Mini-Projecto · Quadro de comando automático para uma bomba alimentada por energia solar
Contexto
Uma exploração agrícola tem um poço e um reservatório elevado. A bomba trifásica de 1,5 kW (400 V) é alimentada por um sistema fotovoltaico com inversor, com a rede elétrica como apoio. O proprietário quer que o enchimento do reservatório seja automático, que a bomba nunca trabalhe sem água no poço, que haja paragem de emergência, sinalização de funcionamento e de defeito, e um modo manual para manutenção.
Foste contratado/a como técnico/a de automatismos para projetar, montar (em bancada ou em simulação) e programar o quadro de comando, entregando o dossiê técnico completo: esquemas, mapa de entradas e saídas, programa e relatório de ensaios.
Trabalhas individualmente ou a pares, com software de desenho esquemático, software de programação de autómatos (ou simulador) e, quando disponível, bancada com contactores, relés, botões e um autómato.
Requisitos
Funcionais
- Modo automático: a bomba liga quando o nível do reservatório desce abaixo do mínimo e pára quando atinge o máximo (histerese), desde que haja água no poço.
- Proteção contra funcionamento em seco: sensor de nível no poço, com atraso à desligação para evitar paragens por ondulação.
- Modo manual (seletor): botões de arranque e paragem com selo, mantendo as proteções.
- Proteção do motor: disjuntor de motor e relé térmico regulado à corrente nominal; o contacto do térmico entra no autómato e na sinalização.
- Paragem de emergência em hardware, com contacto NC e retenção. Depois do rearme, a bomba só arranca com nova ordem.
- Sinalização: lâmpada verde de funcionamento, amarela intermitente de defeito (térmico disparado ou poço seco, uma condição anormal que pede intervenção) e branca de modo manual (informação); as cores das lâmpadas justificam-se com a EN/IEC 60204-1.
- Contador de horas de arranque ou de ciclos de enchimento (contagem de arranques).
- Programa em Ladder e Grafcet do ciclo de enchimento (esperar, arrancar, encher, parar, tempo mínimo de repouso).
- Mapa de entradas e saídas completo.
Não-funcionais
- Esquemas de potência, comando e entradas e saídas com simbologia normalizada e referenciação coerente.
- Montagem com condutores identificados, ponteiras, disposição organizada e aspeto final cuidado (ou plano de montagem, se for em simulação).
- Cumprimento das normas de segurança e saúde no trabalho, uso de EPI e procedimento de consignação nos ensaios.
- Referência às RTIEBT, à Diretiva Máquinas e à EN/IEC 60204-1 nas escolhas de proteção, de cores e de categoria de paragem, remetendo para os diplomas na redação em vigor.
- Documentação organizada e versionada.
Fases
Fase 1 · Caderno de encargos e escolha da solução (2h) Levantar funções, modos e segurança; justificar a escolha entre lógica cablada e autómato; listar entradas e saídas.
Fase 2 · Esquemas e dimensionamento (4h) Desenhar os esquemas de potência, comando e entradas e saídas; calcular a corrente nominal do motor, escolher contactor, disjuntor de motor e térmico; construir o mapa de entradas e saídas.
Fase 3 · Grafcet e programa (5h) Desenhar o Grafcet do ciclo, com a etapa de desarmado que exige nova ordem depois de uma paragem de segurança; escrever as equações de etapa e o programa em Ladder com TON, TOF e contador; escrever também a histerese de nível em texto estruturado ou em blocos funcionais.
Fase 4 · Montagem e ligações (3h) Montar o quadro (ou o plano de montagem) com condutores identificados, boa disposição e encravamentos; ligar entradas e saídas respeitando tipo de sensor, níveis de tensão e separação galvânica.
Fase 5 · Ensaio e monitorização (3h) Ensaiar sem carga, depois com carga; monitorizar em linha; simular entradas; verificar paragem de emergência, térmico, paragem e proteção contra funcionamento em seco, incluindo os rearmes sem nova ordem; registar resultados.
Fase 6 · Diagnóstico e dossiê (3h) Introduzir duas avarias controladas (por exemplo, sensor de poço desligado e contacto do térmico aberto), diagnosticá-las com método, levantar o esquema do quadro de um colega (ou o teu, sem consultar o desenho) e confrontá-lo com o original, e reunir o dossiê final.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Caderno de encargos e escolha da solução | 10% |
| Esquemas, simbologia e dimensionamento | 20% |
| Programa em Ladder e Grafcet corretos | 25% |
| Montagem, ligações de entradas e saídas | 15% |
| Ensaios, monitorização e diagnóstico | 15% |
| Segurança, EPI, normas e proteção ambiental | 10% |
| Dossiê e apresentação | 5% |
Erros comuns
- Ligar a paragem, o fim de curso ou o nível máximo como contacto NO.
- Deixar a emergência, o térmico ou a paragem sem limpar as memórias de arranque, e a bomba arrancar sozinha no rearme.
- Programar a paragem invertida por ser "botão de parar", quando a entrada NC está a 1 em repouso.
- Não colocar o contacto do térmico em série com a bobina nem informar o autómato.
- Sensor de poço sem atraso, com paragens por ondulação da água.
- Acionar o motor diretamente de uma saída do autómato.
- Esquecer o díodo de roda livre na bobina de 24 V DC.
- Escrever a mesma saída em dois degraus.
- Esquecer a reserva de entradas e saídas.
- Ensaiar sem consignar nem verificar ausência de tensão.
- Deixar variáveis forçadas depois do ensaio.
- Entregar esquemas diferentes do que foi montado.
Bónus (opcional)
- Acrescentar uma segunda bomba com alternância de arranques para igualar o desgaste.
- Incluir um inversor de frequência com velocidade proporcional ao nível.
- Registar o número de arranques e o tempo de funcionamento num painel de operador.
- Propor um plano de manutenção preventiva do quadro com periodicidade.
Reflexão
No dossiê final, responde: porque é que a segurança do arranque não pode depender só do programa do autómato? E descreve uma avaria que tenhas diagnosticado (ou simulado), o método que seguiste e como ligaste a causa ao esquema ou ao programa.