Tcc-eng- Mecatrônica-jose Ricardo Garcia-marcio Luis De Souza-2010-final

Transcript

FACULDADES INTEGRADAS DE SÃO PAULO – FISP GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECATRÔNICA JOSÉ RICARDO GARCIA MARCIO LUIS DE SOUZA Unidade ‘Fail-Safe’ de Processamento de Velocidade São Paulo 2010 JOSÉ RICARDO GARCIA MARCIO LUIS DE SOUZA Unidade ‘Fail-Safe’ de Processamento de Velocidade Trabalho de conclusão de curso apresentado à Faculdades Integradas de São Paulo como requisito parcial à obtenção do título de Graduação em Engenharia Mecatrônica. Orientador: Prof. Alexandre Erdmann Silva São Paulo 2010 FACULDADES INTEGRADAS DE SÃO PAULO - FISP GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECATRÔNICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Unidade ‘Fail-Safe’ de Processamento de Velocidade Autores: José Ricardo Garcia Márcio Luis de Souza Orientador: Professor Alexandre Erdmann Silva São Paulo, ____ de _____________________________ de 2010. Eu, José Ricardo, dedico este trabalho aos meus pais e minha noiva Paula pelo apoio e amor dedicados, principalmente durante a execução deste trabalho. Dedico também aos Engenheiros Délio Panissi e Wagner Filho pelo incentivo e consultoria técnica. Eu, Marcio, dedico este trabalho à minha esposa Ana Paula pelos momentos quando não foi possível eu lhe prestar a atenção merecida e aos meus pais que sempre me incentivaram a dar continuidade nos meus estudos. AGRADECIMENTOS A todos os nossos professores da FISP que nos proporcionaram um salto de conhecimento, atitude e habilidade muito importante para o prosseguimento da nossa vida profissional. Em especial, ao Prof. Alexandre Erdmann Silva, pela orientação nos prestada durante o desenvolvimento deste trabalho. A todos nossos companheiros do curso de Engenharia Mecatrônica e também a todos os demais que, diretamente ou indiretamente, colaboraram com a execução do nosso trabalho. RESUMO Desenvolvimento do projeto de uma unidade “Fail-Safe” de processamento de velocidade, onde a função deste equipamento eletrônico é fazer a leitura angular de um motor e, após o processamento dessa informação, disponibilizar dois sinais lógicos de saída informando valores de velocidade pré-definidos, no caso 0 e 75rpm. Este projeto retrata um equipamento de segurança, desta forma, estão sendo consideradas as técnicas de análise, a validação de segurança e a confiabilidade em equipamentos eletro-eletrônicos. Palavras-chave: Automação. Segurança, Confiabilidade, Velocidade, Eletrônica, Ferrovia, ABSTRACT Development of the design of electronic equipment whose function is to read the angular velocity of an engine, after processing this information, provide two output logic signals indicating values of pre-defined speed, 0 and 75rpm. Because of this work have the idea to design a safety equipment, tools are used for analysis and validation of safety and reliability in electrical and electronics. Keywords: Safety, Reliability, Motor Speed, Electronics, Railway, Automation. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Formulário FMECA...................................................................................18 Figura 2 – Simbologia FTA........................................................................................21 Figura 3 - Truque de um Trem ..................................................................................23 Figura 4 – Chave Óptica ...........................................................................................24 Figura 5 – Montagem do sensor no disco .................................................................25 Figura 6 – Configuração Básica da Chave Óptica.....................................................25 Figura 7 – Circuito básico do conversor frequência - tensão.....................................26 Figura 8 – Circuito básico do comparador.................................................................27 Figura 9 – Círculo básico do comparador de zero.....................................................27 Figura 10 – Círculo do comparador...........................................................................27 Figura 11 – Diagrama de pino do microcontrolador PIC 16F628A ............................28 Figura 12 – Relé “Weld No Transfer” ........................................................................30 Figura 13 – Analogia com Relés “Weld No Transfer” ................................................31 Figura 14 – Controle de Sistema de Portas com Relé de Segurança .......................32 Figura 15 – Diagrama Funcional do Equipamento ....................................................33 Figura 16 – Roda Dentada ........................................................................................35 Figura 17 – Relação Frequência x Rotação Roda Dentada ......................................36 Figura 18 – Circuito de Condicionamento do Sinal de Leitura ..................................36 Figura 19 – Relação Frequência x Tensão ...............................................................37 Figura 20 - Circuito Processamento de Velocidade ..................................................38 Figura 21 – Comportamento Dinâmico do Sistema...................................................39 Figura 22 - Circuito Controlador de Acionamento de Saída ......................................40 Figura 23 - Circuito do Display de Velocidade...........................................................41 Figura 24 – Diagrama Funcional do Protótipo ...........................................................42 Figura 25 – Foto do Protótipo mecânico ...................................................................43 Figura 26 – Placa de Leitura .....................................................................................44 Figura 27 – Layout dos componentes e Projeto das Ligações da Placa de Leitura ..45 Figura 28 – Placa de Leitura .....................................................................................45 Figura 29 – Esquema elétrico da Placa Controladora ...............................................46 Figura 30 – Layout dos componentes e Projeto das Ligações da Placa Controladora47 Figura 32 – Esquema elétrico da Placa Controladora do Motor................................48 Figura 33 – Layout dos componentes e Projeto das Ligações da Placa do Motor....49 Figura 34 – Placa Controladora do Motor .................................................................50 Figura 35 – Esquema elétrico do Painel de Comando ..............................................51 Figura 36 – Painel de Comando................................................................................52 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Relacionamento Banco de Dados ...........................................................29 Tabela 2 – Critério de anúncio de falha.....................................................................34 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS FMECA Failure Modes, Effect and Criticality Analysis FTA Fault Tree Analysis ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas LED Light Emissor Diode TGV Trem de Grande Velocidade CI Circuito Integrado PIC Programmable Interface Controller RPM Rotações por Minuto LCD Liquid Crystal Display PWM Pulse Width Modulatio CAD Computer Aided Design SUMÁRIO 1. Introdução .............................................................................................................13 2. Objetivo .................................................................................................................15 2.1. Justificativa .........................................................................................................15 3. Fundamentos Teóricos .........................................................................................16 3.1. Análise de Segurança.........................................................................................16 3.1.1. Análise do Modo, Efeitos e da Criticidade das Falhas (FMECA) ....................17 3.1.2. Análise da Árvore de Falhas...........................................................................19 3.1.3. Conceito Fail-Safe ..........................................................................................22 3.2. Leitura de Velocidade .........................................................................................22 3.2.1. Captação ........................................................................................................24 3.2.2. Tratamento do sinal pulsado...........................................................................25 3.2.3. Circuitos Comparadores .................................................................................26 3.3. Microcontrolador PIC (16F628A) ........................................................................28 3.4. Conceito de Relé “Weld-No-Transfer”.................................................................30 4. Desenvolvimento Prático ......................................................................................33 4.1. Descrição do Equipamento .................................................................................33 4.1.1. Sensor de Leitura de Velocidade....................................................................34 4.1.2. Circuito de Condicionamento do Sinal de Leitura ...........................................36 4.1.3. Circuito Processamento de Velocidade .........................................................37 4.1.4. Circuito Controlador de Acionamento da Saída..............................................39 4.1.5. Circuito do Display de Velocímetro.................................................................41 4.2. Protótipo..............................................................................................................42 4.2.1. Unidade “Fail-safe” de Processamento de Velocidade ...................................43 4.2.1.1. Placa de Leitura ........................................................................................44 4.2.1.2. Placa Controladora ...................................................................................46 4.2.2. Placa Controladora do Motor ..........................................................................48 4.2.3. Painel de Comando ........................................................................................50 5. Análise de Segurança ...........................................................................................53 6. Conclusão .............................................................................................................54 7. Considerações Finais............................................................................................55 REFERÊNCIAS ANEXOS 13 1. INTRODUÇÃO Qualquer máquina, por mais automatizada que seja, possui interface com o ser humano. Desde a revolução industrial, onde iniciaram-se com mais proximidade as relações entre o homem e a máquina, existem registros de acidentes causados pela falta de segurança de equipamentos, seja pelas próprias características do processo o qual a máquina foi projetada, seja pela falta de comprometimento com a segurança em seu projeto. Tecnicamente, movimentos automáticos da máquina e de alguns de seus componentes acabam tornando-se os principais fatores de acidentes no momento do seu manuseio pelo humano. A grande maioria desses movimentos é executada a partir do giro de motores. Condicionar o acesso de uma máquina ao funcionamento de seus motores é uma prática utilizada para reduzir a probabilidade de acidentes e, com isso, garantir a integridade física de quem está em contato com o equipamento em questão. Vejamos alguns exemplos: Consideremos um torno que produz uma determinada peça. O cabeçote onde são realizadas as operações de usinagem da peça é visível e possui uma tampa que protege o operador de que algum resíduo de material seja atirado em quem estiver ao redor da máquina. Em caso de abertura da tampa, o operador tem livre acesso as partes cortantes, deflagrando assim um potencial risco de acidente. O tipo de intertravamento mais comum é um ‘micro-switch’ na tampa que atua no momento de abertura. Com a tampa aberta, não é possível iniciar o ciclo de trabalho da máquina. Essa prática reduz o risco de um acidente, porém não o elimina, visto que, no momento em que a tampa é aberta com o torno já em operação, apenas é cortado o comando do motor que provém os movimentos da máquina e, por conta da inércia, ainda haverá movimentos da máquina e, portanto, um potencial risco de acidente até que o motor pare completamente. Em resumo, a abertura da tampa condiciona o comando do motor. O processo descrito acima é válido no quesito de segurança, porém insuficiente. Em somatória a esse processo, um intertravamento mais eficaz é fazer um intertravamento utilizando uma condição contrária desta, ou seja, fazer com que o movimento do motor condicione a abertura da tampa. Pode-se projetar um dispositivo de travamento da tampa que somente seja liberado no momento em que 14 o motor estiver parado por completo. Com isso, o risco de acidentes causados pela interface do ser humano com a máquina em movimento é praticamente nulo. Outro exemplo completamente distinto, porém análogo, é o processo que intertrava o movimento de um trem de passageiros (Metrô, por exemplo) com a abertura e o fechamento de suas portas. É primordial que o trem não parta de uma estação sem que todas as suas portas de entrada e saída de passageiros estejam fechadas, qualquer movimento do trem, no momento em que o usuário do sistema esteja entrando ou saindo por uma de suas portas, pode causar um acidente. Por esse motivo, o estado das portas deve ser monitorado para que se condicione o comando dos motores do trem com o fechamento completo das portas. Analogamente ao exemplo do torno, mais importante do que condicionar o movimento do trem com o estado das portas, é condicionar a abertura das portas com o movimento do trem, ou seja, no caso de uma abertura indevida de portas com o trem em alta velocidade, as consequências de um acidente são muito mais catastróficas. Portanto, além do monitoramento do estado das portas, é de suma importância monitorar o giro do motores, informando de forma segura ao sitema de controle de portas, de que o trem não se encontra em movimento e dessa maneira seja autorizada a abertura das portas de uma estação. Um outro desafio de engenharia, neste contexto, é como fazer com que essa leitura de velocidade seja “entregue” de forma segura, com a menor possibilidade de falha possível. É neste ponto que os conceitos de equipamento “Fail-Safe" são utilizados. Segundo Freitas (2008), o princípio básico do conceito de projeto “FailSafe”, de que falhas simples não podem causar acidentes catastróficos, pode ser verificado através da análise de que nenhuma falha simples leve à ocorrência do evento topo. Isso é feito por meio da análise dos “conjuntos de corte mínimos”. Um conjunto de corte mínimo é a menor combinação de falhas de itens (de hardware ou de software) que, se todas ocorrerem, causarão a ocorrência do evento topo. (UNITED STATES NUCLEAR REGULATORY COMMISSION, 1981). 15 2. OBJETIVO O objetivo deste trabalho é desenvolver o projeto de um equipamento eletrônico, cuja função é fazer a leitura de velocidade angular de um motor e, após o processamento dessa informação, disponibilizar dois sinais lógicos de saída informando valores de velocidade pré-definidos, no caso 0 e 75rpm, para que sejam utilizados em funções de intertravamento e segurança de equipamentos eletromecânicos de aplicações diversas. Este projeto retrata um equipamento de segurança, desta forma estão sendo consideradas as técnicas de análise, a validação de segurança e a confiabilidade em equipamentos eletro-eletrônicos. Segundo RPI (2007), a integração é elemento chave no projeto mecatrônico, já que a complexidade foi transferida do domínio mecânico para o eletrônico e o de computação. 2.1. JUSTIFICATIVA Devido ao elevado índice de acidentes causados por equipamentos que possuem interface com o ser humano, faz-se necessário o desenvolvimento de dispositivos de segurança que visam eliminar os acidentes causados pelos mesmos. 16 3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 3.1. ANÁLISE DE SEGURANÇA A análise de segurança serve para a identificação e caracterização dos perigos, para tomar ações necessárias para resolver os perigos identificados, verificação e validação. (BOMBARDIER, 2010). • Identificação dos perigos – nesta fase, deverá ser desenvolvida uma lista com os perigos identificados para os sistemas dentro do escopo do projeto. • Caracterização dos perigos – todos os riscos identificados devem sofrer uma classificação inicial de acordo com a sua severidade e probabilidade de ocorrência. Estes dois fatores em conjuntos definirão o índice de risco. Além do índice de risco, informações adicionais a respeito do perigo como descrição e efeitos no sistema deverão ser providenciadas. • Ações necessárias para resolver os perigos identificados – após a identificação de todos os riscos (dentro do escopo definido) e a pré classificação dos mesmos, ações devem ser definidas (quando necessárias) para minimizar a severidade ou a probabilidade de ocorrência dos riscos, sendo que o objetivo final é atingir um índice de risco aceitável. Juntamente com as ações, um responsável também deve ser definido. As ações podem ser testes, análises ou verificações de projeto, por exemplo. • Verificação – todas as ações definidas para lidar com os riscos devem ser verificadas para garantir que os objetivos estão sendo alcançados (redução dos riscos à um nível aceitável). Caso as ações não sejam efetivas, novas ações deverão ser realizadas de acordo com o processo já descrito. Uma vez que as ações gerem os resultados esperados, os riscos deverão ser re-classificados com os novos resultados, de forma a comprovar que os mesmos estejam dentro dos níveis aceitáveis. • Validação – todos os passos descritos acima deverão sofrer um processo de validação. Os processos de execução e validação da análise deverão ser realizados por equipes diferentes, de forma a garantir a necessária independência no processo de análise de segurança como um todo. 17 3.1.1. ANÁLISE DO MODO, EFEITOS E DA CRITICIDADE DAS FALHAS (FMECA) “Segundo SEIXAS (2002, b), a FMECA consiste de uma metodologia para examinar todos os modos de falha de um sistema (produto, processo e serviço), o efeito potencial da falha sobre o desempenho e segurança do sistema e a severidade desse efeito.” “Segundo SEIXAS (2002, b), a diferença entre FMEA e FMECA é que a primeira é uma técnica qualitativa utilizada na avaliação de um projeto, enquanto a segunda é composta do FMEA e da Análise Crítica (CA). A Análise Crítica é basicamente um método quantitativo o qual é usado para classificar os modos e efeitos de falhas críticas levando em consideração sua probabilidade de ocorrência.” Existem quatro tipos de FMECA: • FMECA de Sistema – usada para analisar sistemas e subsistemas em seus conceitos iniciais e na fase de projeto. A FMECA de sistema é focada nos modos de falhas potenciais entre as funções do sistema causados por deficiências deste sistema. • FMECA de Projeto – usada para analisar produtos antes que eles sejam liberados para início de produção. A FMECA de Projeto é focada em modos de falhas causados por deficiências do projeto. • FMECA de Processo – usada para analisar processos em produção. A FMECA de Processo é focada nos modos de falha causada por deficiências no processo de produção. • FMECA de Serviço – usada para analisar serviços antes que eles atinjam o cliente. A FMECA de Serviço é focada em modos de falhas causados por sistemas ou processos deficientes. Neste trabalho será utilizada a FMECA de sistemas de forma simplificada para identificar potenciais efeitos de falhas na segurança da unidade de “Fail-Safe” de processamento de velocidade. Para o desenvolvimento da FMECA, deve-se entender o que se espera do equipamento, em relação ao que ele desempenhará e ao que ele não desempenhará. Quanto melhor for a definição das características do equipamento, mais fácil será a identificação dos tipos de falhas potenciais e a definição de ações corretivas. As necessidades e as expectativas do cliente poderão ser determinadas 18 através de ferramentas, tais como: desdobramento da função qualidade (QFD), desenhos e normas para referências, “lay out” de montagem, manuais de qualidade do cliente, outros requisitos conhecidos do equipamento e, principalmente, o histórico de manutenção e garantia dos equipamentos. Na FMECA raciocina-se de “baixo para cima”, procura-se determinar modos de falha dos componentes mais simples, as suas causas e de que maneira elas afetam os níveis superiores do sistema. Esse tipo de análise é basicamente dedutiva, oriunda dos históricos de falhas e não necessita de cálculos mais sofisticados. Os resultados da FMECA são registrados num formulário padronizado, como exemplificado na Figura 1. Figura 1 – Formulário FMECA Para o preenchimento deste formulário temos os seguintes campos: O campo “ID” é corresponde a um número que indica a sequência na qual foi feita a FMECA para os componentes do produto. Os campos “Part Number” e “Descrição do Componente” correspondem respectivamente ao código e uma identificação clara e concisa do subcomponente. O campo “Função” é uma descrição sucinta da função que o subcomponente deve desempenhar. As falhas dos subcomponentes são inadequações da função devido a uma redução do nível esperado de desempenho. O nível de desempenho esperado pode ser determinado a partir de normas técnicas, especificações estabelecidas anteriormente à análise, especificações de contrato, parâmetros de confiabilidade, parâmetros operacionais, etc. O campo “Modo” apresenta os modos de falhas do subcomponente. Os modos de falha são eventos que levam o subcomponente à não desenvolver total ou parcialmente sua função devido à redução dos níveis de desempenho. Neste campo 19 devem ser descritas todas as maneiras pelas quais o subcomponente em análise pode deixar de desempenhar sua função. Segundo HELMAN e ANDREY (1995), alguns modos de falhas gerais são: aberto, desbalanceado, poroso, encurtado, excêntrico, rugoso, deformado, mal montado, trincado, desalinhado, omitido e medidas em excesso. O campo “Efeitos” exibe os efeitos dos modos de falhas citados no parágrafo anterior. Os efeitos das falhas são as formas como os modos afetam o desempenho do sistema, do ponto de vista do cliente. De acordo com HELMAN e ANDREY (1995), alguns efeitos típicos em máquinas são: esforço de operação excessivo, vazamento de ar, funcionamento ruidoso, desgaste prematuro, consumo excessivo, baixa resistência, vapores tóxicos e escasso rendimento. O campo “Modo de Detecção” corresponde ao índice que avalia a probabilidade da falha ser detectada antes que o produto seja liberado para a produção. Deve-se assumir que a falha ocorreu, independente do índice de ocorrência. No campo “Gerenciamento de Falha” deve-se listar todos os efeitos possíveis para cada tipo de falha. Os efeitos devem ser claros e listados de forma a permitir a definição de ações corretivas para cada um deles. Um modo de identificar claramente as causas raízes ou reais de um problema, é utilizar as ferramentas da qualidade que possuem esta finalidade como o Diagrama de Ishikawa ou a análise dos “5 porquês”. Como exemplos de causas típicas de falhas, podem-se citar: especificação incorreta de material, vida do projeto assumida de forma inadequada, capacidade insuficiente de lubrificação e instrução inadequada de manutenção. Assim como exemplos de mecanismos típicos de falhas: fadiga, instabilidade do material, atrito, desgaste e corrosão. 3.1.2. ANÁLISE DA ÁRVORE DE FALHAS Um método bastante utilizado para avaliar a confiabilidade dos sistemas é a FTA (Fault Tree Analysis) ou Análise da Árvore de Falhas. Sua utilidade consiste em determinar as causas de uma falha ou de um evento indesejável como a ocorrência de um acidente a partir de seus sintomas, relacionando-os com os componentes subsistemas ou eventos que poderiam tê-los causado. Segundo Martha Souza, este 20 método é considerado como uma ferramenta de dedução a partir da representação gráfica do “caminho” percorrido pela falha, resultando em uma análise que pode ser qualitativa ou quantitativa. Na montagem da árvore de falhas, há uma lógica a ser observada, pois um sintoma necessariamente tem um número finito e conhecido de causas, as quais, para máquinas, podem ser pesquisadas e determinadas com precisão, (conhecendo ao menos seu diagrama de blocos). Ainda, segundo os autores da área, o objetivo da construção de qualquer diagrama do tipo árvore é elaborar uma estrutura lógica para definir sua “raiz”, a origem do problema. Ao fazer uma análise para o FMECA, o mesmo se apresenta deficiente em não determinar os efeitos quando vários modos de falha ocorrem simultaneamente. A FTA, sendo iniciada pelo sintoma da falha, realiza a prospecção de suas prováveis origens levando em conta a necessidade da combinação de eventos anteriores para ocorrer o evento indesejável. Por este motivo, o método tem sua notação, constituído de símbolos que representam diferentes tipos de eventos e diferentes combinações possíveis dos mesmos portões lógicos, como mostra a Figura 2. Segundo Martha Souza, a construção da FTA segue três etapas: 1 – Elaboração do diagrama; 2 – Análises qualitativas e 3 – Análise quantitativa. Mas isto não é um procedimento rígido e, conforme a necessidade, os passo 2 e 3 pode coexistir. Martha Souza (2005)determina que [..] a origem do problema corresponde à parte qualitativa da análise. A FTA permite ainda calcular a probabilidade da ocorrência do evento falha denominado evento terminal, a partir dos vários eventos iniciais, desde que seja conhecida a probabilidade de falha de cada um dos componentes candidatos a causar o evento terminal. 21 Figura 2 – Simbologia FTA Fonte: Martha Souza, 2006. Conhecer esta probabilidade é importante para determinar uma ação mais enérgica sobre componentes cuja probabilidade de causar uma falha seja elevada em comparação com os demais (componentes críticos). Mas as informações obtidas com a FTA permitem alterar projetos de sistemas atacando suas vulnerabilidades, bem como avaliar a segurança oferecida por um sistema cujo(s) componente(s) possa(m) estar apresentando falha. Esta prática é comum na atividade aeronáutica, já que uma aeronave não necessita de todos os seus componentes operantes para realizar vôos nas margens mínimas de segurança. Entretanto, a combinação de diferentes subsistemas falhando simultaneamente pode acarretar à perda total do controle da aeronave, causando, mais que a falha de um sistema, uma catástrofe. 22 3.1.3. CONCEITO FAIL-SAFE Segundo o Metrô de São Paulo, “Fail-Safe” é “o princípio de projeto segundo o qual todos os defeitos e falhas simples e combinações posteriores e previsíveis de defeitos ou falhas correlacionados com aquele, devem atender os requisitos de segurança”. Weber (2002, p. 12) afirma que a segurança (safety) é a “probabilidade do sistema ou estar operacional, e executar sua função corretamente, ou descontinuar suas funções de forma a não provocar dano a outros sistemas ou pessoas que dele dependam e segurança (security) é a medida da capacidade do sistema de se comportar de forma livre de falhas (Fail-Safe).” Em um sistema “Fail-Safe”, ou a saída é correta ou o sistema é levado a um estado seguro. A definição de “Fail-Safe” não é aplicável somente a projetos e questões funcionais, mas também a projetos e questões que se referem a estruturas de máquinas e equipamentos. Segundo a agência Nacional de Aviação Civil – Brasil (ANAC) o conceito de “Fail-Safe” ou falha segura é aplicável a uma estrutura com caminhos de carga múltiplas e redundantes, de tal forma que com a falha de um elemento, a estrutura irá redistribuir a carga de tal forma que a sua resistência estrutural limite e final será mantida, garantindo a aeronavegabilidade da aeronave em questão. 3.2. LEITURA DE VELOCIDADE Em equipamentos onde são utilizados motores ou outras máquinas rotativas para executar movimentos lineares (por exemplo, carros, trens e etc.), a leitura de velocidade é comumente realizada no eixo do motor. Essa leitura pode ser obtida de forma simples, pois sensores comuns alinhados a discos preparados (dentados, furados) geram um sinal em frequência e esta frequência varia de acordo com a velocidade de giro. Para converter a velocidade angular obtida em velocidade linear do equipamento, é necessário ter conhecimento de todo o sistema de transmissão do equipamento. Vejamos um exemplo dos trens do Metrô de São Paulo: Os trens que rodam na Linha 4 do Metrô, em relação ao motor e sua transmissão, possuem as seguintes características (Grecco, 2008): 23 - Velocidade Máxima de Serviço: 80 Km/h - Diâmetro da Roda (NOVA/USADA) 860/780mm - Relação de Transmissão – 7,07 - Velocidade de Serviço Máxima do motor – 3.847RPM Figura 3 - Truque de um Trem Fonte: Bombardier FLEXX Metro Bogies, 2008. Com o sensor de velocidade instalado no eixo do motor, os dados da redução e do diâmetro da roda se fazem necessários para que a leitura da velocidade angular seja convertida em velocidade linear através da seguinte equação: (3.1) Vtrem = Velocidade do Trem [km/h] Wmotor = Velocidade Angular do Motor [rpm] Red = Redução da caixa redutora Note que, com os dados do trem descritos acima, é possível definir qual seria a velocidade do trem no caso do motor trabalhar em sua rotação máxima: (3.2) 24 3.2.1. CAPTAÇÃO Para a captação da velocidade, o principal método consiste em gerar um sinal com sua frequência definida a partir do giro do eixo do motor. Dependendo do tipo de sensor, o disco é conformado com dentes ou furos em seu perímetro e o cálculo da quantidade, largura e distância destes dentes/furos determina as características do sinal captado pelo sensor. Segundo Saber (2009), as chaves ópticas são dispositivos sensores formados por um emissor de luz infravermelho, normalmente um LED e um foto-sensor que pode ser um foto-transistor ou um foto-diodo. A Figura 4 mostra um esquema ilustrativo e seu símbolo elétrico. Figura 4 – Chave Óptica Fonte: http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura_verbete/226 Quando um objeto passa pela abertura existente a luz do emissor que incide no sensor é cortada e com isso um sinal elétrico é gerado. O objeto pode ser parte de uma máquina ou ainda um disco contendo raias transparentes e escuras, conforme a Figura 5. 25 Figura 5 – Montagem do sensor no disco Fonte: Manual tacômetro LME, 2009. O modelo de sensor utilizado no projeto é o Sharp GP1L50J0000F, que chaveia o sinal em 5V, de acordo com a Figura 6 abaixo: Figura 6 – Configuração Básica da Chave Óptica Fonte: GP1L50J0000F Datasheet, 2005. 3.2.2. TRATAMENTO DO SINAL PULSADO Na saída do circuito de captação, o sinal pulsado passa por um circuito conversor frequência - tensão. Neste módulo do equipamento, o sinal que varia sua frequência em função da velocidade lida no eixo passa a variar o nível de tensão. Essa conversão se faz necessária, pois posteriormente, circuitos comparadores fazem a leitura deste nível de tensão e comparam o nível de tensão compatível com as velocidades 0rpm e 75rpm para acionar as saídas da relé. Foi utilizado o LM2907 para o conversor frequência - tensão. A Figura 7 abaixo mostra o diagrama do CI e um circuito básico de uma aplicação: 26 Figura 7 – Circuito básico do conversor frequência - tensão Fonte: LM2917 Datasheet, 2008 Segundo o datasheet do circuito integrado, é necessário adotar algumas premissas para a utilização do mesmo. A tensão de alimentação (consequentemente a tensão máxima de saída) e a frequência do sinal de entrada (definida pelo projeto do disco perfurado) são fatores para o dimensionamento do resistor R1 e do capacitor C1. A equação que define o projeto do circuito está discriminada abaixo: (3.3) Fin = Frequência do sinal de entrada [Hz] Vo = Sinal de saída [V] Vcc = Tensão de Alimentação [V] C1 = Valor da capacitância do Capacitor C1 [F] R1 = Valor da Resistência do Resistor R1 k = Constante de Ganho (k=1 – Típico) 3.2.3. CIRCUITOS COMPARADORES São chamados “Comparadores” os circuitos eletrônicos que têm por finalidade fazer a comparação entre dois níveis de tensão, resultando em um sinal de saída que seja o resultado lógico da comparação obtida. São utilizados, basicamente, amplificadores operacionais para executar tal tarefa. 27 Figura 8 – Circuito básico do comparador Fonte: Aplicações lineares com amplificadores operacionais, UFCG. O circuito comparador mais comum é o Comparador de Zero. O objetivo básico deste circuito é detectar a passagem pelo nível zero da tensão de entrada. O circuito básico do comparador de zero está na Figura 9 abaixo: Figura 9 – Círculo básico do comparador de zero Fonte: Aplicações não lineares com amplificador Operacional, UDESC. Quando o objetivo é comparar a tensão de entrada com um nível de tensão pré-estabelecido, aplica-se a entrada normalmente e o nível de tensão a ser comparado na entrada no comparador, conforme a Figura 10 abaixo: Figura 10 – Círculo do comparador Fonte: Aplicações não lineares com amplificador Operacional, UDESC. 28 3.3. MICROCONTROLADOR PIC (16F628A) O PIC 16F628A é um circuito integrado (CI), composto por 18 pinos conforme Figura 11 abaixo, sendo destes: Figura 11 – Diagrama de pino do microcontrolador PIC 16F628A Fonte: MICROCHIP Datasheet - pino 5(Vss): alimentação negativa ou GND; - pino 14 (VDD): alimentação positiva (5Vcc); - 16 pinos configuráveis como I/O (entrada/saída [inut-IN/output OUT]) sendo esta configuração: - 16 entradas (RA0 até RA7 + RB7) - 1 entrada e 15 saídas (RA5 como entrada, pois a mesma só pode ser usada como entrada, conforme descrito no diagrama acima) e os demais pinos (RA0 até RA7 + RB0 até RB7) como saída. Nomenclaturas Memória de Dados Os endereços de memória estão dispostos em 4 BANCOS com 128 posições de memória (BANCO 0, 1, 2, 3). Quando for necessário acessar uma posição de memória que está no banco1, por exemplo, devemos informar o sistema que queremos trabalhar com este banco. Para tal deve-se alterar o valor dos bits RP0 e RP1 no registrador STATUS. A combinação destes dois bits (chaves) possibilita selecionar um dos quatro bancos. A tabela 1 a seguir relaciona o valor destes bits com o banco selecionado: 29 Tabela 1: Relacionamento Banco de Dados Fonte: MICROCHIP - Datasheet do microcontrolador 16F628A. Sempre que o PIC é ligado, tanto RP0 como RP1 são iniciados com valor 0(zero). Desta forma banco 0 é sempre o primeiro selecionado. Como estamos trabalhando apenas como os bancos 0 e 1, devemos nos preocupar com o bit RP0. Toda posição de memória é um registrador. Os registradores estão divididos em 02 tipos: - REGISTRADORES DE USO GERAL: posição de memória configurável pelo programador para realizar operações durante o programa de maneira a realizar as tarefas que se deseja do mesmo. Ex.: uma sub-rotina. Estes registradores também são utilizados para armazenar o programa propriamente dito. Podem ser nomeados pelo programador: BCF PORTB, 0; GOTO BOT_ON. Quando mandamos o programa para a sub-rotina do botão – BOT_ON, estamos na realidade indicando ao microcontrolador, que vá para a posição de memória onde esta o registrador nomeado como BOT_ON. - REGISTRADORES DE USO ESPECÍFICO: São as posições de memória com funções pré-estabelecidas para o processamento dos dados pelo microcontrolador, São eles: - Registrador W: é a posição de memória utilizada pelo microcontrolador armazenamento temporariamente os dados. É chamado também de registrador de trabalho. - Registradores TRISA e TRISB: são responsáveis pela configuração dos pinos do PIC como entrada ou saída. Tem uma relação estreita com o HARDWARE e não com SOFTWARE como costumamos confundir. Uma vez configurados no inicio do programa, não voltamos a utilizá-los novamente num mesmo programa. Deste momento em diante, não utilizaremos mais o registrador TRISB no restante do programa e sim passamos a utilizar o registrador PORTB, quando nos 30 referimos a todos os pinos de saída (de RB0 até RB7) ou a um pino específico do PORTB, por exemplo, PORTB, 1, quando nos referimos ao RB1 e assim da mesma forma para os demais pinos RB’s. Registradores PORTA e PORTB: Após os pinos do PIC serem configurados como entrada e/ou saída nos registradores TRISA/TRISB, nos referimos a estes pinos através dos registradores PORTA / PORTB no programa para lógicas com dispositivos de entrada, por exemplo um botão, ou saída como por exemplo um LED. 3.4. CONCEITO DE RELÉ “WELD-NO-TRANSFER” “Weld No Transfer” Contatos seguros para aplicações críticas O conceito dos contatos seguros "Weld No Transfer" foi introduzido em 1975 pela indústria ferroviária francesa para aplicações críticas de projeto de circuitos onde a segurança é uma consideração principal. Este tipo de relé é utilizado em aplicações onde a possibilidade do mesmo relé ter duas saídas contraditórias constitui-se em um risco. Na Figura 12, é mostrado um exemplo de relé “Weld No Transfer”. Figura 12 – Relé “Weld No Transfer” Fonte: Datasheet MORS SMITT RELAIS. Disponível em: . Acessado em: 20 set. 2010. Em um circuito de aplicação crítica, saídas contraditórias dos relés são proibidas, ou seja, o relé nunca pode apresentar diferença entre o estado de seus contados. Isto significa que, se um relé de dois contatos NA (‘Normalmente Aberto’) é acionado, nunca poderá ocorrer uma falha que haja um contato aberto e um 31 contato fechado. O conceito de "Weld No Transfer" é similar ao comparativo de funcionamento entre um medidor analógico e um digital, mostrada na Figura 13. O ponteiro do medidor analógico nunca poderá mostrar dois valores diferentes, enquanto o medidor digital (a base de LED) pode, em caso de falha, mostrar dois valores diferentes ao mesmo tempo. Figura 13 – Analogia com Relés “Weld No Transfer” Fonte: Datasheet MORS SMITT RELAIS. Disponível em: . Acessado em: 20 set. 2010. Os contatos de segurança "Weld No Transfer" em relés incorporam um conceito que garante a segurança através da prevenção de outros equipamentos através das saídas do relé. A aplicação onde o relé é utilizado deve sempre implementar um monitoramento permanente. O método consiste em tratar o caso de um contato “colado”, tipo mais comum de falha, como um fio aberto. O contato “colado” é identificado pelos valores das saídas na "Análise de modos de relés de contato" e tratada com um alarme. O projeto do circuito deve incluir a vigilância permanente dos contatos com relação ao estado da bobina. A construção dá garantias de retransmissão que sem saídas contraditórias (nível lógico “1” e “-1”) são possíveis ao mesmo tempo. Este projeto de relé assegura que, se um ou mais contatos fiquem “colados”, o relé não irá atuar a partir da posição onde o “colamento” dos contatos ocorreu, seja 'em repouso' posição ou na posição ‘ligado’. É empregado na construção do relé um processo mecânico de parafuso prisioneiro que restringe o deslocamento de todos os contatos móveis em caso de um contato estar “colado”, além de prevenir qualquer contato oposto de ser acionado simultaneamente. A aplicação mais comum deste tipo de relé, principalmente em ferrovias, é no controle de abertura e fechamento do sistema de porta de um trem de passageiros. A Figura 14 abaixo ,mostra um relé de segurança Mors-Smitt com a função "Weld 32 No Transfer" instalada em um sistema operacional eletrônico de portas de um trem. O objetivo do relé utilizado é forçar o fechamento da porta em caso de falha no sistema eletrônico de controle da porta. O relé de segurança é alimentado quando a velocidade do comboio atinge 3mph. O contato NA do relé apenas faz a função de “by-pass” no circuito, ou seja, impõe o fechamento das portas independentemente do acionamento do controlador eletrônico e, ao mesmo tempo, abre a saída do comando de abertura, garantindo que, mesmo que a controladora eletrônica envie ordem de abertura, as portas do trem não recebem o comando. Figura 14 – Controle de Sistema de Portas com Relé de Segurança Fonte: Datasheet MORS SMITT RELAIS. Disponível em: . Acessado em: 20 set. 2010. 33 4. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO 4.1. DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO O diagrama funcional do equipamento está na Figura 15 abaixo: Figura 15 – Diagrama Funcional do Equipamento A velocidade do eixo do motor é captada por um sistema de leitura com redundância tripla devido aos requisitos de segurança e confiabilidade conforme descrito com mais detalhes no item 4.1.2. O sensor que está posicionado no disco perfurado faz a leitura da velocidade e gera um sinal de onda quadrada cuja frequência varia de acordo com a velocidade do eixo e o deslocamento dos orifícios do disco dentado. Este sinal de onda quadrada passa por um conversor frequência - tensão que converte a variação da frequência do sinal de entrada em um sinal DC cujo nível é linearmente relacionado a essa variação. Os valores máximos e mínimos do sinal DC, o range da frequência e o limites do projeto serão descritos detalhadamente nos sub-itens adiante. Como o objetivo principal da unidade de processamento é acionar os relés de saída de acordo com a velocidade do motor, o nível DC é submetido a circuitos comparadores que verificam o nível da tensão e fazem uma comparação com níveis 34 de tensão pré - estabelecidos e que são correspondentes as velocidade requeridas no projeto para acionamento dos relés (0 e 75 rpm). Tanto no circuito de 0 rpm, quanto no circuito de 75 rpm, o comparador fornecerá em sua saída o sinal de acionamento/abertura dos relés quando o nível de tensão for igual ao estabelecido. Como a unidade de processamento possui redundância tripla em seus circuitos de leitura e comparação, caberá ao circuito de acionamento dos relés, receber os sinais e acionar/abrir os relés de saída, além de apontar falha no momento que não for recebido o sinal de algum dos circuitos de leitura, conforme a tabela 2 abaixo: Falha Relé estado - Aciona Sem falha 1 Leitura Aciona Falha 2 Leituras Não Aciona Falha 3 Leituras Não Aciona Falha Tabela 2– Critério de acionamento e anúncio de falha Este anúncio de falha da unidade de processamento pode ser tratado de diferentes formas, dependendo da máquina em que a unidade de processamento será aplicada. Conforme será detalhado mais adiante, para o protótipo a ser montado, leds indicarão as falhas informadas pela unidade de processamento. Além do processamento da velocidade para acionamento dos relés de saída, a unidade de processamento também é responsável por enviar ao display a informação de velocidade. Para esta tarefa, os sinais DC que variam conforme a velocidade são enviados a um microprocessador PIC16F628A para que via software, a velocidade seja mostrada por um display LCD. 4.1.1. SENSOR DE LEITURA DE VELOCIDADE O modelo de sensor utilizado no projeto é Sharp GP1L50J0000F, que chaveia o sinal em 5V para o Motor e Disco de Leitura. No equipamento projetado, utilizamos chaves-ópticas (foto - transistores) e um disco dentado, cujos cálculos de projeto são descritos abaixo. A rotação máxima do motor é de 100rpm, pois é um motor com redutor acoplado na sua saída. Esta é a premissa para o projeto do redutor. De acordo com 35 o datasheet do sensor utilizado, o tempo de resposta mínimo de comutação é de 400µS, portanto a quantidade de dentes da roda deve se adequar e ser em número suficiente para que o tempo de passagem da cada dente ser maior que o tempo mínimo de comutação. Neste cenário, o número de dentes escolhido é 60 dentes, mostrado no desenho do disco dentado abaixo na Figura 16: Figura 16 – Roda Dentada Com a rotação máxima do motor e o número de dentes do disco definidos, é possível calcular a frequência máxima e o período mínimo do sinal de leitura. (4.1) (4.2) A relação frequência x rotação da roda dentada é demonstrada graficamente na Figura 17: 36 Figura 17 – Relação Frequência x Rotação Roda Dentada 4.1.2. CIRCUITO DE CONDICIONAMENTO DO SINAL DE LEITURA Após a definição da roda dentada e frequência de entrada foi elaborado o circuito de condicionamento do sinal de leitura conforme Figura 18 abaixo. Figura 18 – Circuito de Condicionamento do Sinal de Leitura A frequência de saída do sensor do pino 4 (Calculado no item anterior) chega até a base do transistor QL1 que chaveia na mesma frequência. Ele está conectado no pino 1 do CI PL1. Essa é a entrada do conversor frequência tensão. A alimentação do conversor (pino6) é de 15V e pode ser a tensão máxima de saída. Conforme descrito no item 3.2.2, o capacitor CL1 e o resistor RL5 foram 37 calculados para que a saída de tensão seja linearmente proporcional a entrada em frequência conforme o gráfico abaixo: Figura 19 – Relação Frequência x Tensão De acordo com a fórmula 4.3 os valores projeto do circuito são os seguintes: (4.3) (4.4) (4.5) Fin = Frequência do sinal de entrada [Hz] Vo = Sinal de saída [V] Vcc = 15V CL1 = 100nF RL5 = 100kΩ (Potenciômetro para ajuste na hora da montagem) k=1 4.1.3. CIRCUITO PROCESSAMENTO DE VELOCIDADE Na saída do circuito de conversão, o sinal variável de tensão entra em dois circuitos comparadores um para V0 - 0rpm (PL2) e outro para V1 - 75rpm (PL3). Os dois circuitos são comparadores inversores, ou seja, fornecerá nível lógico alto na saída quando a tensão estiver abaixo do nível especificado. 38 Figura 20 - Circuito Processamento de Velocidade O comparador de 0rpm (PL2) fará comparação entre o sinal variável de entrada (Pino2) e o valor de referência aproximadamente zero (Pino3). Para o sinal de referência, foram utilizados como divisor de tensão dois potenciômetros de 20KΩ e 2KΩ para que seja ajustado no momento da montagem do circuito um valor aproximadamente zero, a fim de filtrar quaisquer ruídos que façam que o sinal de leitura seja diferente de zero sem provocar acionamentos errôneos dos relés de saída. O comparador de 75rpm (PL3) fará comparação entre o sinal variável de entrada (Pino2) e o valor de referência 10,5V (Pino3). Para o sinal de referência foram utilizados como divisor de tensão dois resistores de 5K e 15K. O comportamento dinâmico do sistema no momento da frenagem do motor, bem como seus valores de referência é mostrado nos gráficos abaixo na Figura 21: 39 Figura 21 – Comportamento Dinâmico do Sistema 4.1.4. CIRCUITO CONTROLADOR DE ACIONAMENTO DA SAÍDA Pelo fato da unidade de processamento da velocidade ser “Fail-Safe”, o circuito de leitura deve ter redundância tripla para que seja mitigada qualquer possibilidade falha nos acionamentos dos relés. Para fazer o controle do acionamento das saídas e o gerenciamento de falhas dos circuitos de leitura são utilizados 6 reles internos ao equipamento conforme Figura 22. 40 Figura 22 - Circuito Controlador de Acionamento de Saída Os relés são divididos em dois arranjos, um para cada saída de velocidade. Os relés RV0A, RV0B e RV0C recebem cada um o respectivo sinal lógico provindo da saída do respectivo comparador de 0rpm (V0). Os relés RV1A, RV1B e RV1C recebem cada um o respectivo sinal lógico provindo da saída do respectivo comparador de 75rpm (V1). São utilizados 3 contatos de cada relé, 3NA e 1NF. Os dois primeiros contatos NA são utilizados para fazer a lógica de acionamento do relé principal. Conforme a tabela 2 se houver falha em dois dos três relés a saída não é acionada. Para que a saída seja acionada pelo menos dois, dos três relés e seus respectivos circuitos de leitura devem estar em funcionamento normal. Os contatos NA e NF restantes são utilizados para o gerenciamento de falha. Se pelo menos um dos relés estiver em estado discrepante dos outros, a lógica de falha fará com seja ligado um LED de indicação no painel. 41 4.1.5. CIRCUITO DO DISPLAY DE VELOCÍMETRO O sinal de tensão que varia conforme a velocidade do motor além de fornecer informação para os comparadores que fazem acionamentos dos reles também é enviado para um circuito que fará a indicação de velocidade através de um display. Essa funcionalidade é implementada por meio de um microcontrolador PIC 16F628A e um display de LCD, conforme Figura 23 abaixo. Figura 23 - Circuito do Display de Velocidade Os sinais vindos do circuito de leitura são variáveis na faixa de 0 a 14V portanto não adequados a serem utilizados como entrada direta no PIC, cuja tensão máxima é de 5V. Para isso divisores de tensão foram implementados a fim de que a escala de variação da tensão seja de aproximadamente 1/3, isto é, de 0 a 5V. Para esse divisor de tensão foi utilizado um resistor de 3K3Ω e um potenciômetro de 2KΩ. 42 4.2. PROTÓTIPO Para realizar os ensaios necessários a fim de provar o pleno funcionamento do processador de velocidade, foi construído um protótipo com os elementos necessários. Um diagrama funcional está mostrado na Figura 24 abaixo: Figura 24 – Diagrama Funcional do Protótipo A esquerda do diagrama, estão todos os elementos que foram implementados no protótipo para o funcionamento e teste do equipamento. A unidade de processamento de velocidade está à direita, em destaque, representada por um diagrama resumido. Mais detalhes do diagrama funcional do processador é mostrado na Figura 26. Uma fonte de 18,5V e 2,5A faz toda a alimentação do protótipo e da unidade de processamento. Uma placa de controle da aceleração e frenagem do motor é utilizada para controlar o nível de aceleração ou frenagem solicitado através dos 43 comandos do painel de controle. A placa de controle será responsável pelo comando liga/desliga do motor, controlar sua aceleração e controlar a frenagem do eixo. O painel de controle possui toda a instrumentação do projeto: comando de liga/desliga, leds indicadores, comando de acionamento do motor e o display da velocidade. Mecanicamente, o protótipo montado em uma base com todos seus componentes dispostos de forma que seja fácil a visualização de seus equipamentos e que seja possível uma exposição didática da unidade de processamento. A Figura 25 abaixo mostra a foto do protótipo montado. Figura 25 – Foto do Protótipo mecânico O esquema elétrico completo do protótipo está no anexo 1. 4.2.1. UNIDADE “FAIL-SAFE” DE PROCESSAMENTO DE VELOCIDADE Unidade “Fail-safe” de Processamento de Velocidade possui 4 placas, 3 placas de leituras idênticas e redundantes onde estão os circuitos de leituras/ condicionamento e a placa controladora para acionamento dos relés. 44 4.2.1.1. PLACA DE LEITURA O esquema elétrico da placa de leitura está demonstrado na Figura 26 abaixo: Figura 26 – Placa de Leitura Alem do circuito funcional descrito nos itens 4.1.3 e 4.1.4 a placa de leitura possui sua própria fonte com 2 níveis de tensão diferentes, +15V e 5V. Foi utilizada neste projeto, uma fonte para cada placa em detrimento a uma fonte única por questão de análise de falhas, ou seja, caso haja uma falha em algum regulador de tensão ou componente relacionado, esta falha ficará restrita a esta placa de leitura, continuando as outras duas redundantes, com seu funcionamento normal e garantindo o funcionamento do sistema como um todo. Para montagem do protótipo três placas de circuito idênticas foram confeccionadas. O projeto da placa e suas ligações em CAD estão Figura 27: 45 Figura 27 – Layout dos componentes e Projeto das Ligações da Placa de Leitura Uma foto da placa montada com todos seus componentes está mostrada na Figura 28 abaixo: Figura 28 – Placa de Leitura 46 4.2.1.2. PLACA CONTROLADORA O esquema elétrico da placa Controladora está demonstrado na Figura 29 abaixo: Figura 29 – Esquema elétrico da Placa Controladora Pelas mesmas razões descritas no item anterior, a placa controladora possui sua própria fonte. Para montagem do protótipo foi confeccionada uma placa. O projeto da placa e suas ligações em CAD estão Figura 30: 47 Figura 30 – Layout dos componentes e Projeto das Ligações da Placa Controladora Uma foto da placa montada com todos seus componentes está mostrada na Figura 31 abaixo: Figura 31 – Placa Controladora Por questão de custo, os Relés “Weld-No-Transfer” que devem ser obrigatoriamente utilizados neste tipo de projeto possuem um custo muito elevado, extrapolando a ordem de valores utilizada em protótipo para fins didáticos, 48 especialmente com a utilização de relés com grande número de contatos (3NA+1NF). Para que esse problema seja contornado, o protótipo utiliza 3 relés comuns(1NA+1NF) que garantem a funcionalidade básica do sistema, mas não são levados em conta na análise de segurança do circuito e no projeto como um todo. Do mesmo modo os reles RV0 e RV1, que são os relés principais de todo o equipamento são tratados como relés “Weld-No-Transfer” no projeto, porem são relés comuns no protótipo construído. 4.2.2. PLACA CONTROLADORA DO MOTOR O objeto de estudo deste trabalho é a leitura e o processamento da velocidade do motor, porem para o protótipo, foi implementada uma placa para acionamento e controle do motor cuja velocidade é lida. O esquema elétrico da placa de leitura está demonstrado na Figura 32 abaixo: Figura 32 – Esquema elétrico da Placa Controladora do Motor 49 Para o controle de velocidade do motor é utilizado o microprocessador 16F628A que aciona o transistor QM2 através de um sinal PWM (Modulação por largura de pulso). A velocidade do motor varia conforme a largura do pulso que é definido pelas oito entradas lógicas vindas do seletor de velocidade. O software responsável por esse controle está no Anexo 3. A placa também possui um circuito para controle de frenagem do motor. Também por PWM o transistor QM1 aciona o relé RLM1 que ativa um acionamento de frenagem qualquer demonstrado pelo dispositivo CF1. No protótipo desenvolvido essa funcionalidade não é implementada, pois o motor utilizado não possui inércia no giro quando sua alimentação é cortada, dispensando assim o uso de um dispositivo de frenagem. O projeto da placa e suas ligações em CAD estão Figura 33 abaixo: Figura 33 – Layout dos componentes e Projeto das Ligações da Placa do Motor Uma foto da placa montada com todos seus componentes está mostrada na Figura 34. 50 Figura 34 – Placa Controladora do Motor 4.2.3. PAINEL DE COMANDO O esquema elétrico da placa de leitura está demonstrado na Figura 35. 51 Figura 35 – Esquema elétrico do Painel de Comando Os dispositivos utilizados no painel de comando são os seguintes: BP3 – Chave liga/desliga geral do protótipo VP1 – Display de LCD para velocímetro DP1 – LED de anuncio de falha DP2 – LED de estado do Relé RV0(0rpm) DP3 – LED de estado do Relé RV1(75rpm) BP1 – Acionamento do comando do motor BP2 – Desligamento do comando do motor BP4 – Chave seletora de velocidade do motor Uma foto do painel montado com todos seus componentes está mostrada na Figura 36: 52 Figura 36 – Painel de Comando 53 5. ANÁLISE DE SEGURANÇA Para comprovação dos requisitos de segurança do equipamento, foi executado a FMECA (Anexo B), cujos fundamentos foram descritos no item 3.1.1. A análise foi fundamental para que fosse possível comprovar situações que podem levar o equipamento onde a Unidade de Processamento de Velocidade esteja instalada a situações inseguras. Obviamente, além da FMECA, foi realizado em paralelo, a construçãodo protótipo, as mudanças propostas através da análise não foram implementadas no mesmo, porém essa prática é comum na indústria, principalmente na ferroviária. 54 6. CONCLUSÃO Equipamentos industriais devem ser cada vez mais precisos e confiáveis. Empresas despendem energia e recursos para a mitigação de problemas, criando uma sinergia entre desenvolvedores, fabricantes, operadores e usuários em torno de práticas que levem a alta confiabilidade e segurança. O protótipo construído mostrou que é necessário adequar o equipamento às especificações da máquina a qual a Unidade “Fail-Safe” de Processamento de Velocidade será aplicada. Características como velocidade máxima do motor e tipo de sensor influência diretamente no projeto do circuito de leitura. Neste cenário, a Unidade “Fail-Safe” de Processamento de Velocidade mostrou-se um equipamento capaz de fazer uma operação simples, porém muito utilizada na indústria, que é a leitura de velocidade de motor, de maneira segura. 55 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS Finalmente, o desenvolvimento do projeto e a fabricação do protótipo foram verdadeiros consolidadores de várias vertentes de conhecimento adquirido através das disciplinas ministradas durante o curso. A Engenharia Mecatrônica, dentre outros objetivos, deve ser focada na obtenção de uma integração cada vez mais plena entre a Mecânica e a Eletroeletrônica e um Trabalho de Conclusão de Curso que alia eletrônica, controle, mecânica foi uma fundamental oportunidade de fechar o curso com uma maior base de conhecimento para aplicação na vida profissional que seguirá no futuro. 56 REFERÊNCIAS BOMBARDIER TRANSPORT, FLEXX Metro Bogies, The Pulse of cities, Alemanha, 2008 Cuarelli, G. : Linguagem de Programação (2009). Notas de Aula. FLM MOTOR. Datasheet PM DC GearMotor Part-6. Disponível em: . Acesso em: 20 set. 2010. Freitas, R. D.: Análise de Confiabilidade e Segurança de Sistema MecaTrônico Altamente Integrados e Complexos. 2008. 87 f. Dissertação(Mestrado PósGraduação em Mecatrônica) – Escola Politécnica / Instituto de Matemática da Universidade Federal da Bahia,2008. HELMAN, H. e ANDREY, P. R. P. Análise de Falhas: Aplicação dos Métodos de FMEA e FTA. Fundação Christiano Ottoni. Belo Horizonte. 1995. Lafraia, R.B.L.: Manual de Confiabilidade, Mantenabilidade e Disponibilidade. Rio de Janeiro: Qualitymark Petrobrás, (2001). Auler, F.R. Manual Tacômetro LME- 2002. Martha Souza, G. F.: Confiabilidade de Produtos e Sistemas (2005). Notas de Aula. MICROCHIP. Datasheet do microcontrolador 16F628A. Disponível em: . Acesso em: 20 set. 2010. NIEAF SMITT. Datasheet MORS SMITT RELAIS. Disponível em: . Acessado em: 20 set. 2010. National Semiconductor, Datasheet do LM2917,2008. Disponível . Acesso em: 20 set. 2010. em: UNITED STATES DEPARTMENT OF DEFENSE. MILITARY HANDBOOK. Eletronic Reliability Design Handbook: MIL-HDBK-338B,1988,1046p. Palady, P.: FMEA - Análise dos Modos de Falha e Efeitos. Ed. Instituto IMAM, (2000). RPI. RENSSELAER POLYTECHNIC INSTITUTE. About mechatronics. Disponível em:. Acesso em: 20 set. 2010. 57 Saber Eletrônico Online. Chaves Ópticas. Disponível em: . Acesso em: 20 set. 2010. SHARP Corporation, Datasheet do GP1L50J0000F,2005. Disponível em: . Acesso em: 20 set. 2010 SEIXAS, E. DE S. Modos de Falha e Análise dos Efeitos. Meio Magnético Editado, por Qualytek Ltda. Rio de Janeiro. 2002. UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA. Aplicações não lineares com amplificador Operacional. UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE. Aplicações lineares com Amplificadores Operacionais – Experimento #1. UNITED STATES NUCLEAR REGULATORY COMMISSION. Fault Tree Handbook: NUREG-0492. Washington, 1981. Disponível em: . Acesso em: 20 set. 2010. 58 ANEXO A – ESQUEMA UNIDADE “FAIL-SAFE” DE PROCESSAMENTO DE VELOCIDADE – ESQUEMA ELÉTRICO FINAL 59 ANEXO B – FMECA ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 1 Part Number Descrição do Componente - Placa de Leitura 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 Modo de Falha Gerenciamento de Falha Módulo Sistema Máquina Funcionamento Aberto Capacitor não armazena Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Capacitor não armazena Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Vazamento do eletrólito Corrosão da placa e outros componentes. Capacitor pode entrar em curto Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Decréscimo da capacitância Capacitor não armazena corretamente Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Aberto Capacitor não armazena Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Capacitor não armazena Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Vazamento do eletrólito Corrosão da placa e outros componentes. Capacitor pode entrar em curto Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Decréscimo da capacitância Capacitor não armazena corretamente Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Aberto Menor imunidade a ruídos Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Curto Tensão 15Vcc vai a 0Vcc Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Possível aumento no ripple da fonte Sem efeito Sem efeito Sem detecção Curto Tensão 15Vcc vai a 0Vcc Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Comentários Capacitores CL1 CL2 CL3 CL4 Temporizador para taxa Capacitor Eletrolítico 100nF para conversão frequência-tensão Capacitor Eletrolítico 100nF Capacitor Cerâmico 100nF Capacitor Eletrolítico 10uF Integrador Filtro de Saída da Fonte Estabilizador de Saída da Fonte Vazamento do eletrólito Decréscimo da capacitância Aberto 1.1.1 Modo de Detecção CL5 Capacitor Cerâmico 100nF FMECA (1).xls Filtro de Saída da Fonte Curto Corrosão da placa e outros componentes. Capacitor pode entrar em curto Possível aumento no ripple da fonte Menor imunidade a ruídos Tensão 5Vcc vai a 0Vcc Sensor sem alimentação 20/11/2010 Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Page 1 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID Part Number Modo de Falha Descrição do Componente CL6 Capacitor Eletrolítico 10uF Módulo Sistema Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Possível aumento no ripple da fonte Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito Sem efeito Sem detecção Estabilizador de Saída da Fonte Vazamento do eletrólito Decréscimo da capacitância 1.1.3 1.1.4 CL7 CL8 Capacitor Cerâmico 100nF Capacitor Eletrolítico 10uF Filtro de Saída da Fonte DL1 Sem efeito Sem efeito Sem detecção Curto Tensão -15Vcc vai a 0Vcc Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Possível aumento no ripple da fonte Sem efeito Sem efeito Sem detecção Curto Tensão -15Vcc vai a 0Vcc Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Estabilizador de Saída da Fonte Corrosão da placa e outros componentes. Capacitor pode entrar em curto Possível aumento no ripple da fonte Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Diodo 1N4007 Retificador Aberto Diodo não conduz Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Curto Diodo não bloqueia Sem efeito Sem efeito Sem detecção Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Led apagado Curto Led apagado Falta de indicação de módulo operante Falta de indicação de módulo operante Sem indicação de equipamento ligado Sem indicação de equipamento ligado Sistema operante com led apagado Sistema operante com led apagado Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Saída em aberto Integrado não controla tensão de saída Placa indica máquina parada Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em curto Integrado não controla tensão de saída Placa indica máquina parada Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança LEDs DL2 1.4 1.4.1 Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Diodos 1.3 1.3.1 Corrosão da placa e outros componentes. Capacitor pode entrar em curto Possível aumento no ripple da fonte Menor imunidade a ruídos Decréscimo da capacitância 1.2.1 Tensão 5Vcc vai a 0Vcc Sensor sem alimentação Comentários Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Aberto Vazamento do eletrólito 1.2 Gerenciamento de Falha Máquina Funcionamento Curto 1.1.2 Modo de Detecção Led Vermelho Pequeno Indicador Circuitos Integrados PL1 Conversor Frequência-Tensão LM2907 FMECA (1).xls Conversão da entrada em frequencia para sinal variável em tensão 20/11/2010 Page 2 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6 Part Number PL2 PL3 PL3 PL4 PL5 Descrição do Componente Amplificador Operacional LM741 Amplificador Operacional LM741 Regulador de Tensão LM7805 Regulador de Tensão LM7915 Regulador de Tensão LM7815 1.5 1.5.1 Modo de Falha Comparador 0rpm Comparador 75rpm Regulador 5V Regulador -15V Regulador 15V Modo de Detecção Gerenciamento de Falha Módulo Sistema Máquina Funcionamento Saída incorreta Integrado não controla tensão de saída Placa indica velocidade incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em aberto Integrado não controla tensão de saída Placa indica máquina parada Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em curto Integrado não controla tensão de saída Placa indica máquina parada Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída incorreta Integrado não controla tensão de saída Placa indica velocidade incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em aberto Integrado não controla tensão de saída Placa indica velocidade < 75rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em curto Integrado não controla tensão de saída Placa indica velocidade < 75rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída incorreta Integrado não controla tensão de saída Placa indica velocidade incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em aberto Falta da fonte de 5Vcc Sensor sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha e led do módulo apagado Sem efeito para segurança Saída em curto Falta da fonte de 5Vcc Sensor sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha e led do módulo apagado Sem efeito para segurança Saída incorreta Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em aberto Falta da fonte de 15Vcc Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Saída em curto Falta da fonte de 15Vcc Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída incorreta Fonte de 15Vcc com tensão incorreta Medição de velocidade incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em aberto Falta da fonte de -15Vcc Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída em curto Falta da fonte de -15Vcc Placa sem alimentação Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Saída incorreta Fonte de -15Vcc com tensão incorreta Medição de velocidade incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Aberto Transistor aberto Placa lê velocidade 0rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Comentários Transistores QL1 Transistor BC547 FMECA (1).xls Chaveamento da entrada 20/11/2010 Page 3 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 1.5.1 1.5.2 1.5.3 Part Number QL1 QL2 QL3 Descrição do Componente Transistor BC547 Transistor TIP122 Transistor TIP122 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.6.4 Modo de Falha Modo de Detecção Gerenciamento de Falha Módulo Sistema Máquina Funcionamento Curto Transistor em curto Placa lê velocidade 0rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Aberto Transistor aberto Placa indica velocidade 0rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Transistor em curto Placa indica velocidade >0rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Aberto Transistor aberto Placa indica velocidade <75rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Transistor em curto Placa indica velocidade >75rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa lê velocidade 0rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa lê velocidade 0rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa lê velocidade 0rpm Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa lê velocidade 0rpm. Possível queima do transistor QL1 Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Resistor aberto Sem efeito Sem efeito Sem detecção Curto Resistor em curto Placa lê velocidade 0rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Chaveamento da entrada Chaveamento da Saída 0rpm Chaveamento da Saída 75rpm Comentários Resistores RL1 RL2 RL3 RL4 Resistor 50R 1/8W Resistor 100R 1/8W Resistor 2K2 1/8W Resistor 100R 1/8W FMECA (1).xls Limitador de corrente do Sensor Limitador de Corrente Limitador de corrente de base Polarização Sensor não conduz por alta impedância de saída. Leitura de velocidade 0rpm Sensor queima por baixa impedância de saída. Leitura de velocidade 0rpm 20/11/2010 Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Page 4 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID Part Number Descrição do Componente 1.6.5 RL5 Trimpot Multivoltas 100K 1.6.6 1.6.7 1.6.8 1.6.9 1.6.10 1.6.11 RL6 RL7 RL8 RL9 RL10 RL11 Resistor 10K 1/8W Resistor 1K 1/8W Trimpot Multivoltas 20K Trimpot Multivoltas 2K Resistor 1K 1/8W Resistor 5K 1/8W FMECA (1).xls Temporizador para taxa para conversão frequência-tensão Estabilização da saída Limitador de Corrente Divisor de tensão do comparador Divisor de tensão do comparador Limitador de Corrente Divisor de tensão do comparador Modo de Falha Modo de Detecção Gerenciamento de Falha Módulo Sistema Máquina Funcionamento Curto Resistor em curto Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Conversão frequênciatensão incorreta Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa indica velocidade 0rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa indica velocidade 0rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa indica velocidade 0rpm. Possível queima dos CI's PL1 e PL2 Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa indica velocidade errônea Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Queima do CI PL2 Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa indica velocidade errônea Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa indica velocidade 0rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa indica velocidade <75rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa indica velocidade 0rpm. Possível queima dos CI's PL1 e PL2 Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa indica velocidade errônea Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Queima do CI PL2 Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança 20/11/2010 Comentários Page 5 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 1.6.12 1.6.13 1.6.14 1.6.15 1.6.16 1.6.17 2 Part Number RL12 RL13 RL14 RL15 RL16 RL17 - Descrição do Componente Resistor 15K 1/8W Resistor 2K2 1/8W Resistor 100R 1/8W Resistor 2K2 1/8W Resistor 100R 1/8W Resistor 330R 1/8W Divisor de tensão do comparador Limitador de corrente de base Polarização Limitador de corrente de base Polarização Limitador de corrente de LED Modo de Detecção Gerenciamento de Falha Módulo Sistema Máquina Funcionamento Aberto Resistor aberto Placa indica velocidade <75rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa indica velocidade <75rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa indica velocidade 0rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa indica velocidade 0rpm e queima do transistor QL2 Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Resistor aberto Sem efeito Sem efeito Sem detecção Curto Resistor em curto Placa indica velocidade 0rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Resistor aberto Placa indica velocidade <75rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Curto Resistor em curto Placa indica velocidade <75rpm e queima do transistor QL2 Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Resistor aberto Sem efeito Sem efeito Sem detecção Curto Resistor em curto Placa indica velocidade <75rpm. Sem consequência pela redundância de módulos Sinalização de falha Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Resistor aberto Sem indicação de equipamento ligado Sistema operante com led apagado Curto Resistor em curto Falta de indicação de módulo operante Falta de indicação de módulo operante e queima do led DL2 Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem indicação de equipamento ligado Sistema operante com led apagado Sem efeito para segurança Mudança de parâmetros Resistor com valor alterado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Aberto Menor imunidade a ruídos Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito para segurança Curto Tensão 12Vcc vai a 0Vcc Placa sem alimentação Sistema inoperante Indicação de máquina em movimento Sistema inoperante Sem efeito para segurança Comentários Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Placa Controladora 2.1 2.1.1 Modo de Falha Capacitores CC1 Capacitor Cerâmico 100nF FMECA (1).xls Filtro de Saída da Fonte 20/11/2010 Page 6 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID Part Number Modo de Falha Descrição do Componente CC2 Capacitor Eletrolítico 10uF Módulo Sistema Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Possível aumento no ripple da fonte Sem efeito Sem efeito Sem detecção Placa sem alimentação Sistema inoperante Indicação de máquina em movimento Sistema inoperante Sem efeito para segurança Placa sem alimentação Sistema inoperante Indicação de máquina em movimento Sistema inoperante Sem efeito para segurança Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito Sem efeito Sem detecção Tensão5Vcc vai a 0Vcc Parte da placa sem alimentação Impossibilidade de indicação de falha do sistema Display apagado Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Possível aumento no ripple da fonte Sem efeito Sem efeito Sem detecção Parte da placa sem alimentação Impossibilidade de indicação de falha do sistema Display apagado Parte da placa sem alimentação Impossibilidade de indicação de falha do sistema Display apagado Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sem efeito Sem efeito Sem detecção Display apagado Estabilizador de Saída da Fonte Vazamento do eletrólito Decréscimo da capacitância Aberto 2.1.3 CC3 Capacitor Cerâmico 100nF Filtro de Saída da Fonte Curto Curto 2.1.4 CC4 Capacitor Eletrolítico 10uF Estabilizador de Saída da Fonte Vazamento do eletrólito Decréscimo da capacitância Aberto 2.1.5 CC5 Capacitor Cerâmico 100nF 2.2 Filtro de Alimentação Corrosão da placa e outros componentes. Capacitor pode entrar em curto Possível aumento no ripple da fonte Menor imunidade a ruídos Tensão 5Vcc vai a 0Vcc Corrosão da placa e outros componentes. Capacitor pode entrar em curto Possível aumento no ripple da fonte Menor imunidade a ruídos Curto Tensão5Vcc vai a 0Vcc Parte da placa sem alimentação Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Relé fica sem retorno de corrente Relé RV0A não pode ser acionado Possível queima de outros componentes Módulo de leitura 1 não indica V0 Sem efeito Sem detecção Sem efeito Saída de falha é ativada Sem efeito Sem detecção Sem efeito Sem detecção Sem efeito Saída de falha é ativada Sem efeito Sem detecção Comentários Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Falha crítica. Necessário alteração do circuito Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Falha crítica. Necessário alteração do circuito Falha crítica. Necessário alteração do circuito Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Falha crítica. Necessário alteração do circuito Sem efeito para segurança Se o sistema não tiver display, não existe detecção Se o sistema não tiver display, não existe detecção Se o sistema não tiver display, não existe detecção Se o sistema não tiver display, não existe detecção Diodos DC1 Diodo 1N4007 Diodo 'flyback' Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.2.2 Tensão 12Vcc vai a 0Vcc Impossibilidade de indicação de falha do sistema Aberto 2.2.1 Gerenciamento de Falha Máquina Funcionamento Curto 2.1.2 Modo de Detecção DC2 Diodo 1N4007 Diodo 'flyback' Curto Mudança de parâmetros FMECA (1).xls Sem efeito Sem efeito Relé fica sem retorno de corrente Relé RV0B não pode ser acionado Possível queima de outros componentes Módulo de leitura 2 não indica V0 Sem efeito Sem efeito 20/11/2010 Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Queima do transistor de saída do módulo de leitura Queima do transistor de saída do módulo de leitura Page 7 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID Part Number Modo de Falha Descrição do Componente Aberto 2.2.3 DC3 Diodo 1N4007 Diodo 'flyback' Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.2.4 DC4 Diodo 1N4007 Diodo 'flyback' Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.2.5 DC5 Diodo 1N4007 Diodo 'flyback' Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.2.6 DC6 Diodo 1N4007 Diodo 'flyback' Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.2.7 DC7 Diodo 1N4007 Diodo 'flyback' Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.2.8 DC8 Diodo 1N4007 Diodo 'flyback' Curto Mudança de parâmetros 2.2.9 DC9 Diodo 1N4007 2.3 2.3.1 2.4 Retificador Modo de Detecção Módulo Sistema Relé fica sem retorno de corrente Relé RV0C não pode ser acionado Possível queima de outros componentes Módulo de leitura 3 não indica V0 Sem efeito Sem efeito Relé fica sem retorno de corrente Relé RV1C não pode ser acionado Possível queima de outros componentes Módulo de leitura 3 não indica V1 Sem efeito Sem efeito Relé fica sem retorno de corrente Relé RV1C não pode ser acionado Possível queima de outros componentes Módulo de leitura 3 não indica V1 Sem efeito Sem efeito Relé fica sem retorno de corrente Relé RV1C não pode ser acionado Possível queima de outros componentes Módulo de leitura 3 não indica V1 Máquina Funcionamento Sem efeito Sem detecção Sem efeito Saída de falha é ativada Sem efeito Sem detecção Sem efeito Sem detecção Sem efeito Saída de falha é ativada Sem efeito Sem detecção Sem efeito Sem detecção Sem efeito Saída de falha é ativada Sem efeito Sem detecção Sem efeito Sem detecção Sem efeito Saída de falha é ativada Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Relé fica sem retorno de corrente Relé RV0 não pode ser acionado Possível queima de outros componentes Curto na fonte de alimentação Sem efeito Sem detecção Indicação de máquina em movimento Display é apagado Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Relé fica sem retorno de corrente Relé RV1 não pode ser acionado Possível queima de outros componentes Curto na fonte de alimentação Sem efeito Sem detecção Indicação de máquina em movimento Display é apagado Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Sistema inoperante Gerenciamento de Falha Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Aberto Sem alimentação Vcc Sem alimentação Vcc Sistema inoperante Indicação de máquina em movimento Curto Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Sem efeito Sem detecção Aberto Led apagado Sem efeito Curto Led apagado Sem efeito Sem indicação de equipamento ligado Sem indicação de equipamento ligado Sistema operante com led apagado Sistema operante com led apagado Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Entrada em aberto Microcontrolador sem leitura Sem efeito Display indica velocidade zero Display indica velocidade zero com máquina em movimento Sem efeito para segurança Comentários Queima do transistor de saída do módulo de leitura Queima do transistor de saída do módulo de leitura Queima do transistor de saída do módulo de leitura Queima do transistor de saída do módulo de leitura Se o sistema não tiver display, não existe detecção Se o sistema não tiver display, não existe detecção Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança LEDs DC10 Led Vermelho Pequeno Indicador Circuitos Integrados FMECA (1).xls 20/11/2010 Page 8 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 2.4.1 Part Number PC1 Modo de Falha Descrição do Componente Microcontrolador PIC 16F628A Processamento das leituras de velocidade para indicação em display LCD Saída em aberto Alimentação em aberto Saída travada em 'baixo' Saída travada em 'alto' Saída em aberto 2.4.2 2.4.3 PC2 PC3 Regulador de Tensão LM7812 Regulador de Tensão LM7805 2.5 2.5.1 Regulador 12V Saída em curto Módulo Sistema Saída de display inoperante Microcontrolador fora de operação Saída de display inoperante Saída de display inoperante Alimentação de 12Vcc fora de operação Alimentação de 12Vcc fora de operação Display não pode ser comandado Display não pode ser comandado Display não pode ser comandado Display não pode ser comandado Sem efeito Possibilidade de queima de outros componentes Saída em aberto Tensão 5Vcc vai a 0Vcc Parte da placa sem alimentação Saída em curto Tensão 5Vcc vai a 0Vcc Parte da placa sem alimentação Saída incorreta Sem efeito Possibilidade de queima de outros componentes Aberto Sinal de velocidade 1 interrompido Microcontrolador não lê sinal de velocidade 1 Curto Sinal de velocidade 1 não é limitado Queima da entrada do microcontrolador Regulador 5V Máquina Funcionamento Display indica velocidade Display indica velocidade zero zero com máquina em movimento Display indica velocidade Display indica velocidade zero zero com máquina em movimento Display indica velocidade Display indica velocidade zero zero com máquina em movimento Display travado em um Display travado em um valor fixo valor fixo Indicação de máquina Indicação de máquina em Placa sem alimentação em movimento movimento com ela parada Indicação de máquina Indicação de máquina em Placa sem alimentação em movimento movimento com ela parada Saída incorreta Sem efeito Impossibilidade de indicação de falha do sistema Impossibilidade de indicação de falha do sistema Possibilidade de queima de led's o que leva a impossibilidade de indicação de falha do sistema Indicação de máquina em movimento com ela parada Display apagado Display apagado Gerenciamento de Falha Comentários Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Falha crítica. Necessário alteração do circuito Falha crítica. Necessário alteração do circuito Display apagado Falha crítica. Necessário alteração do circuito Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Se o sistema não tiver display, não existe detecção Se o sistema não tiver display, não existe detecção Se o sistema não tiver display, não existe detecção Resistores RC1 Resistor 3K3 1/8W Divisor de tensão para entrada de tensão variável de leitura 01 Mudança de parâmetros Aberto 2.5.2 Modo de Detecção RC2 Trimpot Multivoltas 2K Divisor de tensão para entrada de tensão variável de leitura 01 Curto Mudança de parâmetros FMECA (1).xls Impossibilidade de leitura do sinal de velocidade 1 pelo microcontrolador Impossibilidade de leitura do sinal de velocidade 1 pelo microcontrolador Microcontrolador lê Display indica velocidade errôneamente o sinal de errada velocidade 1 Impossibilidade de Sinal de velocidade 1 Queima da entrada do leitura do sinal de não é limitado microcontrolador velocidade 1 pelo microcontrolador Impossibilidade de Sinal de velocidade 1 vai Microcontrolador não lê leitura do sinal de a zero sinal de velocidade 1 velocidade 1 pelo microcontrolador Microcontrolador lê Display indica velocidade Alteração no divisor de errôneamente o sinal de tensão errada velocidade 1 Alteração no divisor de tensão 20/11/2010 Page 9 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 2.5.3 Part Number RC3 Modo de Falha Descrição do Componente Resistor 3K3 1/8W Divisor de tensão para entrada de tensão variável de leitura 02 Módulo Sistema Aberto Sinal de velocidade 2 interrompido Microcontrolador não lê sinal de velocidade 2 Curto Sinal de velocidade 2 não é limitado Queima da entrada do microcontrolador Mudança de parâmetros Aberto 2.5.4 RC4 Trimpot Multivoltas 2K Divisor de tensão para entrada de tensão variável de leitura 02 Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.5.5 RC5 Resistor 3K3 1/8W Divisor de tensão para entrada de tensão variável de leitura 03 Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.5.6 RC6 Trimpot Multivoltas 2K Divisor de tensão para entrada de tensão variável de leitura 03 Curto Mudança de parâmetros Aberto 2.5.7 RC7 Resistor 330R 1/8W Limitador de corrente de LED Curto Mudança de parâmetros FMECA (1).xls Impossibilidade de leitura do sinal de velocidade 2 pelo microcontrolador Impossibilidade de leitura do sinal de velocidade 2 pelo microcontrolador Microcontrolador lê Display indica velocidade errôneamente o sinal de errada velocidade 2 Impossibilidade de Sinal de velocidade 2 Queima da entrada do leitura do sinal de não é limitado microcontrolador velocidade 2 pelo microcontrolador Impossibilidade de Sinal de velocidade 2 vai Microcontrolador não lê leitura do sinal de a zero sinal de velocidade 2 velocidade 2 pelo microcontrolador Microcontrolador lê Alteração no divisor de Display indica velocidade errôneamente o sinal de errada tensão velocidade 2 Impossibilidade de Sinal de velocidade 3 Microcontrolador não lê leitura do sinal de interrompido sinal de velocidade 3 velocidade 3 pelo microcontrolador Impossibilidade de leitura do sinal de Sinal de velocidade 3 Queima da entrada do não é limitado microcontrolador velocidade 3 pelo microcontrolador Microcontrolador lê Alteração no divisor de Display indica velocidade errôneamente o sinal de tensão errada velocidade 3 Impossibilidade de Sinal de velocidade 3 Queima da entrada do leitura do sinal de não é limitado microcontrolador velocidade 3 pelo microcontrolador Impossibilidade de Sinal de velocidade 3 vai Microcontrolador não lê leitura do sinal de a zero sinal de velocidade 3 velocidade 3 pelo microcontrolador Microcontrolador lê Alteração no divisor de Display indica velocidade errôneamente o sinal de errada tensão velocidade 3 Impossibilidade de Corrente do sinal de Led de falha não é indicação de falha do falha interrompido alimentado sistema Impossibilidade de Não há limitação de Led de falha será indicação de falha do corrente queimado sistema Sem efeito 20/11/2010 Gerenciamento de Falha Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Máquina Funcionamento Alteração no divisor de tensão Sem efeito Modo de Detecção Sem efeito Sem detecção Sem detecção Sem detecção Comentários Falha crítica. Necessário alteração do circuito Falha crítica. Necessário alteração do circuito Sem efeito para segurança Page 10 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 2.5.8 2.5.9 2.5.10 Part Number RC8 RC9 RC10 Descrição do Componente Resistor 330R 1/8W Resistor 330R 1/8W Resistor 330R 1/8W 2.9 2.9.1 Modo de Falha Limitador de corrente de LED Limitador de corrente de LED Limitador de corrente de LED Módulo Sistema Aberto Corrente do sinal de V0 interrompido Led de V0 não é alimentado Curto Não há limitação de corrente Led de V0 será queimado Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Aberto Corrente do sinal de V1 interrompido Led de V1 não é alimentado Curto Não há limitação de corrente Led de V1 será queimado Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Aberto Corrente do led da fonte é interrompida Led da fonte não é alimentado Curto Não há limitação de corrente Led da fonte será queimado Mudança de parâmetros Sem efeito Sem efeito Gerenciamento de Falha Comentários Máquina parada com led V0 apagado Sem efeito para segurança Apesar de não ter indicação de V0 a falha é segura Máquina parada com led V0 apagado Sem efeito para segurança Apesar de não ter indicação de V0 a falha é segura Sem detecção Sem efeito para segurança Máquina parada com led V1 apagado Sem efeito para segurança Apesar de não ter indicação de V1 a falha é segura Máquina parada com led V1 apagado Sem efeito para segurança Apesar de não ter indicação de V1 a falha é segura Sem detecção Sem efeito para segurança Display aceso com led apagado Sem efeito para segurança Display aceso com led apagado Sem efeito para segurança Sem detecção Sem efeito para segurança Máquina Funcionamento Impossibilidade de indicação de V0 do sistema Impossibilidade de indicação de V0 do sistema Sem efeito Impossibilidade de indicação de V1 do sistema Impossibilidade de indicação de V1 do sistema Sem efeito Impossibilidade de indicação de sistema operando Impossibilidade de indicação de sistema operando Sem efeito Relés RV0A NA - 1 (linha de falha) Relé de Segurança Falha no acionamento Este contato não fecha Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Saída Falha no acionamento 2.9.2 Modo de Detecção RV0A NF - 1 (linha de falha) Relé de Segurança FMECA (1).xls Este contato não fecha Nenhum contato NF Sem consequências Indicação de falha com máquina fecha. Falha é sinalizada devido a redundância de parada com máquina parada relés Possível perda da sinalização de falha Saída 20/11/2010 Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Page 11 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 2.9.3 2.9.4 2.9.5 Part Number RV0A NA - 2 (linha de saída) RV0A NA - 3 (linha de saída) RV0B NA - 1 (linha de falha) Modo de Falha Descrição do Componente Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança FMECA (1).xls Modo de Detecção Gerenciamento de Falha Módulo Sistema Máquina Funcionamento Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Sem efeito para segurança Curto Este contato não abre Sem consequências Indicação de falha com máquina em movimento Sem efeito para segurança Falha no acionamento Este contato não fecha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V0 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Este relé não pode indicar máquina com V0 Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V0 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Nenhum contato NA fecha. Falha é sinalizada com máquina em movimento Este relé não pode indicar máquina com V0 Saída Saída Saída Sem consequências Nenhum contato NF Indicação de falha com máquina fecha. Falha é sinalizada devido a redundância de parada com máquina parada relés 20/11/2010 Comentários aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Page 12 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 2.9.6 2.9.7 2.9.8 2.9.9 Part Number RV0B NF - 1 (linha de falha) RV0B NA - 2 (linha de saída) RV0B NA - 3 (linha de saída) RV0C NA - 1 (linha de falha) Modo de Falha Descrição do Componente Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança FMECA (1).xls Modo de Detecção Módulo Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sistema Máquina Funcionamento Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Sem consequências Sem consequências Sem detecção Sem consequências Indicação de falha com máquina em movimento Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Saída Nenhum contato NA fecha. Falha é sinalizada com máquina em movimento Este relé não pode indicar máquina com V0 Curto Este contato não abre Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V0 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Este relé não pode indicar máquina com V0 Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V0 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Saída Saída Saída 20/11/2010 Gerenciamento de Falha Comentários Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Page 13 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID Part Number Modo de Falha Descrição do Componente Módulo Curto 2.9.10 2.9.11 2.9.12 2.9.13 RV0C NF - 1 (linha de falha) RV0C NA - 2 (linha de saída) RV1C NA - 3 (linha de saída) RV1A NA - 1 (linha de falha) Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança FMECA (1).xls Modo de Detecção Este contato não abre Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sistema Máquina Funcionamento Nenhum contato NF Sem consequências Indicação de falha com máquina fecha. Falha é sinalizada devido a redundância de parada com máquina parada relés Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Sem consequências Sem consequências Sem detecção Sem consequências Indicação de falha com máquina em movimento Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Saída Nenhum contato NA fecha. Falha é sinalizada com máquina em movimento Este relé não pode indicar máquina com V0 Curto Este contato não abre Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V0 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Este relé não pode indicar máquina com V1 Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V1 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Saída Saída Saída 20/11/2010 Gerenciamento de Falha Comentários Sem efeito para segurança Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Page 14 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 2.9.14 2.9.15 2.9.16 Part Number RV1A NF - 1 (linha de falha) RV1A NA - 2 (linha de saída) RV1A NA - 3 (linha de saída) Modo de Falha Descrição do Componente Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança FMECA (1).xls Módulo Sistema Máquina Funcionamento Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Curto Este contato não abre Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Modo de Detecção Gerenciamento de Falha Sem detecção Sem efeito para segurança Nenhum contato NF Sem consequências Indicação de falha com máquina fecha. Falha é sinalizada devido a redundância de parada com máquina parada relés Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Sem consequências Sem consequências Sem detecção Sem consequências Indicação de falha com máquina em movimento Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Saída Nenhum contato NA fecha. Falha é sinalizada com máquina em movimento Este relé não pode indicar máquina com V1 Curto Este contato não abre Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V1 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Este relé não pode indicar máquina com V1 Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V1 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Saída Saída 20/11/2010 Comentários aplicação Sem efeito para segurança Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Page 15 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 2.9.17 2.9.18 2.9.19 Part Number RV1B NA - 1 (linha de falha) RV1B NF - 1 (linha de falha) RV1B NA - 2 (linha de saída) Modo de Falha Descrição do Componente Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança Modo de Detecção Módulo Sistema Falha no acionamento Este contato não fecha Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Saída Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Nenhum contato NF Indicação de falha com máquina fecha. Falha é sinalizada devido a redundância de parada com máquina parada relés Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Sem consequências Sem consequências Sem detecção Sem consequências Indicação de falha com máquina em movimento Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Saída Nenhum contato NA fecha. Falha é sinalizada com máquina em movimento Este relé não pode indicar máquina com V1 Curto Este contato não abre Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V1 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Este relé não pode indicar máquina com V1 Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Saída RV1B FMECA (1).xls Máquina Funcionamento 20/11/2010 Gerenciamento de Falha Comentários Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Page 16 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID 2.9.20 2.9.21 2.9.22 2.9.23 Part Number RV1B NA - 3 (linha de saída) RV1C NA - 1 (linha de falha) RV1C NF - 1 (linha de falha) RV1C NA - 2 (linha de saída) Modo de Falha Descrição do Componente Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança Relé de Segurança FMECA (1).xls Modo de Detecção Módulo Sistema Máquina Funcionamento Saída Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V1 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Saída Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Nenhum contato NF Indicação de falha com máquina fecha. Falha é sinalizada devido a redundância de parada com máquina parada relés Possível perda da sinalização de falha Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Sem consequências Sem consequências Sem detecção Sem consequências Indicação de falha com máquina em movimento Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Saída Nenhum contato NA fecha. Falha é sinalizada com máquina em movimento Este relé não pode indicar máquina com V1 Curto Este contato não abre Falha no acionamento Este contato não fecha Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V1 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Falha no acionamento Este contato não fecha Este relé não pode indicar máquina com V1 Sem efeito para o funcionamento Sem detecção Saída 20/11/2010 Gerenciamento de Falha Comentários Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Falha não é detectável e pode levar a perda da sinalização de falha. Necessidade de uso de relé selado ou alteração do circuito de Necessidade de relés weld-nosinalização de falha ou transfer e uso de relés apropriados implementação de para vibração ou com coxins procedimento de adequados, dependendo da inspeção periódica aplicação Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para segurança Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Sem efeito para segurança Page 17 / 18 ESTRUTURA ANALÍTICA DO PRODUTO Efeitos da Falha Função ID Part Number 2.9.24 RV1C NA - 3 (linha de saída) Modo de Falha Descrição do Componente Relé de Segurança FMECA (1).xls Modo de Detecção Módulo Sistema Máquina Funcionamento Acionamento Espúrio Comutação de estado Sem consequências Sem consequências Sem detecção Curto Este contato não abre Este relé indica máquina com V1 com ela em movimento Sem efeito para a segurança devido a redundância de relés Sem detecção Saída 20/11/2010 Gerenciamento de Falha Comentários Sem efeito para Necessidade de relés weld-nosegurança Falha não é detectável e transfer e uso de relés apropriados para vibração ou com coxins pode levar a adequados, dependendo da insegurança com falhas aplicação de outros relés. Necessidade de alteração do circuito de sinalização de falha Page 18 / 18 60 ANEXO C – SOFTWARE DE CONTROLE DO MOTOR G:\10_TCC_Trabalho de Graduação\Software\Motor\Motor_01.c //====================================================== #include <16F628A.h> #use delay(clock=4000000) #define use_portb_lcd TRUE #include //Biblioteca para PIC //Biblioteca para LCD //====================================================== #fuses intrc_io,nolvp,nowdt // // // // Configurações Máq Oscilador: INTERNO LVP: OFF WDT: OFF //====================================================== #define botões #define #define #define #define #define #define #define #define v1 pin_b0 v2 v3 v4 v5 v6 v7 v8 MT // Configuração pin_b1 pin_b2 pin_b3 pin_b4 pin_b5 pin_b6 pin_b7 pin_a1 //====================================================== void main (void) { // Rotina Inicial output_a(0b00000000); output_b(0b00000000); //Motor Desligado //====================================================== while(1) { while(!input(v1)) { output_high(MT); delay_ms(10); // Loop Velocidade 1 // Tempo PWM 10ms 1 G:\10_TCC_Trabalho de Graduação\Software\Motor\Motor_01.c output_low(MT); delay_ms(70); } // //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - while(!input(v2)) { output_high(MT); delay_ms(20); output_low(MT); delay_ms(60); } // Loop Velocidade 2 // Tempo PWM 20ms // //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - while(!input(v3)) { output_high(MT); delay_ms(30); output_low(MT); delay_ms(50); } // Loop Velocidade 3 // Tempo PWM 30ms // //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - while(!input(v4)) { output_high(MT); delay_ms(40); output_low(MT); delay_ms(40); } // Loop Velocidade 4 // Tempo PWM 40ms // //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - while(!input(v5)) { output_high(MT); delay_ms(50); output_low(MT); delay_ms(30); } // Loop Velocidade 5 // Tempo PWM 50ms // 2 G:\10_TCC_Trabalho de Graduação\Software\Motor\Motor_01.c //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - while(!input(v6)) { output_high(MT); delay_ms(60); output_low(MT); delay_ms(20); } // Loop Velocidade 6 // Tempo PWM 60ms // //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - while(!input(v7)) { output_high(MT); delay_ms(70); output_low(MT); delay_ms(10); } // Loop Velocidade 7 // Tempo PWM 70ms // //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - while(!input(v8)) { output_high(MT); delay_ms(80); output_low(MT); } // Loop Velocidade 8 // Tempo PWM 80ms } } 3