centenas de amp res conforme a pot ncia dos motores de indu o utilizados Uma particularidade dos acionamentos com contatores que os motores dos elevadores possuem dois enrolamentos denominados enrolamentos de baixa e de alta velocidade Quando iniciado o movimento da cabina acionado o motor em velocidade alta ao chegar zona de redu o o controlador l gico comuta os contatores acionando o motor de baixa at a zona de nivelamento onde desligado do motor e atuado o freio mec nico para concluir a parada da cabina Na Figura 15 demonstrado um acionamento de um motor de indu o trif sico com emprego de contatores O esquema da Figura 15 de uma partida estrela tri ngulo muito comum em acionamentos de m quinas el tricas 2 11 2 Acionamentos com tiristores de pot ncia Os tiristores de pot ncia Figura 16 s o dispositivos semicondutores com capacidade de controlar altas correntes Possuem tr s terminais um anodo um catodo e um gatilho Quando uma corrente passa do terminal do gatilho para o catodo o tiristor conduz desde que o anodo esteja em um potencial maior que o do catodo RASHID 2001 P gina 6 36 O acionamento com tiristores em elevadores consiste em controlar o chaveamento dos tiristores em meia onda apenas na acelera o
45. is o circuito de seguran a e de porta est em n vel baixo ou seja a plataforma est no limite inferior e com as portas abertas Item 2 entradas E1 E5 E7 E10 e E11 ativas n vel alto Resultado sa das S2 liga para do inversor S4 refer ncia 2 de velocidade e S6 em n vel alto indicando que o controle determinou acelera o em sentido de subida para atender o chamado para o pavimento 2 pois nesta situa o a plataforma j est fora do limite inferior e as portas fechadas Item 3 a entrada E7 bot o de chamado do 2 pavimento nesse caso j n o importa o seu n vel pois as entradas de chamado de pavimento tem caracter stica 67 apenas de pulso Com as outras entradas em nivel baixo somente as entradas E10 e E11 em nivel alto as sa das continuam como o item 2 Item 4 neste item ocorre a comuta o da entrada E5 indicando que a plataforma atingiu o sensor de desacelera o ent o a sa da S4 comuta para n vel baixo indicando velocidade de refer ncia 1 para desacelerar o motor e reduzir a velocidade da plataforma Item 5 entradas E2 sensor de posi o da plataforma no 2 pavimento E5 sensor de desacelera o e10 e E11 em n vel alto e demais entradas em n vel baixo Todas as sa das em n vel baixo indica que o chamado para o 2 pavimento foi atendido e a plataforma est nivelada controlador est pronto para atender pr ximo chamado 4 2 2 Teste da l gica de controle O teste da l gica de con
46. izado o teste de verifica o de todo o sistema mec nico da torre incluindo movimenta o correta e livre das engrenagens e a lubrifica o das partes O Quadro 5 descreve o teste realizado no conjunto mec nico 64 Figura 37 Engrenagem da torre simuladora Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria Quadro 5 Testes no conjunto mec nico ITEM PROCEDIMENTO OBJETIVO MODO RESULTADO Confirmar lubrifica o e E z Testar as engrenagens com Movimenta o das pe as de ON beer movimento livre do sistema OK sistema el trico desligado forma manual com seguran a Confirmar movimento livre p Testar as engrenagens com i Realizando chamados nas 2 papa do sistema em modo j OK sistema el trico ligado S botoeiras de pavimentos automatico Fonte Autoria propria 4 1 3 Bancada do inversor de frequ ncia Nessa fase foram feitos os testes el tricos fia o e conex o e aferidos os par metros do inversor CFW 09 conforme a resposta aos comandos de chamadas do elevador conforme o Quadro 6 a seguir Quadro 6 Testes da bancada do inversor 65 ITEM PROCEDIMENTO OBJETIVO MODO RESULTADO x Garantir a comunica o Medi o com multiteste em 1 Testar as conex es com a torre ane OK com a torre e motor escala de continuidade 2 Testar a alimenta o da Confirmar a alimenta o do Medi o com multiteste em OK bancada inversor de frequ ncia esc
47. le de acesso atrav s do elevador A Figura 13 ilustra um exemplo de usu rio realizando uma chamada de cabina utilizando um cart o atrav s do sistema SchindleriDE Figura 13 Sistema de controle por cart o magn tico Fonte www schindler com 2014 Sistema de restri o de acesso desenvolvido pela empresa Schindler Elevadores 34 2 10 5 Controle unificado O sistema de controle unificado consiste em realizar as chamadas do elevador de apenas uma esta o para um conjunto de elevadores Atrav s de um teclado num rico instalado no pavimento permite que o usu rio digite o andar desejado o controlador l gico registra a chamada e calcula qual elevador est mais apto a atender a chamada e mostra no display de LCD o elevador selecionado para o usu rio A Figura 14 ilustra um usu rio realizando chamado pelo sistema ACD XXI indicando que o elevador A ir atender o chamado solicitado Figura 14 Sistema de chamado unificado Fonte www thyssenkruppelevadores com br 2013 7 O sistema ADC XXI foi desenvolvido pela empresa Thyssenkrupp Elevadores 35 2 11 SISTEMAS DE ACIONAMENTO Os diversos acionamentos de elevadores t m como base os acionamentos de motores de corrente alternada os quais variam desde comandos eletromagn ticos at acionamentos com inversores de frequ ncia Neste trabalho ser o apresentados os acionamentos mais comuns para elevadores 2 11 1 Acionamentos eletromagn ticos Os ac
48. lvido no programa MPLab da Microchip Foi escrito em linguagem C pois segundo Pereira 2007 o uso de linguagem C permite a constru o de programas mais complexos do que seria vi vel utilizando Assembly al m de serem mais velozes na resposta e facilidades para compreens o e menor tamanho do programa pois a l gica de controle do elevador complexa Para exemplificar seguem alguns trechos do programa com suas descri es Para que o microcontrolador PIC16F877A possa ser gravado com o programa principal necess rio fazer a configura o inicial pois o compilador CCSC do MPLAB necessita dessas informa es que est o gravadas em sua biblioteca include 16F877A h CP OFF Mem6oria de programa desprotegida contra leitura DEBUG OFF Debug desativado WRT OFF Sem permiss o p escrever na mem ria de programa durante execu o do programa CPD OFF Mem ria Eeprom protegida contra leitura LVP OFF Programa o em baixa tens o desabilitada BODEN OFF Brown out desativado PWRTE ON Power on reset ativado WDT_ OFF WDT desativado XT OSC Oscilador a cristal 4MHz define El portd f0 define E2 portd fl define E3 portd f2 define E4 portd f3 define E5 portd f4 define E6 portd f5 define E7 portd f6 56 define E8 portd f7 define E9 porta fl define E10 porta f2 define E11 porta f3 define E12 porta f4 define S1 portc f0 define S2 portc f2 define S3
49. m elemento importante no sistema do elevador pois poss vel o controle suave de acelera o e desacelera o do motor CA o que proporciona mais conforto no uso do elevador al m da economia de energia el trica e redu o de perdas no motor como redu o de aquecimento em velocidades baixas Segundo Capelli 2006 a efici ncia energ tica pode ser alcan ada com a melhoria no sistema substituindo controles eletromagn ticos que possuem baixo fator de pot ncia por controles eletr nicos no caso o inversor de frequ ncia al m de reduzir os res duos para o meio ambiente O inversor utilizado no prot tipo um modelo WEG CFW 09 Figura 32 montado numa bancada utilizada nas aulas do laborat rio de m quinas especiais da UTFPR No Ap ndice A est descrito a parametriza o do inversor utilizado Figura 32 Inversor de frequ ncia WEG CFW 09 Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria 55 No momento da partida o controlador l gico faz com que a sua sa da S1 v para n vel alto indicando in cio de acelera o para que o inversor fa a o motor partir na refer ncia de velocidade 1 A sa da S2 permanece em n vel baixo no sentido de subida da plataforma e n vel alto para sentido de descida da plataforma Na desacelera o o controlador faz a sa da S3 ir para n vel alto indicando ao inversor a mudan a na refer ncia de velocidade 2 3 4 SOFTWARE DO MICROCONTROLADOR O software do microcontrolador foi desenvo
50. m modo tri ngulo para menor tens o 220V porque a tens o de trabalho do inversor de frequ ncia de 220V 3 2 O CONTROLADOR L GICO O controlador l gico uma placa de circuito impresso desenvolvida pela empresa VW Solu es Ela foi adquirida para realizar o controle l gico do prot tipo de elevador Essa placa foi desenvolvida com base no microcontrolador PIC16F877A por m pode ser utilizado qualquer microcontrolador PIC de 40 pinos da fam lia 16F tendo em vista a compatibilidade dos pinos no suporte do microcontrolador na placa 48 Figura 28 Acoplamento do motor com a torre Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria A placa possui v rias funcionalidades permitindo que os operadores modifiquem vari veis pr estabelecidas no projeto conforme a necessidade do programador composta de 12 entradas digitais 08 sa das rel contatos revers veis 01 entrada anal gica 0 5V ou 0 10V ou 0 20mA com resolu o de 10 bits poss vel instalar um display LCD no conector LCD PortB ou display LCD serial RS232 O equipamento possui tamb m comunica o serial atrav s da porta RS232 ou RS485 selecion vel atrav s de jumper para se comunicar com um PC com outra placa Clp Pic ou com qualquer outro equipamento que possua comunica o serial RS232 ou RS485 3 2 1 Entradas digitais Todas as entradas item 1 Figura 29 s o mapeadas por LEDS S o entradas para contato seco e todos os se
51. mentos foram realizados da mesma forma e os resultados tamb m foram satisfat rios 66 e Procedimento Testar as entradas e sa das da placa de controle simulando chamado para o 2 pavimento com a posi o da plataforma no 1 pavimento e Objetivo Verificar a resposta das saidas da placa de controle conforme os sinais de entrada e Resultado Com os sinais de entrada correspondente aos sensores ativos e realizada a chamada no 2 pavimento atrav s de seu respectivo bot o as sa das responderam conforme mostra o Quadro 8 Quadro 8 Resposta das sa das conforme sinais de entrada W ENTRADAS SAIDA E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 2 3 S4 S5 S6 S7 S8 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 a ojoo ajoj ajojo 1 1 0 1 0 1 0 3 O O Of Of Of Of il O Of 1 1 1 0 1 0 1 0 0 4 0 O O Of 1 O xX olol 1 1 1 Of Of Of io O 5 O Ui 0 Of 1 Of Of O Of 1 1 Oj O Of Of Of O O Fonte Autoria pr pria Item 1 entradas E1 sensor do 1 pavimento E5 sensor de desacelera o e E7 bot o de chamado 2 pavimento ativos Entradas E10 circuito de seguran a e E11 sensor de portas em n vel baixo Resultado sa das todas desativadas n vel Baixo indicando que mesmo a plataforma estando no 1 pavimento e sendo realizado um chamado no 2 pavimento o controlador n o ir acionar a movimenta o po
52. nsores digitais como por exemplo bot es e chaves fim de curso Tamb m poss vel a liga o de sensores de luz LDRs diretamente sensores indutivos capacitivos fotoel tricos A tens o de entrada pode variar entre 7 e 50Vcc para reconhecer estado alto na entrada 49 O Quadro 2 abaixo descreve as entradas digitais do Controlador L gico correspondentes com a nomenclatura dos pinos utilizados no Microcontrolador PIC16877A bem como a respectiva fun o desempenhada para o prot tipo do elevador did tico Quadro 2 Entradas digitais do Controlador L gico ENTRADA NOMENCLATURA FUN O E1 RDO Parada pavimento T E2 RD1 Parada Pavimento 1 E3 RD2 Parada pavimento 2 E4 RD3 Parada pavimento 3 E5 RD4 Sensor de desacelera o E6 RD5 Chamado pavimento T E7 RD6 Chamado pavimento 1 E8 RD7 Chamado pavimento 2 E9 HAT Chamado pavimento 3 E10 RA2 Sensor limites finais de subida e descida E11 RA4 Sensor de abertura de porta E12 RA3 Nao utilizado Fonte Autoria pr pria 3 2 2 Sa das discretas rel Todas as sa das item 2 Figura 29 s o mapeadas por LEDS Atrav s das sa das a rel s poss vel ligar desligar dispositivos conectados rede el trica 127Vca ou 220Vca ou mesmo aqueles alimentados com corrente cont nua Para ambas as fontes de energia o consumo de corrente dos dispositivos n o pode ultrapassar os 7 5A em 1
53. olar os sensores e a plataforma contra contato acidental quando o sistema estiver em funcionamento 45 Figura 24 Detalhe da liga o de um sensor de pavimento ao controlador l gico Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria E Ge Gi Figura 25 Liga o de todos os sensores ao controlador l gico Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria 46 EE Figura 26 Conex es para comunica o da torre com a bancada do inversor Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria Figura 27 Chave liga desliga e os bot es de chamada Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria 47 3 1 3 Montagem do motor de indu o O motor de indu o trif sico o atuador do sistema respons vel pelo deslocamento mec nico da plataforma As caracter sticas principais do motor de indu o utilizado no prot tipo de elevador s o e Pot ncia 0 16 cv e Frequ ncia 60 Hz e Corrente nominal 1 2 A e Tens o nominal 220 Vca ligado em tri ngulo e Rota o 820 rpm e Fator de servi o 1 35 O motor foi instalado em uma base de madeira fixado na torre como mostra a Figura 29 Para acoplar o motor polia de acionamento do sistema mec nico da torre foi utilizada uma correia em V A liga o el trica do motor foi feita atrav s das conex es instaladas na tampa de acr lico descrita anteriormente O motor foi ligado e
54. pervis rio Outro sistema de controle o software supervis rio espec fico para elevadores geralmente s o utilizados os supervis rios em locais onde utilizado um conjunto de dois ou mais elevadores Os locais onde mais frequente o uso de sistemas supervis rios s o edif cios comerciais e ou edif cios p blicos com grande fluxo de passageiros e o controle de acesso um diferencial No sistema supervis rio poss vel realizar chamadas da cabina e do pavimento desligar e ou ligar os elevadores al m de fornecer diagn stico de falhas e defeitos e relat rios sobre o funcionamento dos elevadores para an lise de fluxo de chamadas para determinados pavimentos A Figura 12 ilustra a comunica o direta entre o supervis rio e o controlador l gico no quadro de comando e a comunica o entre a cabina e pavimento com o controlador l gico Sistema supervis no Quadro de comando Cabina e pavimento e Figura 12 Sistema supervisorio Comunica o direta com quadro de comando Fonte Autoria pr pria 33 2 10 4 Controle por cart o magn tico Nesse sistema o controlador l gico do elevador recebe um sinal atrav s da botoeira na qual o usu rio utiliza um cart o magn tico Por meio do banco de dados gravado na mem ria do elevador o sistema faz o atendimento ao chamado solicitado Esse sistema pode ser integrado com sistemas de controle e automa o do edif cio tornando mais seguro e eficiente o contro
55. pois como o sensor de desacelera o falhou o m dulo de controle l gico n o detectar o sinal e n o executar a redu o de velocidade da cabina ent o a cabina ultrapassar o nivelamento e atuar os 3 T cnicas NM 207 Elevadores el tricos aspectos construtivos e seguran a 2003 item 9 7 p ginas 50 e 51 29 sensores de limite de parada e limite final indicando situa o de falha para o controlador o qual ir bloquear o sistema at a interven o da assist ncia t cnica 2 9 COMO FUNCIONA O ELEVADOR Para ocorrer a movimenta o do elevador basta o usu rio realizar uma chamada para um determinado andar logo todo o sistema entra em atividade para executar uma sequ ncia de tarefas Mas essa sequ ncia de tarefas n o t o simples assim como ser visto a seguir e O usuario faz uma chamada num determinado andar via botao de chamado de pavimento e O controlador l gico registra a chamada e compara com a posi o da cabina e Se a posi o da cabina for acima do andar de chamado o controlador registra movimento de descida caso a posi o da cabina for abaixo do andar de chamada o controlador registra movimento para subir por m se a posi o for a mesma do andar de chamada o controlador apenas ir comandar a abertura de porta de cabina se ela estiver fechada e No caso de descida da cabina o controlador verifica todo o circuito de seguran a circuito de portas de pavimento e porta de cabina en
56. re os subsistemas do prot tipo de elevador subsistema de controle subsistema de sinais e subsistema de acionamento Neste cap tulo ser o descritos quais e como foram os procedimentos realizados nos testes O objetivo de cada teste al m dos resultados obtidos com os testes validando a expectativa do projeto 4 1 TESTES DA TORRE E BANCADA O objetivo dos testes da torre e da bancada do inversor garantir o correto funcionamento do sistema do elevador evitar defeitos ocasionados por liga es erradas instala o de sensores acoplamento mec nico conex es frouxas curto circuito e prevenir acidentes conforme a norma regulamentadora NR10 do Minist rio do Trabalho e Emprego MTE 4 1 1 Teste da liga o el trica Esse procedimento foi realizado com o uso de um mult metro digital figura 33 aferindo as liga es el tricas Quadro 4 dos sensores placa de controle conectores e motor conforme tabela abaixo O objetivo desse teste garantir a comunica o dos sinais de entrada e sa da de todos os componentes el tricos do sistema de elevador did tico Quadro 4 Testes das liga es el tricas TESTE DA LIGA OEL TRICA PROCEDIMENTO OBJETIVO MODO RESULTADO Testar a alimenta o dos Confirmar a alimenta o Medi o com multiteste em sensores dos sensores escala de continuidade OK Testar as liga es dos Confirmar a liga o dos comandos dos sensores e suas sensores com placa de conex es controle
57. res el tricos dimens es e condi es do projeto de constru o Rio de Janeiro ABNT T cnicas A B 1977 NBR 5666 Elevadores el tricos de passageiros Rio de Janeiro ABNT BR 77 T cnicas A B 1985 NBR 7192 Projeto fabrica o e instala o de elevadores Rio de Janeiro ABNT T cnicas A B 2003 NM 207 Elevadores el tricos aspectos construtivos e seguran a Rio de Janeiro ABNT BR THYSSENKRUPP ELEVADORES s d Acesso em 15 de OUTUBRO de 2013 disponivel em www thyssenkruppelevadores com br http www thyssenkruppelevadores com br site _img elevadores novos img_adc_05 jpg THYSSENKRUPP ELEVADORES 2013 Seu Elevador Acesso em 15 de Outubro de 2013 disponivel em Thyssenkruppelevadores http www thyssenkruppelevadores com br AP NDICE A PAR METROS DO INVERSOR DE FREQU NCIA ITEM PAR METRO DESCRI O Acesso par metros Tempo de acelera o Tempo de desacelera o Refer ncia tecla Refer ncia JOG ou JOG Refer ncia 1 multispeed Refer ncia 2 multispeed Refer ncia 3 multispeed Refer ncia 4 multispeed Refer ncia 5 multispeed Refer ncia 6 multispeed Refer ncia 7 multispeed Refer ncia de velocidade m nima Refer ncia de velocidade m xima Sele o Local Remoto Sele o refer ncia local Sele o giro local Sele o gira para local Sele o JOG local Sele o de modo de parada Fun o entrada DI1 Fun o entrada DI2 Fun o entrada DI3 Fun o entra
58. s e aritm ticas conforme o programa gravado sendo dessa forma considerado o c rebro do elevador a Subsistema de Acionamento a parte que recebe os sinais provenientes das opera es l gicas do Subsistema de Controle L gico e executa o acionamento do subsistema de Pot ncia Subsistema de Pot ncia a parte que controla os atuadores do sistema do elevador fazendo movimentar o sistema mec nico do elevador motor de tra o motor de operador de porta etc composto por unidades de pot ncia como por exemplo inversores de frequ ncia m dulo com IGBT de pot ncia ciclo conversor entre outros e a Subsistema de Sinais s o os sinais de po o que configuram a interface de controle com o usu rio recebendo os sinais de botoeiras e mostrando os sinais de posi o e dire o do elevador 1 1 DELIMITA O DO TEMA A abrang ncia do tema estar inscrita na rea de elevadores considerando os avan os tecnol gicos na parte de acionamentos controle sinaliza o pot ncia IHM e seguran a Em busca de desenvolvimento tecnol gico em sistemas de elevador a substitui o por controles modernos pode contribuir para a melhoria do sistema e melhor aproveitamento da energia el trica e para tal a integra o entre o 15 conhecimento adquirido em sala de aula e uma situa o pr tica uma condi o imprescind vel para alcan ar o objetivo No escopo da pesquisa proposta ser o utilizadas algumas
59. s e paradas suaves com precis o de nivelamento e redu o de perdas mec nicas causadas por aumento de temperatura dos comandos eletromagn ticos A Figura 18 mostra o diagrama em blocos de um inversor de frequ ncia Prota o id contra surtos o Painal d de controle Programa o h Figura 18 Diagrama em blocos de um inversor de frequ ncia Fonte www mecatronicaatual com br 2014 Circuito de controle Interface VO 1 RASHID 2001 p gina 436 40 3 ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO Ap s os conceitos te ricos apresentados nos cap tulos anteriores este cap tulo ser dedicado para expor as etapas de desenvolvimento do prot tipo do elevador did tico utilizando um m dulo controlador com PIC16F877A Como descrito anteriormente neste trabalho foi utilizado uma torre simuladora de po o j pronta mas com tecnologia obsoleta ent o no desenvolvimento do trabalho foi necess rio desmontar a torre retirando componentes n o aproveitados e instalando outros elementos com a finalidade de atualizar o sistema utilizando tecnologia atual Ser descrito como foi o desenvolvimento dos aspectos construtivos do prot tipo a descri o de instala o e comunica o da placa de controle o software respons vel pelo funcionamento da l gica de controle do m dulo controlador e os hardwares envolvidos no processo do prot tipo de elevador did tico 3 1 CONSTRU O DO PR
60. s t cnicas dispon veis Com o passar dos anos o homem evoluiu seus pensamentos sempre em busca de melhorias e inova es tecnol gicas ocorrendo transforma es com o transporte tamb m evoluindo de tra o animal e humano escravos para sistemas mec nicos e el tricos Um exemplo de transporte vertical segundo Dal Monte 2000 apesar de ser um enigma a maneira como foram constru das as pir mides do Egito como a de Que ps Uma massa colossal com 148 5 metros de altura supostamente edificada em 2850 a C 20 OU 2 G A 01 Quadro de Comando 22 Polia Tensora 4 5 02 M quina de Tra o 23 Limite de Curso F 03 Freio Eletromagn tico 24 Soleira de Pavimento Zeg ee 04 Motor de Tra o 25 Amortecedor de Porta ee 05 Polia de Tra o 26 Botoeira de Andar 33 m 06 Aparelho Seletor 27 Fecho Eletromec nico i J 07 Limitador de Velocidade 28 Indicador de Posi o D 08 Polia Desiocadora 29 Tapa Vista E 09 Fita Seletora 30 Soleira de Cabina Gei E 10 Cabos de Tra o 31 Botoeira de Cabina 11 Cabos do Limitador 32 Operador de Porta Di 12 Cabina 33 Cabos de Manobra Dm 13 Corredica de Cabina 34 Sapatas de Freio 14 Arma o de Cabina 35 Impulsores sensor 15 Guia de Cabina 36 Acoplamento do motor 16 Freio de Seguran a 17 Contrapeso 18 Corredi a de Contrapeso 19 Arma o de Contrapeso 20 Guia de Contrapeso 21 Mola para choque D T
61. scolhida atrav s deste jumper qual meio ir utilizar 5 Jumper de sele o E12 RS485 Se for utilizar a comunica o RS485 a entrada E12 n o poder ser usada com entrada digital pois ter que ser selecionada atrav s deste jumper na posi o RS485 para servir como pino de controle da Rede 485 6 Jumper de sele o da configura o da entrada anal gica Selecionar apenas uma delas a Entrada anal gica de 0 a 10v Jumper J1 fechado e Jumper 0 10v fechado b Entrada anal gica de 0 a 5v Jumper J2 fechado e Jumper 0 5v fechado c Entrada anal gica de 0 a 20mA Jumper J3 fechado e Jumper 0 20mA fechado 7 Entrada anal gica A entrada anal gica do microcontrolador utiliza um A D de 10bits A entrada de sinal pode ser configurada de 03 formas distintas conforme mostra no item anterior sobre a sele o do tipo de entrada utilizada 8 Trimpot P1 Este trimpot utilizado para ajuste fino do sinal aplicado a entrada anal gica do microcontrolador mas somente quando selecionado a configura o de 0 10v jumper J1 fechado e Jumper 0 10v fechado 84 Para efeito de garantir que o sinal no pino Ant pino 02 do microcontrolador seja 5v quando voc estiver com seu sinal no m ximo utilize este trimpot para ajustar para menos se por acaso o seu sinal esteja passando de 5v no pino do microcontrolador e vice versa O importante que para efeito de precis o de calculo este trimpot utilizado para ajustar perfei
62. seguranga correta ou seja enquanto a condi o for verdadeira o programa vai executar o bloco de comandos associado e a condi o novamente avaliada reiniciando o la o chamado de loop infinito while true if input PIN_B4 1 if Andar 0 FuncAndar_TQ if Andar 1 FuncAndar 1 if Andar 2 FuncAndar 2 if Andar 3 FuncAndar 3 3 5 ESQUEMA EL TRICO Sistema ligado O esquema el trico segundo Cavalin amp Ceverlin 2009 a representa o de uma instala o el trica ou partes da instala o a qual indica os pontos de liga o de entradas e sa das de dispositivos instalados num circuito el trico 59 No esquema el trico esta contida toda a liga o el trica do sistema do elevador serve tanto para refer ncia na montagem do equipamento quanto para diagn stico e resolu o de falhas e defeitos pois segundo Junghans 2007 o esquema el trico permite que o projeto seja executado exatamente como definido pelo projetista deve atender as normas de desenho t cnico e abranger o sistema como um todo 60 4 TESTES DE VALIDA O Ap s os trabalhos de desmontagem e montagem do prot tipo de elevador foram realizados os testes no prot tipo com a finalidade de validar as expectativas do projeto Os testes compreendem a fase de funcionamento do prot tipo na pr tica as verifica es de conex es e liga es el tricas bem como a integra o ent
63. t o envia um sinal de comando para a unidade de pot ncia acionar o motor em sentido de descida e Atrav s dos sensores de posi o na caixa de corrida o controlador comuta a posi o da cabina at chegar ao andar solicitado e Quando a cabina se aproximar do andar o controlador envia um sinal para a unidade de pot ncia iniciar a redu o at o momento da parada e Chegando ao destino o controlador envia um sinal para abertura da porta encerrando o atendimento at que nova chamada seja realizada 4 T cnicas NM 207 Elevadores el tricos aspectos construtivos e seguran a 2003 item 10 5 3 gina 63 T cnicas NM 207 Elevadores el tricos aspectos construtivos e seguran a 2003 item 10 5 3 2 p gina 63 30 2 10 SISTEMAS DE CONTROLE DE CHAMADA Um sistema de controle composto por outros subsistemas com o prop sito de controlar as sa das de um determinado processo conforme os comandos das entradas Atualmente h v rios modelos de sistemas de controle de chamadas para elevadores sejam eles de passageiros e ou cargas conforme cada empresa de elevador que possui diferentes tipos de controle por m todos contam com a microeletr nica e uso de microcontroladores al m de PLC s Citam se alguns sistemas de controle de chamada mais utilizados atualmente 2 10 1 Controle por identifica o biom trica um sistema em que apenas usu rios cadastrados com suas digitais podem ter a cesso ao elevador e realizar chamad
64. tala o e uso de elevadores el tricos de passageiros O comando do elevador did tico o Comando Autom tico Coletivo Seletivo ACS ou seja segundo a norma NBR 5666 Elevadores el tricos de passageiros o atendimento aos chamados feito respeitando o sentido da viagem como por exemplo A cabina est no segundo pavimento e realizado uma chamada para o quarto pavimento logo o controle registra a cnamada e aciona a movimenta o para subir por m se houver uma chamada no primeiro pavimento ele ser atendido apenas quando for conclu do o atendimento ao quarto andar Em outro exemplo se a cabina estiver subindo para atendimento de uma chamada e ocorrer uma chamada para um andar pr ximo em que a cabina ainda n o passou ent o o controlador ir preparar a redu o e atendimento a essa chamada Para atender uma chamada o controlador verifica todos os dispositivos de seguran a bem como portas de pavimento e cabina compara a posi o do carro em rela o ao pavimento chamado ent o determina o sentido de movimenta o da cabina acionando o inversor de frequ ncia A Figura 31 mostra o fluxograma do processo Figura 31 Fluxograma de atendimento a uma chamada Fonte Autoria propria 54 3 3 CONTROLE DE ACIONAMENTO O controle do acionamento do motor de indu o realizado atrav s da comunica o entre o controlador l gico placa de controle e o inversor de frequ ncia O inversor de frequ ncia tamb m u
65. tamente os 5v no pino 02 An0 do microcontrolador 9 Conector ICSP in circuit serial programmer Pinagem dispon vel para grava o do microcontrolador Estes pinos dispon veis deixam o cliente livre para utiliza o de seu pr prio gravador se j possuir Quando for fazer a grava o do programa na placa o conector LCD deve estar livre pois ele pode prejudicar a grava o 10 Conector LCD Neste conector fica disponibilizado todo PortB do microcontrolador Normalmente utilizado para instala o de um LCD 16x2 ou 20x4 ou aumentar a quantidade de entradas e sa das atrav s da placa de expans o de I Os Mas o projetista fica livre para utilizar estes pinos de acordo com sua necessidade 11 Porta Serial RS232 Porta serial de uso gen rico TX RX e GND usada para se comunicar com PC outra placa Clp Pic ou qualquer perif rico que utilize este meio de comunica o 12 Porta Serial RS485 item opcional A Porta RS485 nos d a possibilidade de fazer uma rede e interligar at 32 dispositivos Especifica tamb m a dist ncia m xima entre o primeiro e o ltimo dispositivo da rede 1200 Metros O pino do PIC para fazer o Controle o RA3 do porta 13 Alimenta o do Clp Pic40 Borne de alimenta o da placa Clp Pic40 que pode ser usada 12V ou 24V x 1A Obs Lembrando que os reles de sa da recebem a mesma tens o de alimenta o da placa em sua bobina quando s o acionados Se forem instalados equipamentos n
66. trabalhos acad micos de v rias formas conforme a compreens o de cada aluno utilizando um mesmo principio ou melhor um mesmo prot tipo totalmente configur vel 17 dito configur vel por que cada uma das partes do sistema de elevador podera ser projetada ou parametrizada de diferentes maneiras seguindo apenas as condi es b sicas conforme as Normas T cnicas que contemplam este trabalho O prot tipo do elevador contribuir com as atividades acad micas de laborat rio sendo utilizado na rea de automa o acionamentos el tricos controle de velocidade entre outras reas 1 5 PROCEDIMENTOS METODOL GICOS Classifica se o estudo proposto como de natureza cient fica aplicada devido ao fato de existir um problema claro falta de conhecimento sobre o funcionamento do sistema de elevador e uma aplica o pr tica dos conhecimentos adquiridos em sala e uma proposta de solu o segundo CERVO BERVIAN SILVA 2007 Segundo MEDEIROS 2003 em rela o ao objetivo macro a pesquisa enquadra se como sendo uma pesquisa a o pois se trata da resolu o de um problema coletivo no qual haver a participa o do p blico alvo que s o os alunos universit rios dos cursos do DAELT Ser o realizadas pesquisas de campo e bibliogr ficas A pesquisa em campo ser realizada junto empresas do ramo com a finalidade de coleta de informa es pr ticas sobre princ pios de funcionamento do elevador A pesquisa bibliogr fica decorr
67. trole foi realizado fazendo v rias chamadas em todos os andares para garantir as atribui es e validar as expectativas do projeto A seguir ser o descritos alguns testes realizados ressaltando que os outros testes n o mostrados neste trabalho s o repeti o n o sendo necess rio a sua demonstra o 1 Registro e atendimento aos chamados e Procedimento a realizar chamado atrav s dos bot es de chamado dos pavimentos 2 3 e 4 Figura 38 e Objetivo Confirmar dire o de subida desacelera o e parada em todos os andares na sequ ncia ascendente dos chamados respeitando a prioridade de atendimento e Resultado A plataforma subiu sucessivamente em todos os pavimentos reduzindo a velocidade e parando andar por andar 68 Figura 38 Registro de chamado ascendente nos pavimentos 2 3 e 4 Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria e Procedimento b com a plataforma no 4 pavimento fazer chamado em todos os andares abaixo atrav s dos bot es de chamado dos pavimentos 3 2 e 1 Figura 39 e Objetivo Confirmar dire o de descida desacelera o e parada em todos os andares na sequ ncia descendente dos chamados e Resultado A cabina desceu sucessivamente em todos os pavimentos reduzindo e parando andar por andar 69 Figura 39 Registro de chamados descendente nos pavimentos 3 2 e 1 Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria e Procedimento c com a plataforma no 1 pa
68. vimento fazer chamado no 4 pavimento atrav s do botao de chamado do 4 pavimento e Objetivo Confirmar a subida da plataforma at o 4 pavimento e Resultado A cabina subiu desacelerando na rampa de acionamento antes de nivelar no 4 pavimento sem parar nos pavimentos intermediarios e Procedimento d com a plataforma no 4 pavimento realizar chamado no 2 e 1 pavimentos atrav s dos seus bot es de chamados Figura 40 e Objetivo Confirmar resposta aos chamados nos pavimentos 1 e 2 na dire o de descida e Resposta A plataforma desceu reduzindo a velocidade e parando primeiramente no 2 e em seguida no 1 pavimento confirmando a l gica de atendimento 70 i 1p EI Figura 40 Registro de chamado descendente nos pavimentos 2 e 1 Fonte Sala C002 DAELT UTFPR Autoria pr pria 2 Testes de acionamento Procedimento e Testar o acionamento do motor em resposta ao comando do inversor atrav s dos chamados de pavimento e Objetivo Validar o acionamento do motor pelo inversor de frequ ncia e a movimenta o da plataforma Resultado Acelera o e desacelera o do motor confirmada conforme os par metros gravados no inversor 3 Verifica es de seguran a Conforme a norma NM 207 em caso de defeito ou falha em qualquer dispositivo do elevador ou at mesmo na falta de alimenta o el trica o sistema dever suspender o funcionamento do elevador at que os problemas sejam
69. zando o teste de seguran a do elevador 21 Figura 4 Parte interna da cabina do elevador 22 Figura 5 Caixa de corrida do elevador seen 23 Figura 6 Componentes do po o do elevador nn 24 Figura 7 Quadro de comando eletr nico do elevador sssseessssseeesesrereeeerereeeenn 25 Figura 8 Conjunto motor e redutor para tra o da cabina com cabos de a o 26 Figura 9 Limitador de velocidade na casa de m quinas 26 Figura 10 Sistema de chamado por controle biom trico eesseseeeeeeseeeeeeeeeeeeen 31 Figura 11 Fluxograma do sistema de controle de chamada por c digo de senha 31 Figura 12 Sistema supervis rio Comunica o direta com quadro de comando 32 Figura 13 Sistema de controle por cart o magn tico sseseeeseeeenererreeeeerrerrr ee 33 Figura 14 Sistema de chamado unificado 34 Figura 15 Exemplo de uma partida estrela tri ngulo utilizando contatores 36 Figura 16 Exemplo de tiristores e diodos de pot ncia utilizados em elevadores 37 Figura 17 Componentes b sicos do sistema hidr ulico eeseeeeeeeeeeeeeeeeee eeen 38 Figura 18 Diagrama em blocos de um inversor de frequ ncia 39 Figura 19 Torre simuladora de po o com componentes antigos 41 Figura 20 Polia para acoplamento com motor de indu o trif sico 41 Fi

protótipo de elevador didático utilizando controlador

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