UNIVERSIDADE-METODISTA-De-ANGOLA Engenharia Mecatrónica Motologia de Investigação Científica Parque de Estacionamento

UNIVERSIDADE METODISTA DE ANGOLA UMA FACULDADE DE ENGENHARIA CURSO DE ENGENHARIA MECATRÓNICA

METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA

PARQUE DE ESTACIONAMENTO

Bunga zola Victor – 15716 Manuel Wagner – 17779 Raimundo Basílio Sunga – 16334

Orientador Prof. Mestre: Herculano Simão Luanda 2017

UNIVERSIDADE METODISTA DE ANGOLA



UNIVERSIDADE METODISTA DE ANGOLA



FOLHA DE JULGAMENTO

Candidatos: BUNGA ZOLA VICTOR | VICTOR | MANUEL WAGNER | WAGNER | RAIMUNDO BASÍLIO SUNGA

Título do Trabalho: PARQUE DE ESTACIONAMENTO

Data da defesa: _____/_____/2017 _____/_____/2017

Comissão Julgadora:

Resultado:

Prof. Herculano Simão (Orientador) (Orientador) (Universidade Metodista de Angola)

________________________

Prof. Felizardo Rocha (Examinador) (Universidade Metodista de Angola)

________________ ________________________ ________

Luanda 2017

DEDICATÓRIA Este trabalho é dedicado aos nossos pais, familiares, toda comunidade acadêmica e sociedade em geral, que têm sido grande suporte, para o alcance do nosso sucesso acadêmico. Também dicamos a nós os participantes, de modo que sirva de modelo exemplar, que nos motive no melhoramento ou exploração profunda das técnicas aplicadas, em outros projectos demonstrativos ou inovadores. Dando-nos a chance de enfrentar desafios que nos conduzirão à experiências e à sabedorias que enriquecem a alma e engrandecem o espírito.

AGRADECIMENTOS Primeiramente agradecemos à Deus por nos ter acompanhado durante a execução desse projecto, e aos nossos familiares que contribuíram bastante quer seja financeiramente como emocionalmente para que o projecto em estudo fosse uma realidade, sem esquecer os nossos Professores destacando o nosso orientador Mestre Herculano Simão e, os nossos colegas que estiveram sempre disponíveis no apoio com as suas ideias, nomeadamente João Mucuta, Esteves Agostinho, Faustino Quifuta, Deldo Santana e Jaqueline Mabiala; a todos nosso muito obrigado, que Deus continue nos abençoando rica e poderosamente em nome de Jesus.

‘’ Eu me deitei e dormi; acordei, porque o Senhor me sustentou ’’ . (Salmos 3:5) "Nossos melhores sucessos vêm sempre depois de nossas maiores falhas". (Henry Ward Beecher)

“Quem fala verdade, ganha sempre novos nomes”. (Bunga Zola Victor)

RESUMO

Pretende-se implementar um programa no autómato que faça a gestão de um parque de estacionamento: 

O parque de estacionamento tem capacidade para 10 viaturas;



A gestão do número de viaturas no parque será feita com um contador;

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







O sensor S1 colocado à entrada do parque, ao detectar um automóvel faz actuar C1 cima durante 4 segundos; Quando este tempo terminar e o sensor S1 mudar para OFF, é armado um temporizador com 2 segundos de modo a criar um pequeno atraso; De seguida C1 down é actuado durante 4 segundos. Durante este processo o contador é incrementado. Para a cancela 2 o processo é similar, com a excepção do contador que em vez de ser incrementado é decrementado. Quando o parque está com lotação esgotada o placar luminoso (cheio) deve acender e não pode entrar mais nenhum automóvel, caso contrário existe uma indicação que o parque ainda tem lugares disponíveis.

Palavras-Chaves: Autómato, parque, estacionamento, sensores, cancela, contadores.

ABSTRACT It is intended to implement a program in the automaton that manages a parking lot: 



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

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

The car park has a capacity for 10 cars; The management of the number of vehicles in the park will be done with a counter; The sensor S1 placed at the entrance of the park, when detecting a car makes C1 act up for 4 seconds; When this time has elapsed and sensor S1 switches to OFF, a timer with 2 seconds is set to create a short delay; Then C1 down is acted on for 4 seconds. During this process, the counter is incremented. For gate 2, the process is similar, except for the counter that decreases instead of being incremented. When the park is sold out, the light (full) should light up and no more cars can enter, otherwise there is an indication that the park is still available.

Keywords: Automaton, park, parking, sensors, gates, counters.

ÍNDICE GERAL Dedicatória ....................................................................................................................... 4 Agradecimentos................................................................................................................ 5 Resumo ............................................................................................................................. 7 Abstract ............................................................................................................................ 8 Introdução ...................................................................................................................... 15 1. Objectivo..................................................................................................................... 16 1.1 Geral: .................................................................................................................... 16 1.2 Específico: ............................................................................................................. 16 2. Conceitos gerais.......................................................................................................... 17 2.1 Automação ........................................................................................................... 17 2.2 Parque................................................................................................................... 17 2.3 Estacionamento .................................................................................................... 17 2.4 Parque de Estacionamento .................................................................................. 17 2.5 Automatização do Parque de Estacionamento .................................................... 17 3. Constituição do Parque de Estacionamento .............................................................. 18 3.1 Sensores................................................................................................................ 18 3.2 Cancelas ................................................................................................................ 18 3.3 Contador ............................................................................................................... 18 4. Elementos Constituintes do Projecto ......................................................................... 19 4.1 Controlador Lógico Programável (CLP) ................................................................. 19 4.1.1 CPU ................................................................................................................ 19 4.1.2 Memórias ....................................................................................................... 20 4.1.3 Entradas/Saídas (E/S) .................................................................................... 20 4.1.4 Alimentação ................................................................................................... 20 4.1.5 Periféricos ...................................................................................................... 20 4.2 Sensor (LDR).......................................................................................................... 21 4.3 Resistores.............................................................................................................. 22 4.4 Potenciómetro ...................................................................................................... 22 4.5 Transístores .......................................................................................................... 23 4.6 Relés...................................................................................................................... 23 4.7 Led ........................................................................................................................ 24 4.8 Lâmpadas de sinalização ...................................................................................... 24

4.9 Motor cc (Corrente Contínua) .............................................................................. 25 4.10 Placa de Circuito Impresso ................................................................................. 26 5. Procedimento Prático ................................................................................................. 27 5.2 Diagrama em Bloco (GRAFCET) ............................................................................ 28 5.3 Fluxograma ........................................................................................................... 29 5.4 Circuito eléctrico................................................................................................... 30 5.5 Programação em Ladder ...................................................................................... 31 5.6 Circuito Externo (Sensores e Actuadores) ............................................................ 33 6. Construção do Protótipo ............................................................................................ 34 6.1 Suporte Material:.................................................................................................. 34 6.2 Suporte ao nível de Softwares:............................................................................. 34 6.3 Projecção do Protótipo ......................................................................................... 35 6.4 CLP LOGO .............................................................................................................. 37 6.4.1 Características importantes........................................................................... 37 6.4.2 Módulos de Expansão.................................................................................... 37 6.5 Informações rápidas do Motor ............................................................................. 39 7. Dimensionamento do Projecto................................................................................... 41 7.1 Circuito de Entrada (dados de fábrica, valor nominal) ......................................... 41 7.2 Valores calculados com base aos dados de fábrica .............................................. 41 7.3 Dados obtidos na Medição ................................................................................... 42 7.4 Valores calculados com base a Medição .............................................................. 42 7.5 Cálculos dos Erros Absolutos e Relativos ............................................................. 42 7.5.1 Resistência ..................................................................................................... 42 7.6 Valores obtidos na calibração do Campo do Funcionamento ............................. 43 7.6.1 Cálculo de erros (Tensão) .............................................................................. 44 8. Gastos Gerais .............................................................................................................. 45 9. Conclusão.................................................................................................................... 46 Referências Bibliográficas............................................................................................... 47 Anexos ............................................................................................................................ 48

LISTA DE FIGURAS Fig.1 – Estrutura básica do autómato.............................................................................. 19 Fig.2 – Autómato LOGO da Siemens ............................................................................... 20 Fig.3 – Ilustração característica do LDR ........................................................................... 21 Fig.4 – Diferentes tipos de resistores .............................................................................. 22 Fig.6 – Tipos de potenciómetros ..................................................................................... 22 Fig.5 – Ilustração do Transístor ....................................................................................... 23 Fig.7 – Ilustração do Relé ................................................................................................ 23 Fig.8 – Ilustração do Led ................................................................................................. 24 Fig. 9– Lâmpadas de sinalização (Sinaleiros) .................................................................. 24 Fig.10 – Motor cc de 5v utilizado no projecto ................................................................ 25 Fig.11 – Placa de circuito impresso universal ................................................................. 26 Fig.12 – Diagrama em Bloco Grafcet feito no FluidSim ................................................... 28 Fig.13 – Fluxograma feito no Microsoft Visio Profissional .............................................. 29 Fig.14 – Circuito Eléctrico baseado no FluidSim .............................................................. 30 Fig.15 – Programação em Ladder parte Inicial ................................................................ 31 Fig.16 – Programação em Ladder parte final ................................................................... 32 Fig.17 – Circuito Electrónico externo correspondente à sensores e actuadores feito no Proteus ....................................................................................................................... 33 Fig.18 – Projecção do Protótipo feito no Sketchup 2016 ................................................ 35 Fig.19 Vista de frente ...................................................................................................... 36 Fig.20 – Vista de cima ...................................................................................................... 36 Fig.21 – PLC LOGO da Siemens existente no laboratório ................................................ 37 Fig.22 – Fixação dos componentes na placa por soldagem a ferro e estanho .............. .. 38 Fig.23 – Placa com componentes já fixos, circuitos de entradas e saídas ............. .......... 38 Fig.24 – Motores engrenados para efeito de cancelas .................................................... 39 Fig.25 – Sinalizadores feitos à base de Papel de celofane ............................................... 40 Fig.26 – Fixação do cartão cinza com a base de madeira (contraplacado) ...................... 40 Fig.27 – Componentes já fixados na estrutura do parque ............................................... 40 Fig.28 - Circuito do sensor LDR ......................................................................................... 41 Fig. 29 - Circuito equivalente. ........................................................................................... 41 Fig. 30 – Comportamento dos gastos gerais graficamente .............................................. 45 Fig. 31 – Maquete finalizada ............................................................................................ 48

LISTA DE TABELAS Tab.1 – Lista de variáveis e suas devidas descrições. ....................................... ................ 27 Tab.2 – Tabela das Variáveis de entradas e Saídas. ......................................... .............. 27 8. Gastos Gerais ....................................................................................................... 45

LISTA DE ABREVIATURAS CLP - controlador lógico programável CPU - (central processor unit) unidade central de processamento E/S - entradas/saídas VDC - (volt direct current) tensão de corrente contínua VAC - (volt alternate current) tensão de corrente alternada LDR - (light dependent resistor) resistor dependente da luz CdS - sulfeto de cádmio PbS - sulfeto de chumbo IR - (infrared) infravermelho UV - ultravioleta LCD - (liquid crystal display) display de cristal líquido CC - corrente contínua BJT - (bipolar junction transistor) transístor de junção bipolar PN - positivo-negativo NP - negativo-positivo PNP - positivo-negativo-positivo NPN - negativo-positivo-negativo C - colector B - base E - emissor LED - (light emitting diode) díodo emissor de luz CA - corrente alternada VCC - tensão de corrente contínua Ct ou C007 - contador S1 - sensor 1 C1 - cancela 1 T(1 -- 6) ou T(001 -- 006)- temporizadores S2 - sensor 2 C2 - cancela 2 L1 - lâmpada 1 L2 - lâmpada 2 M (1 -- 12) - memórias C1_C ou Q1 - cancela 1 cima C1_D ou Q2 - cancela 1 desce C2_C ou Q3 - cancela 2 cima C2_D ou Q4 - cancela 2 desce Q5 - saída de lâmpada E1 - entrada 1 E2 - entrada 2 24V-B - 24 volts da bancada 0V-B - 0 volts da bancada MC1 - motor da cancela 1

MC2 - motor da cancela 2 Fig. – Figura Tab. – Tabela In – Intensidade correspondente ao índice referente R1 – Resistor 1 Pot – Potenciómetro VR1 – Tensão no Resistor 1 Vpot – Tensão no Potenciómetro VLDR – Tensão no resistor dependente da luz Reqn – Resistência equivalente correspondente ao índice Ea – Erro Absoluto Er – Erro Relativo Vf – Valor de fábrica Vm – Valor medido VLDRmin – Tensão mínima no resistor dependente da luz VLDRmáx – Tensão máxima no resistor dependente da luz RLDRmin – Resistência mínima no resistor dependente da luz RLDRmáx – Resistência máxima no resistor dependente da luz Rpotmin – Resistência mínima no Potenciómetro Rpotmáx – Resistência máxima no Potenciómetro Eamin – Erro Absoluto com valor mínimo Eamáx – Erro Absoluto com valor máxima Ermin – Erro Relativo com valor mínimo Ermáx – Erro Relativo com valor máximo

INTRODUÇÃO

O desenvolvimento industrial no mundo e o grande impacto dos processos industriais na economia global impulsionaram altos investimentos tecnológicos nas áreas de controlo e automação. Para que a indústria cresça é necessário optimizá-la, e para isso é necessário ter o controlo total das informações sobre o processo que ocorre na planta industrial. Muitas dessas informações são bastante específicas e de difícil acesso físico, o que demanda a aplicação de uma tecnologia própria. Com a necessidade de crescimento contínuo, a indústria inseriu em seu processo os controladores lógico-programáveis (CLPs), que permitiram a automatização das linhas de produção aumentando a eficiência e o acesso a determinados parâmetros com alta exatidão. Com a modernização da indústria, os CLPs passaram a definir todos os parâmetros das linhas de produção, proporcionando ao operador total controlo da lógica de processo. Sendo assim, tornou-se também necessário criar sistemas computacionais avançados capazes de programar estes controladores e de viabilizar a sua comunicação com os equipamentos presentes na indústria. Neste projecto é apresentado a automação de um parque de estacionamento para dez (10) viaturas, composto por dois (2) sensores, duas (2) cancelas, um contador e dois painéis Luminosos, que informam o estado das vagas. A automação deste parque de estacionamento será feito através do CLP Siemens LOGO, que se comunica com um circuito electrónico externo dimensionado de acordo os parâmetros do mesmo. A implementação do sistema de automação foi feita utilizando-se os equipamentos presentes na bancada do Laboratório de Controlo e Automação da Universidade Metodista de Angola. A programação do controlador e a criação do circuito externo, foi feita através do software LOGO! Comfort V8, FluidSim Hidráulica e Proteus V8.

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1. OBJECTIVO

1.1 GERAL: Elaborar um projecto que dá resposta ao gerenciamento de um parque de estacionamento de forma autónoma, usando os conhecimentos adquiridos durante as aulas e investigações. 1.2 ESPECÍFICO: 







Criar um diagrama ou fluxograma de gerenciamento de um parque de estacionamento; Programar em linguagem Ladder, o CLP LOGO da Siemens, usando software Logo Soft Comfort; Representar numa maquete o projecto proposto; Colocar em prática os conhecimentos adquiridos durante as aulas e investigações.

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2. CONCEITOS GERAIS

2.1 AUTOMAÇÃO Esta palavra tem origem no grego autómatos que significa mover-se por si ou que se move sozinho. Pode ser definida como um sistema que faz uso de técnicas computadorizadas ou mecânicas com o objectivo de dinamizar e optimizar todos os processos produtivos dos mais diversos sectores da economia. Ela está diretamente ligada à ideia das máquinas, que agilizam as tarefas quase sempre sem a interferência humana. Porém, existe um tipo de automação mecanizada que faz uso de sensores, sistemas de computação (software) e sistemas mecânicos, na linha de montagem e produção das indústrias, monitorada e controlada pelo ser humano. 2.2 PARQUE Pode ser definida como uma área vaga reservada para ocupação específica em regime não permanente. Estas áreas podem ser para fins recreativos, turismos, urbanização, animais, etc. 2.3 ESTACIONAMENTO É o nome atribuído à uma determinada área destinada para o repouso de veículos automotores, de propulsão normalmente humana. Eles podem ser encontrados em hospitais, centros comerciais, estádios, aeroportos, hotéis ou quaisquer outra estrutura. 2.4 PARQUE DE ESTACIONAMENTO É uma área concebida especificamente para o estacionamento de automóveis, geralmente sobre superfícies duradouras, como o asfalto. Hoje em dia, no entanto, a definição abrange também edifícios concebidos exclusivamente para esse efeito, ou mesmo galerias subterrâneas. 2.5 AUTOMATIZAÇÃO DO PARQUE DE ESTACIONAMENTO Consiste em aplicação da automação no gerenciamento do parque de estacionamento, com objectivo de apresentar uma solução dinâmica ou seja, desenvolver um sistema inteligente para o controlo de estacionamentos compreendendo, programas, terminais para auto atendimento (tanto para entradas como saídas de veículos), ilhas de pagamento, cancelas rápidas e outros periféricos, aliando qualidade, segurança, operação ininterrupta, custo reduzido nos equipamentos e programas utilizados. Neste trabalho, o gerenciamento será feito através de sensores, cancelas e contador. 17

3. CONSTITUIÇÃO DO PARQUE DE ESTACIONAMENTO

Os parques de estacionamentos podem apresentar vários tipos de configurações, desde os básicos (superfície única) aos mais avançados (diferentes pisos), mas de forma geral temos: 3.1 SENSORES São dispositivos amplamente utilizados na automação industrial que transformam variáveis físicas, como posição, velocidade, temperatura, nível, pH etc., em variáveis convenientes (unidades de engenharia). No caso do parque de estacionamento, elas têm a função de detectar a presença dos veículos; estes mesmos sensores podem estar ou não associados à uma codificação de acesso, tudo depende da forma que forem dimensionados os seus funcionamentos. 3.2 CANCELAS Longa barra normalmente de aço acoplada a um suporte (contendo algum tipo actuador interno ou não) usada para impedir a passagem de veículos. 3.3 CONTADOR Em electrónica digital, é um circuito sequencial construído a partir do flip-flop e portas lógicas, capazes de armazenar e contar os pulsos gerados numa fonte de oscilações. Também actua como divisor de frequência. Normalmente, o cálculo é feito em código binário. É o responsável pelo gerenciamento do número de vagas existentes no parque de estacionamento, incrementando quando há entradas e decrementando quando há saídas, permitindo assim uma cobertura total no controlo do fluxo de veículos. Mas no contexto do nosso trabalho, este é já um parâmetro ou recurso interno do autómato.

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4. ELEMENTOS CONSTITUINTES DO PROJECTO 4.1 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) É um equipamento electrónico programável pelo utilizador com funcionamento cíclico assegurado por um programa (software), cuja arquitectura, sistema operativo, linguagem de programação, entradas/saídas e forma construtiva estão especialmente adaptados para ambientes industriais. Os automatismos, sistemas que permitem a realização de operações automáticas, podem ser implementados através de: Lógica cablada – o funcionamento do automatismo é determinado pela forma de ligação dos condutores (cablagem) entre os diferentes constituintes (relés, temporizadores, etc.). Lógica programada – o elemento de comando é o autómato programável e o funcionamento do automatismo é determinado pelo programa armazenado na memória do autómato.

Alimentação

CPU (Unidade Central de Processamento) Entradas (Inputs)

Saídas (Outputs)

Memória Programa

Dados

Periféricos (Pc, terminal, etc.)

Fig.1 – Estrutura básica do autómato.

4.1.1 CPU Unidade central de processamento ou microprocessador é o cérebro do autómato, realiza as operações aritméticas, lógicas e funções de controlo. Lê os valores lógicos das entradas presentes na memória, executa as operações determinadas pelas instruções que constituem o programa e actualiza na memória o valor das saídas. Tem ainda a seu cargo a gestão dos periféricos. 19

4.1.2 MEMÓRIAS Existem duas, de programa e dados, para além da memória do sistema onde se encontra o sistema operativo do autómato. Na memória do programa, local onde é armazenado a aplicação criada pelo utilizador; já na memória de dados são armazenados os valores de entradas e saídas, os resultados das operações realizados pela CPU e os dados necessários à execução do programa. 4.1.3 ENTRADAS/SAÍDAS (E/S) Asseguram a integração do autómato no ambiente de trabalho. Entradas – ligam-se aos dispositivos que fornecem informação ao sistema (sensores, botões de pressão, interruptores, detectores, fins de curso, etc.). Saídas – recebem informações finais processados pela CPU, dando a ordem de activação ou desactivação dos actuadores. 4.1.4 ALIMENTAÇÃO A fonte de alimentação proporciona a partir da tensão da rede eléctrica, as tensões necessárias ao funcionamento do autómato. Os autómatos podem ser alimentados a 24 VDC (volt corrente contínua) ou 230 VAC (volt corrente alternada). Quando alimentados a 24 VDC, a fonte de alimentação é externa e alimentados a 230 VAC, são ligados directamente a rede eléctrica e possuem a fonte de alimentação interna. 4.1.5 PERIFÉRICOS São todos dispositivos que se ligam ao autómato através da sua porta de comunicação. O computador tem dominado esta categoria, por se destacar em principal elemento para programação do autómato.

Fig.2 – Autómato LOGO da Siemens 20

4.2 SENSOR (LDR) Light Dependent Resistor (LDR) ou simplesmente Resistor Dependente de Luz ou Foto resistência, é um componente electrónico passivo do tipo resistor variável, mais especificamente, um resistor cuja resistência varia conforme a intensidade da luz que incide sobre ele. Tipicamente, à medida que a intensidade da luz aumenta, a sua resistência diminui. O LDR é construído a partir de material semicondutor com elevada resistência eléctrica como por exemplo o Sulfeto de Cádmio (CdS) ou o Sulfeto de Chumbo (PbS). Quando a luz que incide sobre o semicondutor tem uma frequência suficiente, os fotões que incidem sobre o semicondutor libertam electrões para a banda condutora que irão melhorar a sua condutividade e assim diminuir a resistência. Um multímetro pode ser usado para encontrar a resistência na escuridão ou na presença de luz intensa. Os resultados típicos para um LDR poderão ser: Escuridão: resistência máxima, geralmente mega ohms. Luz muito brilhante: resistência mínima, geralmente dezenas de ohms. Dependendo do tipo, um LDR pode ser sensível às faixas de luz: Infravermelhos (IR), Luz visível ou Ultravioletas (UV). Numa utilização normal, o LDR é montado num circuito onde a resistência é convertida para tensão. A forma mais simples de o fazer é através de um circuito divisor de tensão. O LDR é muito utilizado em circuitos electrónicos onde seja necessário um sensor de luz devido ao seu baixo custo e facilidade de utilização. Por este motivo pode ser facilmente encontrado nas chamadas foto células, medidores de luz, detectores de incêndio ou de fumo, controladores de iluminação, etc.

Fig.3 – Ilustração característica do LDR 21

4.3 RESISTORES Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição damos o nome de resistência elétrica ou impedância, que possui como unidade o ohm. Causam uma queda de tensão em alguma parte de um circuito elétrico, porém jamais causam quedas de corrente elétrica, apesar de limitar a corrente. Isso significa que a corrente elétrica que entra em um terminal do resistor será exatamente a mesma que sai pelo outro terminal, porém há uma queda de tensão. Utilizando-se disso, é possível usar os resistores para controlar a corrente elétrica sobre os componentes desejados. Os resistores podem ser fixos ou variáveis. Neste caso são chamados de potenciômetros ou reóstatos. O valor nominal é alterado ao girar um eixo ou deslizar uma alavanca. Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que permanece constante independentemente da tensão ou corrente elétrica que circula pelo dispositivo. O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente identificado de acordo com as cores que apresenta na cápsula que envolve o material resistivo, ou então usando um ohmímetro.

Fig.4 – Diferentes tipos de resistores 4.4 POTENCIÓMETRO É um componente electrónico que também cria limitação para o fluxo de corrente elétrica que passa por ele, e essa limitação pode ser ajustada manualmente, podendo ser aumentada ou reduzida. Os potenciômetros e os resistores têm essa finalidade de limitar o fluxo de corrente elétrica em um circuito, a diferença é que o potenciômetro pode ter sua resistência ajustada e o resistor comum não pode pois ele possui um valor de resistência fixo. Geralmente, possui três terminais onde a conexão central é deslizante e manipulável. Se todos os três terminais forem conectados, atua como um divisor de tensão. São muito utilizados em controlo de volumes de aparelhos de som, controlo de brilho e contraste em telas LCD, velocidade de um motor CC, etc. Dentre os vários tipos existentes, os mais destacados são: eixo giratório ou rotativo, lineares ou deslizante, trimpot, e digitais.

Fig.5 – Tipos de potenciómetros 22

4.5 TRANSÍSTORES O transístor é um componente eletrónico semicondutor com várias funções, nomeadamente: amplificador de sinal (tensão), comutador de circuitos e amplificador ou regulador de corrente. A palavra transístor resultou da justaposição das palavras transfer + resistor , isto é, resistência de transferência, visto que poder ser considerado como uma resistência, fixa ou variável colocada entre o gerador e a carga. O transístor bipolar ou BJT (Bipolar Junction Transístor) é o mais utilizado, tendo sido aquele que foi primeiro fabricado. É constituído por duas junções PN ligadas entre si, podendo obter-se duas configurações diferentes: o transístor NPN (NP + PN) e o transístor PNP (PN + NP). Destas junções resultam três zonas de condução, às quais foram dados os nomes de Coletor (C), Base (B) e Emissor (E). A Base é a região intermédia, o Coletor e o Emissor ficam nos extremos; o Emissor difere do Coletor por ter mais impurezas do que este. O transístor bipolar fica, portanto, com duas junções designadas por Coletor-Base e Base-Emissor.

Fig.6 – Ilustração do Transístor 4.6 RELÉS É basicamente um componente electromecánico que funciona como interruptor abrindo ou fechando circuitos de cargas elevadas (tensões ou correntes), operando electricamente por aplicação de uma tensão baixa na bobina (comando). Ou por outras palavras, é um componente que requer muito pouca energia para comandar circuitos de elevada energia. A movimentação física dos contactos ocorre quando a corrente elétrica percorre as espiras da bobina do relé, criando assim um campo magnético que por sua vez atrai a alavanca responsável pela mudança do estado dos contatos. A sua constituição inclui: Electroíman (Bobina); Armadura de ferro móvel; Conjuntos de contactos; Mola de rearme e terminais, estes podem variar dependendo da aplicação;

Fig.7 – Ilustração do Relé 23

4.7 LED Light Emitting Diode (LED) ou simplesmente díodo emissor de luz, é um semicondutor de junção P-N que quando energizado emite luz visível. É frequentemente usado para emissão da luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada. Especialmente utilizado em painéis de LED, cortinas de LED, pistas de LED e postes de iluminação pública, permitindo uma redução significativa no consumo de electricidade. A luz é monocromática e é produzida pelas interações energéticas dos electrões. O processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é chamado eletroluminescência. Em qualquer junção P-N polarizada diretamente, dentro da estrutura, próximo à junção, ocorrem recombinações de lacunas e electrões. Um LED deve ser ligado de forma correcta, o circuito de ligação deve ter o + para o ânodo e - para o cátodo. O cátodo é a ponta mais curta e deve ter um corte no lado da cápsula do LED. Se olharmos para o interior do led o ânodo é o eléctrodo maior.

Fig.8 – Ilustração do Led 4.8 LÂMPADAS DE SINALIZAÇÃO Os dispositivos de Sinalização são componentes utilizados para indicar o estado em que se encontra um painel de comando ou processo automatizado. As informações mais comuns fornecidas através destes dispositivos são: ligado, desligado, falha e emergência. Estes podem ser do tipo Visual ou Sonoro. Os indicadores visuais fornecem sinais luminosos indicativos de estado, emergência e falha. São os mais utilizados devido à simplicidade, eficiência na indicação e baixo custo. São fornecidos por lâmpadas ou LEDs.

Fig. 9 – Lâmpadas de sinalização (Sinaleiros) 24

4.9 MOTOR CC (Corrente contínua) É um motor elétrico que é alimentado por corrente contínua (CC), sendo que esta alimentação pode ser proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentação CC. A sua comutação, troca de energia entre rotor e estator, pode ser através de escovas ou sem escovas (brushless). Em um motor CC, a velocidade pode ser controlada apenas variando a sua tensão, diferentemente de um motor eléctrico de corrente alternada (CA) cuja a velocidade é variada pela frequência. Os motores elétricos CA necessitam de uma mudança na frequência caso houver a necessidade de variar sua velocidade, envolvendo assim um controlo de velocidade mais complexo e dispendioso. Por outro lado, como o motor CC ao variar a velocidade precisa apenas de mudança no nível de tensão, ele torna-se mais adequado para equipamentos que se alimentam à 12 Vcc como os automóveis, ou aplicações industriais que exigem um controlo fino de velocidade. Na selecção um motor CC, é fundamental a identificação das principais especificações de desempenho, além dos requisitos de potência e tamanho. Também é importante considerar os requisitos ambientais para a sua aplicação. Um motor CC é composto por um eixo acoplado ao rotor que é a parte girante do motor. O estator de um motor CC é composto por um ímã e o comutador tem a função de transferir a energia da fonte de alimentação ao rotor. Tradicionalmente um motor CC é uma máquina capaz de converter energia mecânica em energia elétrica (gerador) ou energia elétrica em mecânica (motor). Constitui-se basicamente por: Rotor; Anel comutador; Estator e Escovas.

Fig.10 – Motor cc de 5v utilizado no projecto.

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4.10 PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO Diferente da placa de ensaio breadboard que é totalmente de plástico, a placa de circuito impresso, é feito de um material chamado baquelite (uma resina sintética, quimicamente estável e resistente ao calor ) dimensionado especificamente para a solda dos componentes electrónicos. Existem diversos tipos de placas de circuitos impressos, desde os mais simples (universais) aos mais avançados (específicas). As placas universais, tal como breadboard, trazem um conjuntos de orifícios para fixação dos componentes, e na sua superfície inferior, estes mesmos orifícios encontram-se contornados com uma material metálico, com objectivo de permitir a fixação entre o componente e os estanho. Contrário do breadboad, nas placas de circuito impresso universais não existem ligações pré-definidas, ou seja toda e qualquer ligação deve ser feita pelo utilizador. São mais confiáveis e seguros, ao contrário das placas breadboard em que os componentes podem desajustar-se ou cair. Apesar disso é de grande importância que antes da solda, haja um dimensionamento certeiro.

Fig.11 – Placa de circuito impresso universal.

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5. PROCEDIMENTO PRÁTICO 5.1 Descrição da Proposta Pretende-se implementar um programa no autómato que faça a gestão de um parque de estacionamento:   

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

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O parque de estacionamento tem capacidade para 10 viaturas; A gestão do número de viaturas no parque será feita com um contador; O sensor S1 colocado à entrada do parque, ao detectar um automóvel faz actuar C1 cima durante 4 segundos; Quando este tempo terminar e o sensor S1 mudar para OFF, é armado um temporizador com 2 segundos de modo a criar um pequeno atraso; De seguida C1 down é actuado durante 4 segundos. Durante este processo o contador é incrementado. Para a cancela 2 o processo é similar, com a excepção do contador que em vez de ser incrementado é decrementado. Quando o parque está com lotação esgotada o placar luminoso (cheio) deve acender e não pode entrar mais nenhum automóvel, caso contrário existe uma indicação que o parque ainda tem lugares disponíveis.

Lista de variáveis Ct S1 C1 T1, T2 e T3 S2 C2 T4, T5 e T6 L1 L2

Descrição Contador Sensor 1 Cancela 1 Temporizador 1, 2 e 3 Sensor 2 Cancela 2 Temporizador 4, 5 e 6 Lâmpada Sinaleira 1 Lâmpada Sinaleira 2

Tab.1 – Lista de variáveis e suas devidas descrições. Variáveis

Entradas Digitais -----------

Analógicas

Reset Start Ct S1 e S2 -----C1 e C2 T1,T2,T3,T4,T5,T6 L1 L2

Saídas Digitais

Analógicas

Estados N/F N/A

-----------

N/A N/A

-----------

N/F N/A

Tab.2 – Tabela das Variáveis de entradas e Saídas. 27

5.2 DIAGRAMA EM BLOCO (GRAFCET)

Grafcet para Cancela 1

Grafcet para Cancela 2

0

0

S1

1

S2

C1_Cima

T1(4s)

1

T1.NOT(S1)

2

T2 (2s)

T4(4s)

T4.NOT(S2)

2

T2

3

C2_Cima

T5 (2s)

T5

C1_Desce T3(4s)

3

T3

4

C2_Desce T6(4s)

T6

4

Ct +1

Ct -1

Fig.12 – Diagrama em Bloco Grafcet feito no FluidSim.

28

5.3 FLUXOGRAMA

Fig.13 – Fluxograma feito no Microsoft Visio Profissional. 29

5.4 CIRCUITO ELÉCTRICO

Fig.14 – Circuito Eléctrico baseado no FluidSim

30

5.5 PROGRAMAÇÃO EM LADDER Parte 1

Fig.15 – Programação em Ladder parte Inicial. 31

Parte 2

Fig.16 – Programação em Ladder parte final. 32

5.6 CIRCUITO EXTERNO (SENSORES E ACTUADORES)

Fig.17 – Circuito Electrónico externo correspondente à sensores e actuadores feito no Proteus

33

6. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO

6.1 SUPORTE MATERIAL: Madeira Contraplacado Lima Cartão cinza Estilete ou X-Acto Cola UHU Cola Quente Foros impressos Marcador preto Papel celofane Verde e Vermelho Tesoura Placa de Circuito Impresso Estanho Ferro de solda Chupa Solda Fios Condutores Conectores de cabos eléctricos Relés

6. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO

6.1 SUPORTE MATERIAL: Madeira Contraplacado Lima Cartão cinza Estilete ou X-Acto Cola UHU Cola Quente Foros impressos Marcador preto Papel celofane Verde e Vermelho Tesoura Placa de Circuito Impresso Estanho Ferro de solda Chupa Solda Fios Condutores Conectores de cabos eléctricos Relés Transístores Resistores Potenciómetros LDRs Leds Lâmpadas de Sinalização Motores engrenados CLP LOGO 6.2 SUPORTE AO NÍVEL DE SOFTWARES: FluidSim Hidráulica LOGO! Soft Comfort v8 Proteus 8 Professional Sketchup 2016 Microsoft Visio Profissional 2013 Microsoft Word 2013 Microsoft Excel 2013 Microsoft Paint Prezi Desktop 5.2.8

34

6.3 PROJECÇÃO DO PROTÓTIPO

Fig.18 – Projecção do Protótipo feito no Sketchup 2016.

35

Fig.19 Vista de frente.

Fig.19 Vista de frente.

Fig.20 – Vista de cima.

36

6.4 CLP LOGO 6.4.1 CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES LOGO! Basic existe para duas classes de tensão:  

Classe 1 ≤ 24 V, d.h. 12 V DC, 24 V DC, 24 V AC Classe 2 > 24 V, d.h. 115...240 V AC/DC e esta como: 

Variante com display: 8 entradas e 4 saídas.



Variante sem display (”LOGO! Pure”): 8 entradas e 4 saídas.

Cada variante está integrada em 4 unidades de separação (US), possui uma interface de expansão e põe à disposição 36 funções básicas e especiais prontas para a criação do programa de comutação. 6.4.2 MÓDULOS DE EXPANSÃO 







Módulos digitais DM8... Há para 12 V DC, 24 V AC/DC e 115...240 V AC/DC com 4 entradas e 4 saídas. Módulos digitais DM16... Há para 24 V DC e 115...240 V AC/DC com 8 entradas e 8 saídas. Módulos analógicos há para 24 V DC e em parte 12 V DC, com 2 entradas analógicas ou com entradas 2 Pt100 ou com 2 saídas analógicas. Módulos digitais e analógicos estão integrados em 2 ou 4 TE e possuem 2 interfaces de alargamento respectivamente, de forma a poder ligar a qualquer outro módulo.

Fig.21 – PLC LOGO da Siemens existente no laboratório 37

Fig.22 – Fixação dos componentes na placa por soldagem a ferro e estanho.

Fig.23 – Placa com componentes já fixos, circuitos de entradas e saídas. 38

Fig.24 – Motores engrenados para efeito de cancelas. 6.5 INFORMAÇÕES RÁPIDAS DO MOTOR Lugar de origem: China( continente) Construção: Ímã permanente Marca: Kinlgy Motor Número do Modelo: JRF/K-300/310/330/400/500 Tipo: micro motor Certificação: CE, ROHS, ISO9001: 2000 Uso: Aparelhos electrodomésticos, Bicicleta elétricas, Carro, Barco, Leque s, etc… Eficiência: IE 1 Tensão (V): 0.5 ~ 12 v Velocidade (RPM): como suas exigências De corrente Contínua (A): < 1A Poder da saída: < 5 w Comutação: escova Proteja a característica: Totalmente fechado Torque: como suas exigências Escova: carbono-escova/metal-escova do motor Ruído: baixo nível de ruído Habitação: caixa de metal Material: material de Rohs Recurso de proteção: totalmente fechado

39

Fig.25 – Sinalizadores feitos à base de Papel de celofane.

Fig.26 – Fixação do cartão cinza com a base de madeira (contraplacado).

Fig.27 – Componentes já fixados na estrutura do parque. 40

7. DIMENSIONAMENTO DO PROJECTO 7.1 CIRCUITO DE ENTRADA (DADOS DE FÁBRICA, VALOR NOMINAL) Resistor 1 = 1kΩ Potenciómetro = 100kΩ Transístor npn, Si = 0,7 V Base LED= 1,5 V Relé = 5v Foto-resistor (LDR) = 600kΩ Vcc= 5 V

Fig.28 - Circuito do sensor LDR.

7.2 VALORES CALCULADOS COM BASE AOS DADOS DE FÁBRICA Aplicando lei de kirchhoff: Carga

R1

i1

i3 V=0,7 V i2

LDR

VCC

Fig. 29 - Circuito equivalente. I1=I2+I3   

-5V + I1*(1000Ω+100000Ω)+I2*(600000Ω)=0 0.7V + I2*(600000Ω)=0 I3=0

Resolução 1) I2= - 0,7V/600000Ω I2=- 0,0000011666A 2) - 5V + I1*(101000Ω)+(- 0.0000011666A)*(600000Ω)=0 I1= 5.69996V/101000Ω I1= 0,056mA VLDR=(600kΩ/701kΩ)*5 V VLDR=4,279V Vpot=(100kΩ/701kΩ)*5 V Vpot=0,713V VR1=(1kΩ/701kΩ)*5 V VR1=0,007V 41

7.3 DADOS OBTIDOS NA MEDIÇÃO R1= 952 Ω Pot=95018 Ω LDR= 568994 Ω Vcc= 5 V 7.4 VALORES CALCULADOS COM BASE A MEDIÇÃO Aplicando lei de kirchhoff I1=I2+I3 -5V + I1*(952Ω+95018Ω)+I2*(568994Ω)=0 0.7V + I2*(568994Ω)=0 I3=0   

Resolução 1) I2= - 0,7V/568994Ω I2=- 0,0000012302A 2) - 5V + I1*(95970Ω)+(- 0,0000012302A)*(568994Ω)=0 I1= 5,6999764188V/95970Ω I1= 0,059mA VLDR= (568994 Ω/664964 Ω)*5 V → VLDR= 4,278V → Vpot= 0,714V Vpot= (95018/664964Ω)*5 V → VR1= 0,007V VR1 = (952Ω/664964Ω)*5 V 7.5 CÁLCULOS DOS ERROS ABSOLUTOS E RELATIVOS 7.5.1 RESISTÊNCIA Req1= 701000 Ω Req2= 664964 Ω Ea= |Vf-Vm|=|701000 Ω – 664964 Ω|→ Ea=36036 Ω Er=|Ea/Vf|=|36036 Ω /701000 Ω| → Er=0,051≈ 5,1% 7.5.2 Tensão VLDR1=4,279V VLDR2=4,278V Ea= |Vf-Vm|=|4,279 V – 4,278 V| → Ea=0,001 V Er=|Ea/Vf|=|0,001 /4,279|

→ Er=0,00023 ≈ 0,02%

42

Vpot1=0,713V Vpot2=0,714V Ea= |Vf-Vm|=|0.713 V – 0,714 V| → Ea=0,001 V Er=|Ea/Vf|=|0,001 /0,714|

→ Er=0,001 ≈ 0,02%

VR11=0,007V VR12=0,007V Ea= |Vf-Vm|=|0,007 V – 0,007V| → Ea=0 V Er=|Ea/Vf|=|0,007/0,007|

→ Er=1

7.6 VALORES OBTIDOS NA CALIBRAÇÃO DO CAMPO DO FUNCIONAMENTO LDR

Potenciómetro

VLDRmin=0.36V VLDRmáx=0.66V I=0.33mA

Vpotmin=3,890 V Vpotmáx=4,694 V I=0.33mA

RLDRmin=VLDRmin/I=0.36V/0.33mA RLDRmin=1.09 kΩ RLDRmáx=VLDRmáx/I=0.66/0.33 RLDRmáx=2 kΩ

Rpotmin=Vpotmin/I=3,890V /0.33mA Rpotmin=11,79 kΩ Rpotmáx=Vpotmáx/I=4,694V /0.33mA Rpotmáx=14,22 kΩ

Aplicando a lei de kirchhoff com base a valores de calibração: -Vcc+ I1*(R1+Rpotmin+ RLDRmin)=0 LDR Valor mínimo -5V + I1*(1+11,79+1,09)kΩ=0 I= 5V/14,79 I=0.36mA VLDRmin= I*RLDRmin VLDRmin =0.36mA*1,09kΩ VLDRmin = 0.392 V Valor máximo -5V + I1*(1+14,22+2)kΩ=0 I= 5V/17,22 kΩ I=0.3mA VLDRmáx= I*RLDRmin VLDRmáx =0,3mA*2 kΩ VLDRmáx = 0,6 V

Potenciómetro Valor mínimo I=0,36mA Vpotmin= I*Rpotmin Vpotmin =0,36mA*11,79kΩ Vpotmin = 4,244 V Valor máximo I1=0.3mA Vpotmáx= I*Rpotmáx Vpotmáx=0.3mA *14,22kΩ Vpotmáx = 4,266 V

43

7.6.1 CÁLCULO DE ERROS (TENSÃO) LDR

Potenciómetro

Eamin= |Vm-Vc|=| 0,36V – 0,392V | Eamin= 0,032 V Ermin= 0,032 V/0,36 V Ermin=0,09 Eamáx= |Vm-Vc|=| 0.66V – 0,6 V | Eamáx = 0,06 V Ermáx= 0,06 V/0,66 V Ermáx =0,09

Eamin= |Vm-Vc|=|3,890 V – 4,244 V | Eamin= 0,354 V Ermin= 0,354 V /3,890 V Ermin=0,09 Eamáx= |Vm-Vc|=| 4,694 V – 4,266 V | Eamáx = 0,428 V Ermáx= 0,428 V /4,694 V Ermáx =0,09

44

8. GASTOS GERAIS

Produto Cartão Cinza Chisato Cola UHU Estanho Resistência Potênciometro Relé Sensor LDR Transistor LED Régua Juntas Placa de Circuito Lâmpada Total Geral

Quantidade 1 1 3 5 2 3 7 2 2 1 1 12 1 1 42

Preço Unitário 1.420,00 1.000,00 228,00 300,00 100,00 1.000,00 1.100,00 1000,00 500,00 50,00 700,00 100,00 2000,00 850,00 9.348,00

Total 1.420,00 1.000,00 684,00 1.500,00 200,00 3.000,00 7.700,00 2000,00 1.000,00 50,00 700,00 1.200,00 2000,00 850,00 23.304,00

Tab.3 – Lista dos materiais com seus respectivos preços.

Gastos Gerais 30000 27000 24000 21000 18000 15000 12000 9000 6000 3000 0

Quantidade

Preço Unitário

Total

Fig. 30 – Comportamento dos gastos gerais graficamente.

45

9. CONCLUSÃO Com base ao percurso da realização deste trabalho, podemos assegurar que o projecto apresentado, é bastante rico e ao longo da resolução do mesmo aprendemos muito desde o conceito de um parque de estacionamento, até aos detalhes básicos de como ocorre ou se faz o gerenciamento do mesmo. Conseguimos aprofundar e endurecer minimamente os nossos conhecimentos nas áreas de Automação, Controlo, Electrónica, Instrumentação, etc. Utilizamos alguns softwares que deram suporte ao projecto, permitindo-nos ter a noção de uma instalação real. A utilização de parque de estacionamento nas instituições, organizações empresariais, redes hoteleiras, aeroportos, estádios, etc.; é indispensável e quanto mais inteligente e moderno, melhor para o conforto humano e uma natureza cada vez mais organizada e ergonómica. Depois deste período de pesquisa, as tendências de estudos de viabilidades indicam que de um sistema de gestão nos parques de estacionamento seria é um projecto viável e rentável. Sendo este trabalho de carácter investigativo, é livre e aberto, pois as informações são infinitas desde o modo de programação dos controladores lógicos programáveis, até à concepção dos circuitos de entradas (sensores) e saídas (actuadores).

46

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Livros e Apostilas Usadas        

Autómatos Programáveis, 5ª Edição Actualizada, António Francisco, 2015. Eletrônica vol. 6 - Automação industrial do Centro Paula Souza de Ismael Moura Parede e Luiz Eduardo Lemes Gomes e o Coautor Edson Horta. Curso de Controladores Lógicos Programáveis Tutorial Aplicações, Funcionamento e Utilização de Sensores, Luís Fernando Patsko Introdução a Electrónica, Editora LUTÉCIA LTDA Relés Circuitos e Aplicações, Instituto Newton C. Braga Manual Siemens LOGO! Edição 06/2003 da Siemens. Material de apontamentos usado durante as aulas.

Sites:



http://www.passo.com.br/estacionamento.htm http://comandoseletricosii.blogspot.com/2013/03/aula-08-dispositivos-desinalizacao.html



https://www.citisystems.com.br › Automação Industrial



http://www.feng.pucrs.br/professores/tergolina/Automacao_e_Controle/APRE SENTACAO_-_Aula_03_Sensores_Industriais.pdf http://www.estgv.ipv.pt/PaginasPessoais/vasconcelos/Documentos/Manualde Acessibilidades/ManuaisCCDRNmiolo_AF/09Estacionamento_AF.pdf https://www.significados.com.br/automacao/



 

Links de algumas figuras: 

  

https://portuguese.alibaba.com/product-detail/rf-300fa-12350-5-9v-dvd-dcmotor-3v-24-4mm-dc-motor-for-electric-mixing-cup-brushed-mini-small-dcmotor-solar-toys-dc-motor-3v-1941716918.html http://www.josematias.pt/eletr/o-que-sao-transistores/ http://projectshopbd.com/product/ldr/ https://tecnologiasindustriais.wordpress.com/2012/10/21/automatosprogramaveis-plcs-visao-global-5/

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UNIVERSIDADE-METODISTA-De-ANGOLA Engenharia Mecatrónica Motologia de Investigação Científica Parque de Estacionamento

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