Escrito - Elevador
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1
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO DE JANEIRO CAMPUS
PARACAMBI
8º PERÍODO – ELETROTÉCNICA
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL II
ACIONAMENTO ELEVADOR
PARACAMBI 2015
2
Andressa Cardoso Xavier
Vinicius Guimarães Brito
ACIONAMENTO ELEVADOR
Professor: Jorge Henrique
PARACAMBI 2015
Trabalho apresentado como forma de
expor atividade laboratorial na disciplina
CLP II do curso Técnico em Eletrotécnica
do Instituto Federal de Educação Ciência
e Tecnologia do Rio de Janeiro – Campus
Paracambi.
3
Conteúdo 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................... 1
2. OBJETIVO .......................................................................................................................................................... 1
3. CONCEITOS TEÓRICOS ................................................................................................................................ 1
3.1. Inversor de frequência .................................................................................................................................. 1
3.1.1. Princípio de funcionamento ...................................................................................................................... 2
3.2. Controlador Lógico Programável ................................................................................................................. 3
3.3. Elevador .......................................................................................................................................................... 5
3.3.1. Passo a passo ............................................................................................................................................ 5
4. MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................................................................ 7
5. DESENVOLVIMENTO ...................................................................................................................................... 8
5.1. Primeira Etapa ................................................................................................................................................ 8
5.1.1. Diagrama Ladder ....................................................................................................................................... 8
5.1.2. Parâmetros do Inversor de Frequência .................................................................................................. 9
5.1.3. Esquema de Ligação ............................................................................................................................... 10
5.1.4. Funcionamento ......................................................................................................................................... 10
5.2. Segunda Etapa ............................................................................................................................................. 11
5.2.1. Parâmetros do Inversor de Frequência ................................................................................................ 11
5.2.2. Diagrama em Ladder ............................................................................................................................... 12
5.2.3. Funcionamento ......................................................................................................................................... 13
5.2.4. Esquema de Ligação ............................................................................................................................... 14
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................................... 15
7. CONCLUSÃO ................................................................................................................................................... 15
8. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................................... 16
4
Índice de Imagens
Figura 1: Diagrama de blocos do inversor. ............................................................................................................ 2
Figura 2: Esquema simplificado do inversor. ........................................................................................................ 2
Figura 3: Entrada e saída do retificador de onda completa. ............................................................................... 3
Figura 4: Tensão retificada....................................................................................................................................... 3
Figura 5: Controlador Lógico Programável. ........................................................................................................... 4
Figura 6: Partes construtivas do elevador. ............................................................................................................ 6
Figura 7: Inversor de frequência. ............................................................................................................................ 7
Figura 8: Fonte de alimentação de 12V. ................................................................................................................ 7
Figura 9: Controlador Lógico Programável. ........................................................................................................... 7
Figura 10: Elevador. .................................................................................................................................................. 7
Figura 11: Simulação do elevador para primeiro acionamento. ......................................................................... 8
Figura 12: Diagrama Ladder para primeiro acionamento.................................................................................... 8
Figura 13: Esquema de ligação do primeiro acionamento. ............................................................................... 10
Figura 14: Simulação do elevador para o segundo acionamento. ................................................................... 11
Figura 15: Diagrama Ladder para o segundo acionamento. ............................................................................ 12
Figura 16: Esquema de ligação para o segundo acionamento. ....................................................................... 14
5
Índice de Tabelas
Tabela 1: Legenda do diagrama de Ladder do primeiro acionamento. ............................................................ 9
Tabela 2: Parâmetros do inversor de frequência. ................................................................................................ 9
Tabela 3: Parâmetros do inversor de frequência. .............................................................................................. 11
Tabela 4: Legenda do diagrama de ladder. ......................................................................................................... 13
1
1. INTRODUÇÃO
Este relatório tem como fundamento teórico a comprovação, à partir das aulas realizadas em
laboratório, a utilização e a aplicação dos instrumentos estudados no semestre: Inversor de frequência e
Controlador Lógico Programável.
Será apresentado nesse relatório toda base teórica do acionamento da cabine de um elevador
através dos aparelhos assim mencionados, bem como o funcionamento e o objetivo desses para a
aplicação proposta. O presente relatório irá conter imagens relativas a cada etapa da montagem e o
resultado obtido do experimento. Este será dividido também em duas partes, onde a primeira etapa será
responsável pelo funcionamento do da cabine do elevador entre os andares L e 3. E a segunda etapa
será composta pelo funcionamento do elevador também entre esses andares, além de apresentar a
propriedade de parar nos respectivos andares aqui mencionados.
2. OBJETIVO
Este relatório tem o objetivo de garantir uma familiarização com os equipamentos aqui utilizados,
inversor de frequência e controlador lógico programável (CLP), em um acionamento de elevador, com o
intuito de compreender as funções, utilizações e aplicações destes aparelhos, além de garantir o
funcionamento da cabine do elevador utilizando os mesmos, com base nos ensaios realizados em aula.
3. CONCEITOS TEÓRICOS
3.1. Inversor de frequência
Um inversor de frequência nada mais é do que um equipamento eletrônico capaz de variar
a velocidade de giro de motores elétricos trifásicos. O nome “inversor de frequência” é dado pela sua
forma de atuação. O inversor de frequência tem como principal função alterar a frequência da rede que
alimenta o motor, fazendo com que o motor siga frequências diferentes das fornecidas pela rede, que é
sempre constante. Desta forma podemos facilmente alterar a velocidade de rotação do motor de modo
muito eficiente.
O uso de inversores de frequência é responsável por uma série de vantagens, dependendo dos
modelos oferecidos pelos fabricantes, é unida a capacidade de variar a velocidade com controles
2
especiais já implantados no equipamento. Esses controles proporcionam além da total flexibilidade de
controle de velocidade sem grande perda de torque do motor, aceleração suave através de
programação, frenagem direta no motor sem a necessidade de freios mecânicos além de diversas
formas de controles preferenciais e controles externos que podem ser até por meio de redes de
comunicação. Tudo isso com excelente precisão de movimentos.
Além destas vantagens, os inversores ainda possuem excelente custo-benefício, pois proporcionam
economia de energia elétrica, maior durabilidade de engrenagens, polias e outras transmissões
mecânicas por acelerar suavemente a velocidade.
3.1.1. Princípio de funcionamento
A função principal de um inversor de frequência é a partir de uma alimentação com frequência fixa
prover à carga uma alimentação ajustável. A entrada do inversor (alimentação do inversor) deve ser
conectada a uma fonte de energia, como uma bateria (valor de tensão constante) ou à rede elétrica, que
na maioria das aplicações no Brasil possui tensão (monofásica ou trifásica) com valor 220VRMS F-N e
frequência de 60 Hz. A saída do inversor é conectada à carga acionada, sendo possível controlar a
frequência, tensão e corrente. Com este tipo de controle, é possível ajustar, por exemplo, velocidade e
torque de um motor. O que permite umas grandes versatilidades nas mais diversas aplicações
industriais.
Figura 1: Diagrama de blocos do inversor.
Figura 2: Esquema simplificado do inversor.
3
O Retificador de Onda Completa, composto por seis diodos, converte as tensões alternadas da
rede trifásica em tensões retificadas, conforma as figuras.
O estágio de filtro é responsável por transformar estas tensões retificadas em uma tensão contínua.
Este estágio após o filtro é conhecido como “link CC”. Muitos modelos de Inversores disponibilizam
acesso aos terminais logo após o filtro, desta forma é possível utilizar como alimentação do Inversor
uma fonte de corrente contínua, ou até mesmo uma bateria. Neste caso o estágio de retificação não é
utilizado.
3.2. Controlador Lógico Programável
Um Controlador Lógico Programável ou Controlador Programável, conhecido também por suas
siglas CLP ou PLC (Programmable logic controller), é um computador especializado, baseado em um
microprocessador que desempenha funções de controle através de softwares desenvolvidos pelo
usuário. É amplamente utilizado na indústria para o controle de diversos tipos e níveis de complexidade.
Geralmente as famílias de Controladores Lógicos Programáveis são definidas pela capacidade de
processamento de um determinado número de pontos de Entradas e/ou Saídas (E/S).
Figura 3: Entrada e saída do retificador de onda completa.
Figura 4: Tensão retificada.
4
Controlador Lógico Programável segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), é
um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.
Segundo a NEMA (National Electrical Manufacturers Association), é um aparelho eletrônico digital que
utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para programar funções
específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por
meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos.
Um CLP é o controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por eventos discretos, ou
seja, com processos em que as variáveis assumem valores zero ou um (linguagem binária). Podem
ainda lidar com variáveis analógicas definidas por intervalos de valores de corrente ou tensão elétrica.
As entradas e/ou saídas digitais são os elementos discretos, as entradas e/ou saídas analógicas são os
elementos variáveis entre valores conhecidos de tensão ou corrente.
Os CLP's estão muito difundidos nas áreas de controle de processos e de automação industrial. No
primeiro caso a aplicação se dá nas indústrias do tipo contínuo, produtoras de líquidos, materiais
gasosos e outros produtos, no outro caso a aplicação se dá nas áreas relacionadas com a produção em
linhas de montagem, por exemplo na indústria do automóvel.
Os CLPs têm capacidade de comunicação de dados via canais seriais. Com isto podem ser
supervisionados por computadores formando sistemas de controle integrados. Softwares de supervisão
controlam redes de Controladores Lógicos Programáveis.
Os canais de comunicação nos CLP´s permitem conectar à interface de operação (IHM),
computadores, outros CLP´s e até mesmo com unidades de entradas e saídas remotas. Cada
fabricante estabelece um protocolo para fazer com seus equipamentos troquem informações entre si. Os
protocolos mais comuns são Modbus (Modicon - Schneider Eletric), EtherCAT (Beckhoff), Profibus
(Siemens), Unitelway (Telemecanique - Schneider Eletric), DeviceNet (Allen Bradley) e RAPIEnet (LSis -
LGis), entre muitos outros.
Figura 5: Controlador Lógico Programável.
5
3.3. Elevador
O elevador é equipamento mecânico tracionado por um motor de indução elétrica que fica ligado a
um contrapeso por meio de cabos e polias, movidas por um motor que torna possível o sobe e desce
vertical. Atualmente os modelos mais modernos contam com vários aditivos, visando à segurança e a
rapidez no transporte de pessoas, tais como: freios de emergência, um computador que calcula o
caminho mais lógico a ser percorrido pela cabine e sensores que impedem o fechamento da porta
quando há pessoas no caminho.
O princípio básico de funcionamento de um elevador é o mesmo desde que esta máquina foi
inventada, há mais de 150 anos atrás. O elevador fica ligado a um contrapeso por meio de cabos e
polias (espécies de roldanas presas a um eixo), movidas através de um motor, assim dando o
movimento vertical de sobe e desce. Pensando um pouco podemos perceber o quanto os elevadores
são importantes, principalmente nas grandes metrópoles. Com a sua invenção se tornou possível a
construção dos imensos arranha-céus com rapidez jamais vista, os elevadores facilitam o transporte de
materiais extremamente pesados numa construção de um prédio, por exemplo. Os elevadores também
viabilizaram a construção de grandes edifícios residenciais, o qual necessitava de um meio de
transporte para a locomoção dos moradores para os andares mais elevados.
3.3.1. Passo a passo
O motor elétrico é a peça responsável por realizar o sobe e desce da cabine. Os elevadores mais
modernos do mundo possuem motores bem potentes, que conseguem fazer as cabines se
movimentarem a quase 50 km/h.
Um elevador só consegue subir e descer porque fica ligado a um contrapeso por meio de um
sistema de polias e engrenagens. Para que essa operação seja possível, o contrapeso deve ter pelo
menos 40% do peso da cabine e da capacidade máxima do elevador (se um elevador cheio pesar 1.000
kg, por exemplo, o contrapeso terá 400 kg). O resto da força que movimenta a cabine é o motor quem
faz.
Os elevadores são suspensos por cabos de aço ligados à cabine e ao contrapeso num conjunto
que inclui também uma polia para evitar desgaste de material. Normalmente, as máquinas contam com
três cabos, se um deles se romper, os outros dois são suficientes para garantir o transporte por um
curto período de emergência.
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Se todos os cabos de aço do sistema de polia se romper, os freios de emergência são acionados
automaticamente. Antes de a cabine começar a cair, os cabos de aço liberam travas que se agarram
aos dentes de um trilho que corre nas laterais do fosso, travando o elevador e salvando os passageiros.
As portas abrem ou fecham graças a um sistema de braços mecânicos movidos por um pequeno
motor. Os elevadores mais modernos têm sensores infravermelhos que só permitem que a porta
automática se feche quando todo mundo está dentro da cabine. Alguns deles também impedem o
fechamento quando o limite de peso é ultrapassado.
No térreo, o poço do elevador tem um sistema de amortecimento com molas para evitar que a
cabine se choque com o chão. Esse mecanismo diminui os danos de uma parada brusca, mas não tem
a capacidade de amortecer uma queda de mais de dois andares, por exemplo.
E Existem dois tipos principais e já consolidados princípios de atendimento de chamados, são eles:
(i) Princípio coletivo, no qual o elevador atende os chamados de forma sequencial, de acordo com a
proximidade dos pavimentos solicitantes, respeitando o sentido do movimento; (ii) Princípio seletivo, no
qual o elevador seleciona o pavimento mais alto ou mais baixo entre as solicitações, realizando os
atendimentos a partir deste, de forma sequencial.
Figura 6: Partes construtivas do elevador.
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4. MATERIAIS UTILIZADOS
Para executar tal atividade, foi preciso utilizar alguns materiais, tais quais se encontram:
Pinos bananas;
1 Inversor de Frequência CFW-10 da WEQ;
1 CLP TPW-03 da WEQ;
1 Elevador de 5 andares;
1 Computador com Softwares de supervisão do CLP;
1 Fonte de 12V.
Figura 7: Inversor de frequência.
Figura 10: Elevador.
Figura 9: Controlador Lógico Programável.
Figura 8: Fonte de alimentação de 12V.
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5. DESENVOLVIMENTO
Através dos materiais utilizados, montamos a partir de programação lógica o acionamento assim
proposto da movimentação da cabine do elevador. O inversor foi utilizado para controlar o sentido de
giro do motor, além de controlar a velocidade e a frequência do mesmo. Já o CLP foi utilizado no intuito
de desenvolver o acionamento através do diagrama Ladder, responsável de enviar o sinal de
movimentação do motor para o inversor.
5.1. Primeira Etapa
A primeira etapa foi destinada para o acionamento da cabine do elevador entre os andares L e 3.
5.1.1. Diagrama Ladder
Figura 11: Simulação do elevador para primeiro acionamento.
Figura 12: Diagrama Ladder para primeiro acionamento.
Botões de chamada
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LEGENDA
Código Comentário
X001 Botão de subida da cabine
X002 Botão de descida da cabine
X003 Fim de curso de subida
X004 Fim de curso de descida
Y001 Motor sentido subida
Y002 Motor sentido descida
Y003 Freio do motor subida
Y004 Freio do motor descida
Y006 Sinalização subida
Y007 Sinalização descida
Tabela 1: Legenda do diagrama de Ladder do primeiro acionamento.
OBS: Os X’s são entradas do CLP e os Y’s as saídas.
5.1.2. Parâmetros do Inversor de Frequência
Para que o inversor de frequência funcione de acordo com nossos respectivos estudos, foi preciso
configura-lo, dimensionando alguns dos seus parâmetros, dos quais serão responsáveis cada um por
sua função. Para isso foi preciso estudar o manual do mesmo afim de conhecer todas as funções que o
equipamento disponibiliza, na finalidade de selecionar apenas os essenciais para o funcionamento do
motor da cabine do elevador.
Parâmetro Função Valor Descrição
P000 Parâmetro de acesso 5 Possibilitará acesso do aparelho
P002 Valor proporcional a frequência 15 Motor funcionará em 15 Hz
P100 Tempo de aceleração 5 Motor funcionará em 5s
P101 Tempo de desaceleração 3 Motor funcionará em 3s
P229 Seleção de comandos 001 Comandos via bornes
P263 Função de entrada digital DI1 9 Sentido avanço
P264 Função de entrada digital DI2 10 Sentido retorno
Tabela 2: Parâmetros do inversor de frequência.
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5.1.3. Esquema de Ligação
5.1.4. Funcionamento
Conforme a legenda acima, as entradas do CLP (X’s) são os equipamentos que determinam o
comando do acionamento e as saída (Y’s) são os componentes que para serem energizados,
dependem de suas entradas. O contato entre esses componentes é feito pelo interior o CLP através do
acionamento realizado no diagrama Ladder. O que acontecerá?! - Quando o circuito estiver abito a ser
energizado, será possível realizar o acionamento das entradas do circuito, que consequentemente as
saídas assim determinadas atingiram sua função no esquema elétrico, cada saída corresponde a uma
função depende da entrada. E é exatamente isso que acontece nesse caso, quando os botões X001 ou
X002 (comando do motor) forem acionados, o CLP mandará um sinal digital para todas as saídas do
motor, Y001 ou Y002 (acionamento do motor) – Y003 ou Y004 (freio do motor) – Y006 ou Y007
(iluminação do acionamento), e quando os botões X003 ou X004 forem acionados, eles terão a função
de parar todo o comando, informando ao CLP para interromper o funcionamento de todas as saídas.
Figura 13: Esquema de ligação do primeiro acionamento.
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5.2. Segunda Etapa
Já a segunda etapa foi destinada para o acionamento da cabine do elevador, parando nos
respectivos andares entre L e 3.
5.2.1. Parâmetros do Inversor de Frequência
Como o funcionamento do motor do elevador nessa segunda parte do acionamento é o mesmo,
comparado ao primeiro, os parâmetros do inversor de frequência utilizados foram os mesmos, uma vez
que a único aspecto que difere do acionamento anterior é o acionamento realizado pelo CLP em
diagrama de ladder.
Parâmetro Função Valor Descrição
P000 Parâmetro de acesso 5 Possibilitará acesso do aparelho
P002 Valor proporcional a frequência 15 Motor funcionará em 15 Hz
P100 Tempo de aceleração 5 Motor funcionará em 5s
P101 Tempo de desaceleração 3 Motor funcionará em 3s
P229 Seleção de comandos 001 Comandos via bornes
P263 Função de entrada digital DI1 9 Sentido avanço
P264 Função de entrada digital DI2 10 Sentido retorno
Tabela 3: Parâmetros do inversor de frequência.
Figura 14: Simulação do elevador para o segundo acionamento.
Botões de chamada
por andar Sensores de proximidade
por andar
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LEGENDA
Código Comentário
X001 Sensor de posição do 1º andar
X002 Sensor de posição do 2º andar
X003 Sensor de posição do 3º andar
X004 Sensor de posição do 4º andar
X005 Sensor de posição do 5º andar
X006 Botão de chamada do 1º andar
X007 Botão de chamada do 2º andar
X010 Botão de chamada do 3º andar
X011 Botão de chamada do 4º andar
X012 Botão de chamada do 5º andar
X050 Contato fechado
[MOV H- D1] Bloco comparador-mover
[MOV H- C2] Bloco comparador-mover
[< D1 C2] Bloco comparador lógico-menor
[> D1 C2] Bloco comparador lógico-maior
[= D1 C2] Bloco comparador lógico-igual
D1 Variável dos andares
C2 Variável das chamadas
M0 Saída auxiliar da subida do motor
M1 Saída auxiliar da descida do motor
M2 Saída auxiliar da parada do motor
T1 Temporizador da subida do motor
T2 Temporizador da descida do motor
T3 Temporizador da parada do motor
[SET Y001] Saída setada da subida do motor
[SET Y002] Saída setada da descida do motor
[RST Y001] Saída resetada da subida do motor
[RST Y002] Saída resetada da descida do motor
Y007 Saída do freio do motor
Y010 Saída do freio do motor
Tabela 4: Legenda do diagrama de ladder.
OBS: Os X’s são entradas do CLP e os Y’s as saídas.
5.2.3. Funcionamento
O funcionamento deste acionamento é basicamente igual ao primeiro, as entradas determinam o
funcionamento das saídas. A única diferença é o diagrama de Ladder do acionamento, este é possível
observar alguns blocos dos quais não se encontram no primeiro, esses blocos são conhecidos como
comparadores lógicos que tem a função de possibilitar alguns sinais de entrada com uma resposta de
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saída. Nesse acionamento utilizamos alguns comparadores móveis que tem função de mover o sinal de
saída de acordo com os sinais que chegam em sua entrada, e foram utilizados também alguns
comparadores lógicos (<, =, >) que apresentam um sinal de saída de acordo com sua configuração, por
exemplo: o comparador igual (=) utiliza duas variáveis como entrada, e quando essas variáveis forem
iguais, esse comparador atua. Os comparadores maior e menor (< e >) atuam da mesma forma, porém
eles atuam quando suas variáveis apresentam resultado maior ou menor comparado entre ambas.
Sendo assim esses recursos são de fácil utilização pois apresentam formas simples de manuseá-los,
além de compactar o acionamento desejado o tornando mais claro e de fácil entendimento.
5.2.4. Esquema de Ligação
Fonte da
bancada
Computador com supervisório do CLP
Entradas do CLP
Saídas do CLP
Figura 16: Esquema de ligação para o segundo acionamento.
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6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Toda programação Ladder do acionamento do elevador parando em cada andar (entre L e 3) está
funcionando. O programa simula com êxito toda operação, porém, por uma série de fatores não foi
possível montar o esquemático na bancada. Havia inúmeros componentes ruins no módulo elevador,
como portas, sensores, entradas e saídas; havia também, além do módulo elevador, as entradas e
saídas do CLP que estavam boa parte colada por conta de outros acionamentos feitos antes, além de
não termos conhecimento suficientes sobre todos os recursos que o CLP tem a oferecer. Vale ressaltar
novamente que toda parte de programação está correta, o programa da Weg simula sem erro toda linha
de programação, porém os equipamentos para ligação externa estão danificados, impossibilitando a
montagem do esquema.
7. CONCLUSÃO
Este último relatório apresenta as mesmas características das atividades anteriores, porém esse
com um grau de dificuldade muito maior.
Neste experimento, foi preciso fazer um estudo mais profundo de fundamentos do CLP e
inversor de frequência, pois sem esses conhecimentos não seria possível escrever nem mesmo uma
linha de comando.
Foi estudado novos modos de se fazer um acionamento, além dos tradicionais AND, OR, NAND.
Esse te relatório teve a implementação de novas instruções como SET, RESET e comparadores lógicos
(maior que, menor que ou igual). Feito todo esse estudo, e entendido como funciona cada instrução no
CLP, aplicamos no que foi inicialmente pedido: acionar o elevador parando em cada andar entre L e 3.
Toda linha de programação necessária foi montada, muito pensada e o programa Ladder funcionou.
Porém, os equipamentos que temos disponíveis na escola não conseguiram atender o que
precisávamos porque estavam na sua maioria danificados. Então, foi montado um novo programa, onde
o elevador tinha que parar apenas no andar L e 3 e girar à uma frequência de 15 Hz. Foi programado o
inversor de frequência e ligado junto com o CLP (através das saídas do CLP e nas entradas digitais do
inversor e também as mesmas fases).
Após realizado com insucesso a primeira etapa, podemos concluir que este relatório foi de
grande avalia para conhecimento técnico na área de automação e CLP, onde teve de ser usado várias
novas instruções além das padronizadas, e, após isso foi montado a segunda etapa do processo, um
pouco mais simples e menos complexa que a primeira, mas ainda sim garantindo mais experiência e
rapidez na resolução de problemas envolvendo pensamento lógico, CLP e programação Ladder.
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8. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
Manual do Controlador Lógico Programável TPW-03 da WEQ
Manual do Inversor de Frequência CFW-10 da WEQ
http://comoissofunciona.blogspot.com.br/2007/10/como-funciona-o-elevador.html
http://saladaautomacao.com.br/como-funciona-o-clp/
http://www.digel.com.br/novosite/index.php?option=com_content&view=article&id=70:co
mo-funciona-um-inversor-de-frequencia