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Como Elaborar um Projeto Elétrico de Automação Industrial?

A automação industrial integra sistemas elétricos, eletrônicos, mecânicos, computacionais e de comunicação para controlar processos, máquinas e equipamentos. Para que esse sistema possa ser montado, programado, testado e mantido de forma confiável, é necessário que sua engenharia elétrica esteja organizada e devidamente documentada.
O projeto elétrico de automação reúne diagramas de potência, comando e controle, entradas e saídas do CLP, conexões de campo, redes industriais, layout de painéis e documentação técnica.
Softwares especializados, como o iDEA, da Electro Graphics, auxiliam na elaboração estruturada desses projetos, automatizando recursos como referências cruzadas, identificação de componentes, layout de painéis e geração de documentação.

O que é automação industrial?

Automação industrial é a aplicação integrada de tecnologias de controle, instrumentação, acionamento, comunicação e processamento para executar ou supervisionar operações industriais com menor necessidade de intervenção humana direta.
Um sistema de automação pode envolver:

• Sensores e instrumentos de campo;
• CLPs e outros controladores;
• Contatores, relés, inversores de frequência e soft-starters;
• Motores, válvulas e outros atuadores;
• IHMs e sistemas de supervisão;
• Redes de comunicação industrial;
• Funções de intertravamento e segurança;
• Lógicas sequenciais e controle de processos.

Portanto, automação industrial não se limita às malhas de controle. Dependendo da aplicação, o sistema pode envolver sequenciamento de máquinas, controle de processos, acionamentos, supervisão, comunicação entre equipamentos e funções de segurança.

O que é um projeto elétrico de automação industrial?

O projeto elétrico de automação industrial é o conjunto de desenhos, diagramas, especificações e documentos técnicos que define como os equipamentos elétricos e de controle serão conectados e organizados em uma máquina, equipamento ou instalação industrial.
Ele estabelece a interface entre a lógica de controle, representada principalmente pelo CLP e pela IHM, e a infraestrutura física formada por painéis, dispositivos de proteção, cabos, bornes, sensores e atuadores.
Entre os principais elementos estão:

• Alimentação e proteção dos circuitos;
• Circuitos de potência e comando;
• Entradas e saídas (I/O) do CLP;
• Sensores, atuadores e dispositivos de campo;
• Redes de comunicação industrial;
• Bornes e interligações;
• Identificação dos componentes e condutores;
• Layout físico do painel;
• Listas de materiais, cabos, bornes e I/O.

Um projeto inconsistente pode gerar problemas durante a montagem, a programação, o comissionamento e a manutenção da instalação.

Quais são as principais etapas de um projeto de automação industrial?

Embora a metodologia possa variar conforme a aplicação, um projeto de automação normalmente passa pelas seguintes etapas:

1. Levantamento de requisitos:

São definidos os requisitos funcionais do processo, arquitetura do sistema, quantidade de I/O, equipamentos envolvidos, condições de operação e requisitos de segurança.

2. Engenharia elétrica e de detalhamento

São desenvolvidos os diagramas elétricos, circuitos de potência e comando, definição dos componentes, interligações e layout do painel. Nessa etapa também podem ser elaboradas listas de materiais (BOM).

3. Desenvolvimento do software de controle

Com base nos requisitos e na arquitetura definida, é desenvolvido o programa do CLP e, quando aplicável, as telas de IHM ou sistemas de supervisão.
A IEC 61131-3 estabelece conceitos e linguagens de programação utilizadas em controladores programáveis, como Ladder, Texto Estruturado e Diagrama de Blocos Funcionais.

4. Montagem do painel e infraestrutura de campo

O painel é montado de acordo com o projeto, incluindo dispositivos, trilhos, canaletas, bornes, identificação e cabeamento. Também são executadas as interligações com os equipamentos de campo.

5. Testes

Os equipamentos e a lógica de controle podem ser submetidos a testes antes da instalação em campo, incluindo os chamados FAT (Factory Acceptance Test), quando previstos no projeto.

6. Comissionamento e documentação final

Após a instalação, são realizados os testes em campo, energização, verificação das conexões e validação do funcionamento do sistema.
Quando ocorrem alterações durante a montagem ou comissionamento, a documentação deve ser atualizada para representar a condição efetivamente instalada, formando o As-Built.

Qual é a função do CLP no projeto elétrico?

O CLP (Controlador Lógico Programável) é um dos principais elementos de controle de um sistema de automação industrial. Ele recebe sinais de entrada, executa a lógica programada e envia comandos para dispositivos de saída.
No projeto elétrico, sua representação deve permitir identificar claramente:

• Módulos de entradas digitais e analógicas;
• Módulos de saídas digitais e analógicas;
• Alimentação e conexões necessárias;
• Sinais provenientes dos sensores;
• Sinais destinados aos atuadores;
• Identificação dos componentes;
• Endereçamento e descrição dos pontos de I/O.

A arquitetura elétrica de alimentação, aterramento e proteção deve ser definida de acordo com o equipamento utilizado, sua documentação técnica e os requisitos da instalação.

O que é o mapeamento de I/O?

O mapeamento de I/O (Input/Output) relaciona cada sinal físico de campo ao canal correspondente do sistema de controle.
Por exemplo:

Esse mapeamento facilita a integração entre o projeto elétrico, a programação do CLP, a montagem e os testes do sistema.

Como elaborar os diagramas elétricos de automação?

A elaboração dos diagramas deve seguir uma metodologia de identificação, organização e representação que permita compreender o funcionamento do sistema e localizar seus componentes e conexões.
A IEC 60617 é uma referência para simbologia gráfica utilizada em diagramas eletrotécnicos. A série IEC 81346 trata da estruturação e identificação de sistemas, objetos e referências de itens.
Uma metodologia organizada normalmente envolve:

1. Definição da simbologia e identificação dos componentes;
2. Organização funcional das folhas;
3. Representação dos circuitos e conexões;
4. Identificação dos sinais e condutores;
5. Utilização de referências cruzadas;
6. Geração e atualização da documentação.

Em projetos desenvolvidos com software especializado, essas informações podem ser relacionadas a um banco de dados de componentes, permitindo automatizar parte das verificações e dos documentos de saída.

O que são referências cruzadas em um projeto elétrico?

As referências cruzadas permitem localizar diferentes representações de um mesmo componente ou circuito em folhas distintas do projeto.
Um exemplo comum é o contator -KM1. Sua bobina pode estar representada no circuito de comando, enquanto seus contatos principais aparecem no circuito de potência e seus contatos auxiliares podem ser utilizados em outros circuitos de intertravamento.
A referência cruzada relaciona essas ocorrências e indica onde cada elemento pode ser encontrado.

Exemplo prático

Considere um motor acionado pelo contator -KM1:

• A bobina de KM1 está na folha 03, coordenada D2;
• Os contatos principais estão na folha 04, coordenada D2;
• Um contato auxiliar NA utilizado no intertravamento está na folha 03, coordenada C3.

Em um projeto organizado, essas informações permitem localizar rapidamente cada ocorrência de KM1.
Quando o projeto é alterado, a atualização automática das referências reduz o risco de informações desatualizadas, especialmente em projetos com muitas folhas.

Quais diagramas fazem parte de um projeto elétrico de automação?

Dependendo da aplicação, diferentes tipos de diagramas podem compor o projeto:

• Diagrama unifilar: Apresenta de forma simplificada a distribuição de energia elétrica e seus principais dispositivos de proteção e seccionamento.
• Diagrama multifilar de potência: Representa individualmente os condutores e dispositivos envolvidos nos circuitos de potência, incluindo motores, contatores, inversores e demais equipamentos.
• Diagrama de comando e controle: Apresenta botoeiras, seletores, relés, bobinas, contatos auxiliares, sinalizadores e circuitos de comando e intertravamento.
• Diagrama de I/O do CLP: Representa a conexão dos sensores e atuadores aos canais de entrada e saída do sistema de controle.
• Diagrama de arquitetura de rede: Apresenta a topologia de comunicação entre CLPs, IHMs, módulos de I/O remotos, inversores, switches e outros equipamentos.
• Layout do painel elétrico 2D/3D: Representa a disposição física dos componentes no painel, incluindo trilhos, canaletas, dispositivos, módulos, bornes e demais elementos necessários à montagem.
• Plano de bornes e interligações de campo: Relaciona os pontos de conexão entre o painel e os equipamentos instalados em campo, auxiliando a montagem e a identificação dos cabos.

Por que a documentação é importante em um projeto?

A documentação técnica permite que diferentes equipes utilizem uma mesma referência durante a montagem, programação, testes, comissionamento e manutenção.
Entre os documentos normalmente associados ao projeto estão:

A lista de I/O, por exemplo, conecta a documentação elétrica à engenharia de controle, enquanto a lista de bornes e cabos auxilia diretamente a montagem e a instalação em campo.

Como o iDEA auxilia na elaboração de projetos de automação industrial?

O iDEA é um software CAD elétrico 2D e 3D da Electro Graphics, dotado do motor AutoCAD OEM da Autodesk, desenvolvido para projetos elétricos e aplicações de automação industrial.
No desenvolvimento de um projeto de automação, o software auxilia na elaboração e organização de:

• Diagramas unifilares e multifilares;
• Circuitos de comando e automação;
• Esquemas de entradas e saídas do CLP;
• Identificação de componentes e condutores;
• Referências cruzadas;
• Bornes e interligações;
• Layout de painéis em 2D e 3D;
• Cabeamento estruturado;
• Listas de materiais e documentação técnica.

A utilização de uma base de dados integrada ao projeto permite relacionar componentes, conexões e informações documentais, reduzindo a necessidade de atualização manual de diferentes documentos.
Dessa forma, o projeto elétrico deixa de ser apenas um conjunto de desenhos e passa a funcionar como uma base estruturada para montagem, documentação e manutenção.

Conclusão

A elaboração de um projeto elétrico de automação industrial exige mais do que a definição da lógica de controle ou a seleção dos componentes. É necessário estruturar corretamente os diagramas, identificar os equipamentos, organizar os sinais de I/O, documentar as conexões e representar fisicamente o painel e as interligações de campo.
A utilização de referências cruzadas, listas de I/O, listas de materiais, planos de bornes e layouts contribui para manter a rastreabilidade das informações ao longo das etapas de montagem, comissionamento e manutenção.
Nesse contexto, softwares especializados como o iDEA auxiliam a engenharia na elaboração dos diagramas, organização das informações e geração da documentação técnica, proporcionando maior integração entre o projeto elétrico e as demais etapas da automação industrial.

Conheça os recursos do iDEA para elaboração de projetos elétricos de automação industrial.

Perguntas Frequentes
O que é um projeto elétrico de automação industrial?
É o conjunto de diagramas, especificações e documentação técnica que define a alimentação, os circuitos de potência e comando, os sinais de I/O, as conexões, os equipamentos de controle e as interligações de uma máquina ou instalação industrial.

Quais normas orientam a elaboração de projetos de automação?
Entre as referências que podem ser aplicáveis estão a IEC 60617, para simbologia gráfica, a série IEC 81346, relacionada à estruturação e identificação de sistemas e itens. No Brasil, também devem ser considerados os requisitos regulamentares e normativos aplicáveis à instalação, incluindo NR-10 e NR-12 quando pertinentes.

O que é referência cruzada em um projeto elétrico?
É o recurso utilizado para relacionar diferentes representações de um mesmo componente ou circuito em folhas distintas do projeto, permitindo localizar rapidamente bobinas, contatos e outras ocorrências.

Quais diagramas são utilizados em projetos elétricos de automação?
Dependendo da aplicação, podem ser utilizados diagramas unifilares, multifilares, de potência, comando e controle, I/O do CLP, arquitetura de rede, layout de painel e planos de bornes e interligações de campo.

Qual é a importância da lista de I/O?
A lista de I/O relaciona os sinais físicos do processo aos canais do sistema de controle, incluindo informações como TAG, tipo de sinal, endereço e descrição. Ela facilita a integração entre projeto elétrico, programação do CLP, montagem e testes.

O iDEA gera a documentação técnica do projeto?
O iDEA possui recursos para automatizar a geração e atualização de documentos relacionados ao projeto, incluindo referências cruzadas, listas de materiais, listas de bornes, listas de cabos, listas de I/O e informações do layout, a partir das informações estruturadas no projeto.

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Artigo preparado e revisado pelo Team Electro Graphics Brasil

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