andre sabe - automacao apostila1-6

Escola de Engenharia de São Carlos - USPDepartamento de Engenharia Elétrica

SEL0406 - AutomaçãoProf. Dennis Brandão

Notas de Aula

Versão 2009.1

______________________________________________________________________________________Notas de Aula – SEL0406 – Automação Prof. Dennis Brandão

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Escola de Engenharia de São Carlos - USP

Departamento de Engenharia ElétricaSEL 0406 - Automação

Prof. Dennis Brandão1º Semestre/09

Objetivos do curso

O objetivo deste curso é introduzir conceitos básicos de automação aplicados a diferentes setores industriais envolvendo sensores, atuadores, controladores industriais e técnicas de projeto de sistemas.

É considerado que o aluno já possua conhecimentos em sistemas digitais, eletrônica básica e fundamentos de controle.

Observações sobre o curso e avaliação

O curso é compreendido de aulas teóricas e aulas de exercícios sobre os assuntos a seres abordados e estudados. As aulas teóricas terão caráter expositivo, com a eventual utilização dos microcomputadores em sala. A avaliação se dará em função da realização de duas provas sem consulta (mais uma prova substitutiva para quem não esteve presente em uma das provas regulares) e um projeto individual.

Durante o semestre, os alunos poderão contar com monitoria.

Bibliografia

Para este curso são indicados os seguintes livros para consulta e aprofundamento na matéria. Na biblioteca central da EESC existem outros títulos afins.

- Cícero Couto de Moraes e P. L. Castrucci. Engenharia de automação industrial, Editora LTC; São Paulo (Livro Texto).

- Bela G. Liptak, Instrument Engineers' Handbook,Third Edition: Process Control, Publisher: Butterworth-Heinemann; 3 edition, 1995. ISBN: 0801982421.

- Jonas Berge, Fieldbuses for Process Control: Engineering, Operation and Maintenance, ISA-Instrumentation, Systems, and Automation, 2004. ISBN: 1556179049.

- Ogata, K. Modern control engineering. Englewood Ciffs, N. J., Prentice-Hall, 1976.

- Silveira, Paulo; Santos, Winderson. Automação e Controle Discreto. 2 Ed. São Paulo: Ed. Erica. 1999. 229p il.

- Natale, Ferdinando. Automação Industrial. São Paulo: Ed. Erica. 1996.

- Jardini, J.A. Sistemas Digitais para Automação da Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica.

- Marcos de Oliveira Fonseca, Constantino Seixas Filho e João Aristides Bottura. Aplicando a Norma IEC 61131 na Automação de Processo. Filho. 1a edição. ISA PRESS 2008.

Calendário do curso

Data Aula19.02 Apresentação do Curso26.02 Introdução à Automação05.03 Pneumática12.03 Eletropneumática19.03 Controlador Programável - Estrutura e Interface26.03 Linguagem Ladder02.04 Exercícios16.04 Prova 123.04 Não haverá aula30.04 Diagramas SFC 07.05 SFC e Ladder14.05 Projetos de Automação21.05 Exercícios28.05 Prova 2 e Entrega dos Projetos04.06 Prova Substitutiva

(Total de 15 semanas)

Critério de Avaliação

Média Final ≥ 5.0Média Final = (Prova 1 + Prova 2 + Projeto) / 3

Disciplinas Online

No website das disciplinas on-line do SEL serão oferecidos os arquivos de apoio ao projeto e ao conteúdo teórico da disciplina:

http://www.sel.eesc.usp.br/informatica/ Graduação Disciplinas On-Line Login: sel406 Senha: sel406

Contato do Professor

Prof. Dennis BrandãoTel. 33739357e-mail: [email protected]

Monitoria: André F. SabeTel. 81241492


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http://www.sel.eesc.usp.br/informatica/

Quartas das 18:30h às 24:00h


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1. Introdução

O objetivo desta introdução é de apresentar uma breve leitura histórica da evolução tecnológica em que se baseia a área da automação industrial atual. Para tanto será necessário primeiro introduzir, a título de revisão, alguns conceitos básicos que serão utilizados no decorrer deste texto.

1.1. Sistemas

Tradicionalmente, o trabalho de investigação de cientistas e engenheiros se volta para o estudo de fenômenos naturais que podem ser modelados por leis naturais, tais como a lei da gravidade, leis da mecânica e da eletricidade clássicas, leis da química e da física. Nestes estudos, costumam-se encontrar quantidades ou medidas de deslocamento, temperatura, acelerações, cargas elétricas entre outras. Em todas estas medidas, o conceito do tempo está associado a uma grandeza contínua, ou seja, medidas podem ser tomadas em quaisquer valores reais de tempo, uma vez que este “evolui” contínua e constantemente em nosso ambiente.

Portanto, todo um conjunto de técnicas e ferramentas matemáticas foi desenvolvido para modelar, analisar e controlar tais fenômenos ou parâmetros naturais, baseadas principalmente em equações diferenciais ordinárias e parciais.

Entretanto, no cenário científico atual cada vez mais dependente de computadores de sistemas computadorizados, pode-se notar que muitas das quantidades que utilizamos em engenharia não são mais contínuas, elas são “discretas”, ou seja, possuem valores inteiros. Por exemplo, pode-se citar a quantidade de peças em uma linha de montagem ou a quantidade de alarmes ativos em uma fábrica. Nota-se também que o início de muitos processos depende de eventos instantâneos, tais como o pressionar de um botão ou o ativar de um sensor. De fato, muitas das tecnologias em uso são orientadas a eventos, tais como as redes de comunicação, os programas de computadores ou unidades em fábricas.

Diante de tal observação, pode-se definir um sistema como:“Uma combinação de componentes que atuam conjuntamente para realizarem uma tarefa impossível a

cada uma de suas partes individualmente” (Dicionário de termos técnicos do IEEE).Esta definição na está associada somente a objetos físicos ou a leis naturais, pode descrever, todavia,

mecanismos econômicos bem como comportamento humano ou de populações.

1.2. Modelos

Para a análise quantitativa de um sistema, importante para o projeto de sistemas de automação, é necessário a atribuição de valores bem definidos à características de desempenho deste sistema. Tal atribuição de valores resulta em um modelo.

No processo de modelagem, é necessário, portanto, a definição ou identificação de variáveis mensuráveis, por exemplo, tensão elétrica em um dado circuito ou velocidade de certa peça.

As variáveis mensuráveis podem ser de entrada, a estas é possível manipular em um período temporal, geralmente se atribui a notação de u1(t)... un(t) com t0 ≤ t ≤ tf.

Também as variáveis podem ser de saída, são as que se pode medir frente a uma variação das variáveis de entrada em dado período de tempo. Utiliza-se neste caso a notação y1(t)... yn(t) com t0 ≤ t ≤ tf.

Para finalizar a modelagem, é razoável assumir que exista uma relação matemática ou física entre as variáveis de entrada e as de saída. Matematicamente podemos representar tal relação pelo seguinte equacionamento:

y1(t)=g1(u1(t)... un(t)) (1.1)...yn(t)=gn (u1(t)... un(t))

Esta é a forma mais simples de se modelar. Podemos considerar que um sistema é “algo real”, enquanto que um modelo é uma “abstração” que geralmente somente se aproxima do comportamento real do sistema.


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Figura 1.1. Modelagem

Conclui-se que quanto maior a proximidade entre os comportamentos do sistema e do modelo, melhor é considerado o modelo. Quando o modelo é adequado a determinada análise, é comum utilizar o termo modelo como sinônimo de sistema.

Exemplo 1.1 (Sistema divisor de tensão)

O circuito divisor de tensão apresentado na figura 1.2 apresenta cinco variáveis: a tensão de alimentação V, a corrente elétrica i, as resistências r e R e a tensão em R.

Figura 1.2. Sistema elétrico simples

O modelo mais simples que se pode construir é baseado na teoria de circuitos elétricos:

(1.2)

Assumindo-se que se pode ajustar V, com interesse na regulagem da tensão de saída v, podemos obter o seguinte modelo:

Figura 1.3. Modelo 1 para o sistema

Caso a tensão de alimentação seja fixa, e o ajuste se dê pela resistência r, então o modelo seria:


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MODELOu(t) y(t)=g(u)

SISTEMA

ENTRADAS SAÍDAS

r

Ri

V v

MODELOrR

RVv

V

MODELOrR

RVv

r


Finalmente, poderíamos ter o modelo a seguir caso ambos V e r sejam ajustáveis e haja interesse na regulagem da corrente i:


Exemplo 1.2 (Sistema massa-mola)

O sistema massa-mola apresentado na figura 6 sofre uma excitação no instante t=0, quando a massa é movimentada desde a posição de repouso até u(0) = u0 > 0 e então solta. O deslocamento da massa em qualquer instante de tempo t>0 é denominado y(t). Das leis da mecânica, sabe-se que o movimento da massa é definido por uma oscilação harmônica descrita pela seguinte equação diferencial de segunda ordem:

(1.3)

Com condições iniciais de e . Se o interesse é controlar o deslocamento inicial u(0) e observar a posição da massa no tempo, pode-se propor o modelo apresentado na figura 6 com a seguinte variável de entrada u(t):

u(t) = u0 , t=00 , caso contrário

A saída y(t) é a solução da equação diferencial (1.3), com k e m constantes.

Figura 1.6. Sistema massa-mola e seu modelo

Na prática, o estudo desta classe de sistemas é realizado não no domínio temporal de t, recorre-se a transformações matemáticas que levam a uma mudança de domínio que facilite a análise. É o caso da mudança de domínio para o domínio da freqüência ou para o domínio de Laplace.

Sistemas Estáticos e Dinâmicos

Define-se um sistema estático quando as saídas y(t) são independentes dos valores passados das entradas u(δ), δ<t para qualquer t. Em um sistema dinâmico, por outro lado, as saídas geralmente dependem dos valores passados das entradas. Portanto determinar as saídas em um sistema estático não requer “memória” dos instantes passados das entradas, o que não acontece em sistemas dinâmicos.

Matematicamente, as relações entre entrada(s)-saída(s) em sistemas estáticos são expressas por equações algébricas, ao passo que em sistemas dinâmicos, por equações diferenciais.

Pergunta: O sistema do exemplo 1.1 é estático ou dinâmico? E o sistema no exemplo 1.2?

Sistemas Dinâmicos Variantes e Invariantes no Tempo


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MODELOrR

Vi

r

V

MODELO

)(ty)(tu

m

m )0()( ytu

Quando se expressa a relação entre entradas e saídas de um sistema pela equação y=g(u), e considera-se que esta relação é válida para todos os instantes de tempo, então o sistema é invariante no tempo ou estacionário.

Porém, em alguns sistemas reais tal relação pode mudar com o tempo como, por exemplo, acontece em sistemas sujeitos a vazamentos (em amortecedores), envelhecimento (em estruturas) ou oxidação (em circuitos elétricos). Neste caso, o mais adequado é considerar que y=g(u,t), e denominar tais sistemas de variantes no tempo.

Estado de um Sistema

Pode-se dizer simplificadamente que o estado de um sistema em dado instante deve descrever seu comportamento de maneira mensurável naquele instante de tempo.

Uma definição mais adequada é apresentada a seguir.“O estado de um sistema no instante t0 é o conjunto de informações necessário em t0 para que as

saídas y(t), para todo t>t0, possam ser definidas por este conjunto de informações e por u(t), t≥t0.”Assim como as entradas un(t) e as saídas yn(t), o estado é geralmente representado por variáveis

denotadas por xn(t). Estas variáveis são denominadas variáveis de estado.Existe toda uma teoria de modelagem de sistemas baseada em estados, denominada modelagem por

espaço de estados. Tal teoria consiste na determinação de relações matemáticas entre un(t), yn(t) e xn(t). Referimo-nos a estas relações matemáticas por “dinâmica” de um sistema.

Assim como na modelagem, existem também controladores e teorias de controle desenvolvidas com base no espaço de estados.

Sistemas Lineares e Não-Lineares

A natureza das equações gn em (1.1) define a linearidade de um sistema. Uma função é dita linear se e somente se:

g(a1u1 + a2u2) = a1g(u1) + a2g(u2) (1.4)

Ou seja, se vale o princípio da superposição de duas respostas frente à superposição de dois estímulos.

Sistemas Contínuos e Discretos

Em sistemas contínuos, o espaço de estados X é contínuo e consiste de valores reais (ou complexos). Normalmente utilizam-se equações diferenciais e técnicas associadas para a análise.

Em sistemas discretos, o espaço de estados X é um conjunto discreto. As variáveis de estado, neste caso só podem “evoluir” ou “transitar” em pontos discretos no tempo, de um valor a outro.

Naturalmente existem sistemas híbridos, onde algumas variáveis apresentam comportamento contínuo ao passo que outras, discreto.

O comportamento dinâmico de um sistema discreto em geral é de simples entendimento quando o mecanismo de transições de estado é baseado em regras lógicas como esta “se alguma situação específica acontecer e o estado atual for x, então o próximo estado será x´”. Entretanto o formalismo matemático para expressar e resolver tais equações de estado pode ser tão ou mais complexo de que o baseado em equações diferenciais utilizadas em modelos contínuos.

Exemplo 1.2 (Armazém)

Considere o armazém de produtos acabados em uma fábrica. Sempre que um produto é fabricado, é armazenado ali. Um caminhão é carregado periodicamente com certo número de produtos, considera-se, portanto, como “saídas” do armazém.

Deseja-se avaliar o inventário deste armazém, ou seja, o número de produtos estocados em dado instante de tempo. Assim, define-se x(t) como o número de produtos no instante t e uma saída para o modelo y(t) = x(t).


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Figura 1.7. Armazém

Como os produtos são discretos, o espaço de estados deve ser de inteiros não negativos {0,1,2...}.Supõem-se as estradas como duas funções no tempo:

u1(t) = 1 se um produto é armazenado em t0 caso contrário

u2(t) = 1 se um caminhão é carregado em t0 caso contrário

Assumem-se (a) um armazém suficientemente grande para armazenar qualquer número de produtos, (b) o carregamento do caminhão instantâneo, (c) que o caminhão só pode retirar um produto por vez, e (d) que o carregamento do caminhão e o armazenamento de um produto nunca ocorrem ao mesmo tempo.

Pode-se representar a evolução deste sistema pelo “caminho” que o estado percorre no tempo, denotando-se por t+ como o instante de tempo “após” t.

x(t+) = x(t) +1 se (u1(t) = 1, u2(t) = 0)x(t) -1 se (u1(t) = 0, u2(t) = 1, x(t)>0)x(t) em outros casos

Graficamente pode-se representar o caminho do estado x(t) por:

Figura 1.8. Caminho do estado x(t)

Sistemas Determinísticos e Estocásticos

Define-se um sistema estocástico como um sistema onde pelo menos uma de suas variáveis de saída possua comportamento randômico ou aleatório. Caso contrário o sistema é considerado determinístico. Tomemos como exemplo o sistema elétrico simples descrito (exemplo 1.1): a tensão V pode estar sujeita a um ruído aleatório que não pode ter sua amplitude considerada com certeza absoluta. É possível, entretanto, que o projetista adote um modelo probabilístico realista para representar o ruído e o incorpore ao sistema em questão. A mesma argumentação é válida para o exemplo 1.2, caso o sistema massa-mola estivesse sujeito à ação do vento em uma instalação aberta.

Problemas práticos como falhas em máquinas e equipamentos, ausências inesperadas de trabalhadores ou atrasos em entregas de peças bem como condições ambientais extremas podem afetar a ______________________________________________________________________________________Notas de Aula – SEL0406 – Automação Prof. Dennis Brandão

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Saída de produtos

Entrada de produtos

u1(t)

u2(t)

x(t)

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9

x(t)

t

1

2

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operação e a modelagem de sistemas reais de forma que somente mecanismos e técnicas probabilísticas possam ser adequadamente considerados.

Em geral, o estado de um sistema dinâmico estocástico é definido como um processo aleatório e seu comportamento podem ser descrito apenas probabilisticamente. A abordagem matemática para tais casos, portanto, é baseada em técnicas de probabilidades e estatísticas.

1.3. Conceito de Controle

Uma pergunta que se pode fazer, em relação a um sistema é “O que acontece com a saída do sistema quando se aplica certa entrada?”. Entretanto, os sistemas não são considerados na pratica como isolados ou autônomos. De fato, conforme descrito na definição de um sistema, existe a idéia de realização de determinada tarefa ou função.

Para que um sistema realize sua função, é necessário que ele seja controlado, pela seleção das entradas apropriadas com o objetivo de se obter as saídas ou o comportamento desejado.

Como exemplo, tomemos o ato de dirigir um carro. Podemos controlar sua direção, velocidade e aceleração através dos pedais do acelerador, freio e embreagem e através do volante e da alavanca de cambio. O comportamento desejado em tal situação é que o carro permaneça na estrada a uma velocidade razoável.

Desta forma, as entradas do sistema são vistas como sinais de controle. O comportamento desejado é relacionado (nos casos escalares) com um sinal de referência r(t).

Portanto, dado certo comportamento desejado r(t) a um sistema, nossa tarefa como “controladores” é de selecionar u(t) apropriado para ser aplicado como entrada ao sistema de forma a levar as saídas de tal sistema para a condição desejada. Esta relação entre r(t) e u(t) durante um espaço de tempo é denominada “lei de controle” ou simplesmente “controle”:

(1.5)

1.4. Conceito de Realimentação

A idéia de realimentação é intuitiva e simples: usar quaisquer informações disponíveis sobre o comportamento do sistema, x(t), para ajustar continuamente suas entradas. Nosso comportamento é fundamentalmente realimentado: o volume de nossa voz se ajusta ao ambiente, a temperatura de nossa casa é ajustada pela abertura das janelas, a velocidade do nosso carro pela observação do velocímetro, dentre outros exemplos. Matematicamente, podemos adotar a seguinte relação para a realimentação:

(1.6)

Sistemas de Malha Aberta e de Malha Fechada

Um sistema com uma lei de controle expressa por uma relação como na equação (1.5) é chamado de sistema de malha aberta, ao passo que quando adota uma lei de controle baseada na equação (1.6), tal sistema é chamado de malha fechada. É importante notar que as saídas y(t) de um sistema fazem parte do conjunto de estados x(t) deste sistema.

Em sistemas de controle de malha aberta, as entradas permanecem fixas a despeito do efeito (bom ou ruim)que elas provocam nas saídas do sistema. Em sistemas de controle de malha fechada, por outro lado, as entradas dependem do efeito que elas provocam nas saídas do sistema.


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Figura 1.9. Sistemas de Malha Aberta e Fechada

1.5. Sistemas de Tempo Discreto

Assumiu-se até agora que o tempo é uma variável contínua, esta hipótese corresponde certamente à noção natural de tempo. Entretanto, em uma série de sistemas de automação e de computação as operações matemáticas são realizadas por equipamentos eletrônicos micro-processados. Em tais dispositivos, as operações matemáticas e computacionais acontecem seqüencialmente em certa freqüência fixa de trabalho, geralmente definida por um elemento oscilador como um cristal. Define-se então um “clock” para tal dispositivo.

Este tipo de operação baseado em operações não contínuas no tempo é denominado de “tempo discreto”. A importância do estudo de sistemas de tempo discreto é crescente devido ao avanço dos hardwares digitais e da computação. Técnicas de projeto e de controle em tempo discreto em geral oferecem muita flexibilidade e velocidade associadas a um baixo custo de implantação. Alguns sistemas são inerentemente de tempo discreto, tais como os baseados em dados periódicos como aos indicadores da economia, por exemplo.

Nesta classe de sistema, a linha do tempo é considerada como uma seqüência de intervalos definidos por uma seqüência de pontos t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6,....tn. Assume-se que o intervalo entre pontos sucessivos é regular. Tal intervalo é conhecido como período de amostragem e o instante de amostragem é denominado k.

Sistemas de tempo contínuo, quando controlados ou instrumentados por equipamentos de tempo discreto apresentam sinais de respostas e de entradas “amostrados”, onde o domínio temporal é convertido de t para k, resultando em uma mudança, por exemplo, de x(t) para x(k).

A figura a 1.10 representa um sinal x(t) e uma de suas possíveis formas após uma amostragem digital, semelhante a uma “escada”. Sempre quando um sinal é amostrado, parte da informação contida neste é perdida, ou seja, toda a amostragem implica em perdas.

Figura 1.10. Sinal x(t) o correspondente x(k)


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),,()( tuxgty )(tuCONTROLE SISTEMA

),,( tuxfx),()( trtu

Sistema de malha aberta

),,()( tuxgty )(tuCONTROLE SISTEMA

),,( tuxfx),,()( txrtu

Sistema de malha fechada

)(tr

)(tr

Em situações reais, quando o período de amostragem praticado pelo sistema de controle é significantemente menor do que os tempos de resposta ou de que a dinâmica característica do sistema controlado, ou seja, os “degraus” da “escada” são muito pequenos, então a perda de informações no processo de amostragem é desprezível. Nestes casos, é possível utilizar-se da teoria de controle clássica para o projeto e a análise de sistemas de controle de tempo discreto.

Por questões de simplificação matemática, em geral o projeto de controladores de tempo discreto e a análise de tais sistemas é conduzida em um domínio que não o do tempo discreto k, porém no de outra variável matemática denominada “z”.

1.5. Sistemas a Eventos Discretos

Quando o especo de estados de um sistema é naturalmente descrito por um conjunto discreto como {0,1,2,...} e as transições entre estados são observadas em instante discretos de tempo, associam-se estas transições de estados a “eventos” e tais sistemas são então denominados sistemas a eventos discretos.

Conceito de Evento

Conceito de entendimento intuitivo, um evento deve ser conceituado como de ocorrência instantânea e que causa a transição, ou transições de um ou mais valores de estado(s) a outro(s). Pode ser associado a uma ação deliberada (o operador pressionou o botão de parada de emergência), a uma ocorrência espontânea (um sensor falhou) ou ao resultado de uma conjunção de condições atendidas em certo instante (nível no tanque de resfriamento muito alto).

A representação de um evento é dada por e, enquanto que um conjunto discreto de eventos é denotado por E.

Exemplo 1.3 (Armazém)

No armazém do exemplo 1.2, nota-se que dois eventos afetam o estado do sistema: “armazenamento de um produto” e “carregamento de um caminhão”. Pode-se neste caso definir-se:

E={P,C}

Onde P denota o armazenamento do produto e C o carregamento de um caminhão.

Sistemas Orientados a Evento e Orientados a Tempo

Em sistemas orientados a tempo, as mudanças de estado são deflagradas com o passar do tempo. Esta característica é fundamental em sistemas de tempo discreto: o “clock” é o que faz um estado evoluir. A cada período de amostragem, espera-se que os estados mudem, pois as variáveis de estado contínuas modificam-se continuamente com o passar do tempo.

Neste caso, a variável temporal (t ou k) é independente e é argumento das funções de entrada, de estado e de saída do sistema.

Em sistemas a eventos discretos, as mudanças de estados ocorrem apenas em pontos específicos do tempo, através de transições instantâneas. Cada transição é, portanto, associada a um evento.

O mecanismo em que as transições se baseiam pode ser de dois tipos:

1. Em todo período de amostragem (ou clock tick), ao menos um evento e ocorre dentro de E. Se nenhum evento é “disparado”, então pode-se considerar um “evento nulo” como membro de E, que tem a propriedade de não causar nenhuma mudança de estado.

2. Em vários instantes de tempo (não necessariamente coincidentes com os “clock ticks”), alguns eventos ocorrem.

No tipo 1, as transições de estado são sincronizadas com o clock. O clock individualmente é responsável por qualquer transição de estado.

No tipo 2, cada evento define um processo distinto em que é determinado o instante em que e é disparado.

A distinção entre sistemas baseados nos mecanismos 1 e 2 é feita pelos termos “orientado a tempo” e “orientado a evento” respectivamente.


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Conforme mencionado, sistemas contínuos têm natureza orientada a tempo. Entretanto, em sistemas a eventos discretos isto depende se as transições são sincronizadas a um clock ou se são de natureza assíncrona.

Uma associação a sistemas orientados a evento pode ser com o sistema de interrupções em um computador. Enquanto muitas funções em um computador são sincronizadas pelo clock, algumas são de natureza assíncrona como, por exemplo, as requisições e ações do usuário.

Propriedades Características de Sistemas a Eventos Discretos

Para que se aplique em sistemas discretos todo o ferramental da teoria de controle clássica ou do controle digital, fundamentadas no equacionamento de modelos por equações diferenciais ou por equações diferença, estes devem satisfazer as propriedades de serem sistemas de estados contínuos e baseados em transições de estados orientadas a tempo.

Com a primeira propriedade, os sistemas são considerados contínuos, seus estados variam constantemente e podem assumir valores reais. Grandezas físicas como temperatura, pressão, vazão são típicas desta categoria de sistemas.

A segunda propriedade implica que os estados mudam com a mudança do tempo (t se for contínua ou k se for discreta), que é uma variável independente na modelagem destes sistemas.

Em contraste aos sistemas dinâmicos contínuos, os sistemas a eventos discretos (SED) satisfazem duas propriedades:

1. O espaço de estados é um conjunto discreto2. As transições de estados são orientadas a evento

Um exemplo de sistema a eventos discretos pode ser o estado de uma máquina: pode ser selecionado como {LIGADA,DESLIGADA} ou {OCUPADA,OCIOSA,EM MANUTENÇÃO}.

Do ponto de vista da modelagem, uma vez que as transições são disparadas por eventos de natureza assíncrona, e supondo-se possível identificar o conjunto de eventos tal que cada elemento causa uma transição de estado, então a variável tempo não mais serve para conduzir a “evolução” ou “operação” do sistema. O tempo, portanto, não é mais uma variável independente apropriada.

É importante notar que, assim como um sistema dinâmico de variáveis contínuas (SVC), um SED pode ser modelado em tempo discreto ou contínuo. Se por exemplo um evento possa acontecer em qualquer valor real de tempo, então se obtêm um modelo de SED em tempo contínuo.

Abstração de Sistemas a Eventos Discretos

Distinguem-se três níveis de abstração de sistemas a eventos discretos.Quando o objetivo da análise de um SED é determinar o comportamento lógico do sistema, como a

determinação da ordem de eventos ou a verificação da possibilidade de ocorrência de um estado, então a temporização não é importante.

Neste caso se utilizam linguagens de modelos ou lógicas para a representação do sistema.Quando o objetivo da análise é determinar, por exemplo, em que instante o sistema pode atingir

determinado estado, ou se determinada seqüência de eventos pode ser atingida dentro de um prazo, então se deve utilizar linguagens de modelagem temporal para descrever o sistema.

Por fim, quando o sistema é sujeito a comportamentos, estados ou eventos de natureza estocástica ou probabilística, então se deve buscar linguagens estocásticas de modelagem temporal para descrever o sistema.

Uma série de linguagens para a modelagem, análise, simulação ou otimização são disponíveis na literatura, cada qual com suas particularidades e objetivos, bem como metodologias para a análise e para o projeto de controladores.

1.6. A Automação de Sistemas Industriais

O interesse das indústrias por automação e controle começou a cerca de 100 anos, com a chegada do século XX. No início a necessidade apontou para a indicação de algumas variáveis físicas envolvidas no processo de fabricação. Na década de 1920, já se utilizavam registradores mecânicos gráficos de variáveis em papel, tais instrumentos permitiam o registro histórico de dadas variáveis ao longo de turnos de produção. Na década de 1930 os primeiros controladores realimentados de tecnologia pneumática passaram a operar em plantas industriais e já na década de 1940, a teoria de controle clássico é consolidada. Desta década surge o controlador PID, ainda hoje o controlador mais utilizado em malhas de controle dinâmico no setor industrial. A


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década de 1960 marca o início das arquiteturas distribuídas de controle, onde o elemento controlador separa-se fisicamente do sensor e ambos passam a ser instalados em posições diferentes. A comunicação entre eles se estabelece a principio através de sinais modulados em pressão em linhas de ar comprimido.

A década de 1960 marca a introdução da microeletrônica em sistemas de automação, e a introdução da transmissão de sinais modulados em correntes elétricas. Separam-se a partir daí dispositivos com funções de transmissor, indicador, registrador e controlador.

No final da década de 1960, os primeiros sistemas distribuídos analógicos são instalados em campo. Nestes sistemas, distintas funções de controle e de registro já eram executadas por placas eletrônicas independentes conectadas umas às outras em racks interligados. É desta época que surgem os primeiros robôs industriais e os controladores lógicos programáveis com sua lógica “ladder”, em substituição aos controles configurados por hardware em painéis de relés eletromecânicos.

A década de 1970 marca a revolução na automação industrial trazida pela introdução dos microcontroladores. Esta inovação digital abriu espaço para uma enorme gama de possibilidades de evolução nos sistemas automáticos de controle industrial. Já na década de 1980 os sistemas de automação de grande porte passam a ser interligados por meio de redes digitais de comunicação e os instrumentos de campo (sensores, atuadores, drivers) passam a receber uma grande capacidade de processamento e são considerados, desta forma, inteligentes. Na década de 1990, a disseminação das redes de computadores e da internet bem como a uniformidade dos computadores pessoais e dos sistemas operacionais mudam o cenário da integração industrial, através dos softwares de gestão empresarial.

Com a disseminação da computação por todos os setores econômicos e sociais, a proximidade atual nas empresas dos sistemas de automação com as redes corporativas já é realidade a pelo menos uma década. O cenário atual da automação aponta para avanços tecnológicos na área de transmissão de dados sem fio e pelo uso intenso de algoritmos de controle inteligentes embarcados em instrumentos, desde os mais simples aos mais sofisticados. A complexidade dos sistemas de automação atuais é tão grande que em aplicações industriais modernas, tanto para fins de controle como de monitoramento de unidades, linhas ou de fábricas completas, doravante denominadas genericamente “plantas”, deve-se compreender o sistema de automação como um sistema de controle hierárquico de múltiplas camadas. Composto por uma série de equipamentos e dispositivos, um sistema de automação é sempre projetado para atender requisitos de qualidade, produtividade e segurança no controle da planta (sistema dinâmico controlado).

Em tais camadas existem controladores e sistemas controlados tanto de natureza contínua (SVC), como orientados a eventos (SED). Nas camadas mais baixas, são encontradas malhas fechadas de controle contínuo, sincronismos de motores, acionamento de equipamentos e operação de válvulas e registros, movimentação de esteiras, acionamento e sincronismo de robôs, monitoramento e operação de reatores entre outros sistemas industriais complexos.

Em camadas mais altas, as funções de automação são relacionadas à partida de equipamentos ou linhas, paradas de emergência, atendimento a uma ordem de produção, mudança de modo de operação de unidades, reconfiguração de unidades de produção entre outros.

Uma representação abstrata desta hierarquia é apresentada na figura 1.11. Deve-se notar que controladores e sistemas em camadas inferiores (controladores contínuos) são em geral abstraídos para o projeto e na operação de camadas superiores (controle supervisório). As abstrações acorrem nas interfaces entre camadas. Por exemplo, sinais de saída das malhas fechadas de controle contínuo são enviados para o controle supervisório como eventos, enquanto que comandos provindos do controle supervisório, também na forma de eventos, são traduzidos na interface para sinais de entrada apropriados aos atuadores ou sinais de referência para controladores. Desta forma, o projeto e a interpretação de sistemas de automação reais são subdivididos em etapas e em camadas de operação cooperativa.


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Figura 1.11. Arquitetura de sistemas de automação


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CONTROLE SUPERVISÓRIO

INTERFACE

CONTROLADORESCONTÍNUOS

SISTEMA

comandos eventos observados

2. Acionamento e Circuitos Pneumáticos

O termo “Pneumático” deriva do radical grego “Pneumos” ou “Pneuma” (respiração ou sopro), e define o ramo da física que estuda a dinâmica e os fenômenos relacionados aos gases e ao vácuo. Em engenharia, refere-se ao estudo da preparação, conservação e da transformação da energia pneumática em energia mecânica, através de elementos de trabalho.

O uso da pneumática em aplicações industriais possui vantagens, pois os equipamentos pneumáticos são robustos e de simples instalação. Podem, portanto, ser aplicados em ambientes hostis sujeitos à poeira, umidade, atmosferas corrosivas e explosivas.

As limitações do uso da pneumática referem-se à necessidade de preparação do ar comprimido, limitações de pressão de trabalho (limitação de potência dos atuadores) e limitações de velocidades de trabalho.

Assim como o ar, o fluido hidráulico (composto por óleo ou por misturas água-óleo) é muito utilizado em aplicações industriais para a realização de trabalho. Projetos e sistemas baseados em ambos fluídos têm muito em comum, porém algumas diferenças devem ser destacadas:

- Nível de Pressão: enquanto que circuitos pneumáticos industriais operam com pressões entre 5 e 10 bar, circuitos hidráulicos operam em pressões de até 200 bar ou até superiores. A limitação de compressão em linhas pneumáticas deve-se a grande compressibilidade do ar. A 200 bar, uma linha de ar comprimido armazenaria tamanha energia que o risco em um acidente seria alto em caso de vazamentos ou rupturas. Já o fluido hidráulico é praticamente incompressível, em caso de uma ruptura, a pressão do óleo cai imediatamente sem apresentar riscos de explosão.

- Forças de atuação: devido às relativas baixas pressões de ar comprimido, os atuadores pneumáticos desenvolvem forças baixas ou médias, enquanto que atuadores hidráulicos são aplicados para exercer forças elevadas.

- Custo: equipamentos hidráulicos apresentam custos superiores aos pneumáticos, uma vez que as restrições quanto a vazamentos e pressões de trabalho elevam os padrões de qualidade de fabricação destes.

- Linhas de transmissão: as linhas de transmissão de fluido hidráulico são compostas por tubulação metálica com conexões sofisticadas, além de serem em circuito fechado para a recuperação do fluido. Já em instalações pneumáticas, as linhas são compostas por tubulação plástica flexível com conexões simples e rápidas.

- Controle de Velocidade e de Posicionamento: devido à compressibilidade do ar, atuadores pneumáticos não são especificados para aplicações com necessidade de controle fino de velocidade ou de posicionamento, principalmente em aplicações com cargas dinâmicas.

- A Compressão: enquanto que em circuitos pneumáticos a pressão em cada atuador é regulada e a quantidade de ar necessária para cada trabalho é determinada pela carga, em circuitos hidráulicos são utilizadas bombas de deslocamento positivo, ou seja, a vazão de óleo é constante independentemente da carga de trabalho. Ou seja, bombas hidráulicas não produzem pressão, mas uma vazão constante.

- Velocidades de atuação: em pistões pneumáticos, devido à alta velocidade de expansão do ar comprimido, as velocidades de trabalho são altas. Em contrapartida, em circuitos hidráulicos as velocidades de trabalho dos atuadores geralmente lentas são determinadas pela vazão da bomba.

Em suma, sistemas hidráulicos são especificados para altas cargas (ex. equipamentos para movimentação e elevação de cargas) ou para aplicações com requisitos de posicionamento preciso ou controle fino de velocidade (ex. robôs). A aplicação da pneumática, por outro lado, é amplamente difundida em automação industrial, devido ao seu relativo baixo custo e simplicidade de instalação.

O ar é um gás composto por Oxigênio e Nitrogênio principalmente, é insípido, inodoro, compressível, elástico, expansível que se difunde e mistura-se com qualquer meio gasoso não saturado. Um litro de ar a 0oC ao nível do mar possui massa de 1,293x10-3 Kg.

A pressão atmosférica é de 1,033Kgf/cm2 (760mmHg) ao nível do mar, à 1000m de altitude é de 0,915Kgf/cm2. Segundo o princípio de Pascal, a alteração de pressão produzida em um líquido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente.

De acordo com a Lei Geral dos Gases Perfeitos, o ar comporta-se segundo a equação (2.1) quando passa de um estado 1 a 2:

(2.1)


16

Elementos de Produção de Ar Comprimido

Os compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão de certo volume de ar e podem operar segundo dois princípios: a diminuição do volume de certa massa de ar (deslocamento positivo) ou a transformação da energia cinética de certa massa de ar em energia de pressão (deslocamento positivo).

São vários os tipos de compressores, a figura 2.1 apresenta os tipos de acordo com o princípio de funcionamento.

Figura 2.1. Tipos de compressores

Cada tipo de compressor possui determinada aplicação, em geral definida pelo volume de produção e pela pressão produzida. A simbologia do elemento compressor esta apresentada na figura 2.2.

Figura 2.2. Símbolo de compressores

Após a compressão, o ar então é armazenado em reservatórios e deve passar por um processo de preparação, que consiste da retirada da umidade através de secadores. Estes dispositivos podem operar por refrigeração (ponto de orvalho), absorção (processo químico) ou adsorção (processo físico). A simbologia para o elemento de secagem é representada na figura 2.3.

1 2

Figura 2.3. Símbolo de secagem

Após seco e resfriado, o ar comprimido é distribuído pela fábrica por uma rede de distribuição em anel fechado ou em circuito aberto, com divisão em seções, limitadas por válvulas nas linhas. As linhas de distribuição possuem drenos e diversas tomadas de ar para o consumo.

Após a distribuição, o ar deve passar por um último tratamento, que consiste da filtragem, regulagem de pressão e introdução de certa quantidade de óleo para a lubrificação das partes mecânicas dos componentes pneumáticos.

Este tratamento é realizado em uma Unidade de Condicionamento ou Lubrefil, cuja simbologia é apresentada na figura 2.4.


17

Compressores

Deslocamento dinâmico Deslocamento positivo

Ejetor Fluxoradial

FluxoAxial

RotativosRootsAnel líquidoPalhetasParafuso

Alternativos

DiafragmaMecânicoHidráulico

PistãoTipo labirintoSimples efeitoDuplo efeito

21

Figura 2.3. Símbolo de Lubrefil

Válvulas de Controle Direcional

As válvulas de controle direcional têm por função orientar a direção que o fluxo de ar deve seguir, a fim de realizar um trabalho proposto. Devem-se levar em conta os seguintes dados de uma válvula direcional:

- posição inicial,- número de posições,- número de vias,- tipo de acionamento ou comando,- tipo de retorno,- vazão,- tipo construtivo.

O número de posições é a quantidade de manobras distintas que uma válvula pode executar de acordo com seu acionamento. As válvulas são sempre representadas por retângulos, cada posição é representada por um quadrado dentro da válvula.

Figura 2.4. Símbolo de válvulas de 2 ou 3 posições

O número de vias é o número de conexões de trabalho que a válvula possui. Podem ser conexões de entrada, de utilização ou de escape. Nos quadrados representantes das posições, encontram-se os símbolos de passagem livre ou bloqueada que representam a operação da válvula naquela posição, baseados nas interligações internas entre as conexões.

Figura 2.5. Setas indicam interligações internas

Figura 2.6. Indicação de passagem bloqueada

O número de vias (conexões) em geral é contado no lado da posição inicial da válvula.

2

1

2

1 3

Figura 2.7. Válvulas de 2 e de 3 vias

A denominação das válvulas é baseada no número de vias e de posições, por exemplo, uma válvula 4/3 é uma válvula de 4 vias e 3 posições; uma válvula 3/2 é uma válvula com 3 vias e duas posições e assim sucessivamente. A identificação das conexões e orifícios das válvulas e demais elementos pneumáticos segue a seguinte regra:


18

Norma DIN 24300 Norma ISO 1219Pressão P 1

Utilização A B C 2 4 6Escape R S T 3 5 7

Pilotagem X Y Z 10 12 14Tabela 2.1. Identificação de conexões

As válvulas necessitam de um agente interno ou externo para deslocar suas partes internas de uma posição a outra. Os elementos responsáveis por tais alterações são chamados acionamentos e podem ser de diversas naturezas, tais como muscular, mecânico, pneumático, elétrico ou combinado. As válvulas com acionamentos mecânicos são geralmente utilizadas como sensores de posição ou sensores de fim-de-curso acionadas por hastes de cilindros pneumáticos.

A simbologia de alguns dos tipos de acionamento é apresentada a seguir.

Electrical signal

Spring

Push-button actuator

Pneumatic signal

Roller lever

Actuator attachment

Figura 2.8. Tipos de acionamento

O acionamento combinado, servo piloto ou comando prévio, utiliza a energia do próprio ar comprimido para acionar a válvula, através do acionamento de um pré-comando que aciona a válvula principal em uma ligação pneumática interna à válvula. As válvulas de pré-comando são geralmente elétricas (solenóide), pneumáticas (piloto), manuais (botão) ou mecânicas (came ou esfera).

Na figura 2.9, um exemplo de um circuito de comando básico direto, e na figura 2.10, um comando básico indireto.


19

2

1 3

12

Figura 2.9. Comando básico direto

2

1 3

12

12

2

1 3

Figura 2.10. Comando básico indireto

Elementos Auxiliares

São elementos presentes nos circuitos pneumáticos que impelem o fluxo de ar em certo sentido, com características particulares. Alguns elementos auxiliares são destacados em seguida.

Válvula de Retenção: permite a passagem unidirecional do fluxo de ar.

Figura 2.11. Válvula de Retenção

Válvula de escape rápido: permite a rápida exaustão de ar que permite uma velocidade maior em um pistão de cilindro.

3

2

1

Figura 2.12. Válvula de Escape Rápido


20

Válvula de Isolamento (Elemento OU): opera logicamente como uma lógica OU.

2

1 3

Figura 2.13. Válvula de Isolamento

Válvula de Simultaneidade (Elemento E): opera logicamente como uma lógica E.

1 3

2

Figura 2.14. Válvula de Simultaneidade

Válvulas de Controle de Fluxo: podem ser bidirecionais ou unidirecionais, elas restringem o fluxo de ar com a finalidade de controle de velocidade dos pistões de cilindros.

2

1 1

2

Figura 2.15. Válvulas de Controle de Fluxo

Válvulas de Alívio: limitam a pressão de um reservatório evitando sua elevação acima de um ponto admissível. Ao se ultrapassar a pressão admissível, a válvula abre uma conexão de escape.

Figura 2.16. Válvula de Alívio

Atuadores Pneumáticos

São elementos de trabalho que convertem em trabalho a energia armazenada no ar comprimido. Estes elementos podem produzir movimentos lineares, rotativos ou oscilantes. Entre os atuadores, destacam-se os cilindros pneumáticos, que são elementos formados por uma haste com êmbolo dotada de movimento linear dentro de um cilindro, de tal forma que o êmbolo da haste divide internamente o cilindro em duas cavidades, conforme a figura 2.17.

Figura 2.17. Cilindro Pneumático

Estes elementos podem ser dos seguintes tipos:


21

- Simples ação,- Dupla ação,- Dupla ação com haste dupla,- Duplex contínuo (tandem),- Duplex geminado (múltiplas posição),- Cilindros de impacto,- Cilindro de tração por cabos.

Os cilindros de simples ação têm uma conexão para ar comprimido e uma conexão para escape, podem ser de avanço por mola, retorno por mola ou de retorno por força externa. Quando o ar comprimido é fornecido, o cilindro desenvolve seu movimento de avanço ou de retorno. O movimento complementar é realizado pela mola interna.

Figura 2.18. Cilindros de simples ação com retorno (esq.) e avanço por mola (dir.)

Os cilindros de dupla ação utilizam ar comprimido para realizar trabalho em ambos os sentidos de movimento (avanço e retorno).

Figura 2.19. Cilindros de dupla ação

As demais variações e tipos de cilindros não serão detalhados nestas notas de aula. Para mais informações sobre elementos e dispositivos, bem como para a tecnologia para o trabalho com vácuo, uma boa fonte são catálogos de fornecedores de equipamentos pneumáticos.

A força estática útil exercida na ponta da haste de um cilindro depende dos seguintes fatores:- pressão de trabalho do ar comprimido;- diâmetro do cilindro;- resistência de atrito interno do cilindro;- elementos de vedação.

A força estática útil teórica é dada por:

Fteórica = Prelativa x A (2.2)

Onde Prelativa é a pressão de trabalho do ar comprimido menos a pressão atmosférica e A é a área da superfície do êmbolo do cilindro sujeita à pressão do ar comprimido. Desta força teórica, subtraem-se as forças opostas:

Fefetiva = Prelativa x A – (Fatrito + Fmola) (2.3)

Onde Fatrito é a força de atrito imposta pelo movimento relativo entre as partes móveis do cilindro (vedações) e Fmola é a força de resistência exercida pela mola em cilindros de simples ação com retorno por mola.

Deve-se notar que a força exercida no avanço de um cilindro de dupla ação (2.4) é diferente da força exercida no retorno do mesmo (2.5), devido a diferença na área útil do êmbolo em ambos os casos. No retorno, deve-se subtrair da área total do êmbolo (A) a área correspondente à seção da haste do cilindro, resultando em uma área útil (A´) menor, conforme as equações a seguir:

(2.4)


22

(2.5)

Exemplo 2.1 (Cálculo de Força de Cilindros)Dado um cilindro de dupla ação com as seguintes características:Diâmetro do êmbolo: 63 mmDiâmetro da haste: 20 mmPressão de trabalho: 6 bar

Solução:Pabs = 6 + 1= 7 bar (absoluta interna)Prelat = 6 bar (relativa = absoluta menos atmosférica)Considerando-se as seguintes relações de conversão:1 atm = 14,69 psi = 1,033 Kgf/cm2 = 1,013 bar = 760 mmHg = 10,33 mH2O = 101325 Pascal

Força de avanço:FA = Pabs x Aêmbolo – Patm x Aemb-haste ≈ (Pabs – 1) x Aêmbolo = Prelat x Aêmbolo = 60N/cm2 x 31,2cm2

= 1872 N

Força de retorno:FR = Pabs x Aemb-haste – Patm x Aêmbolo ≈ (Pabs – 1) x Aemb-haste = Prelat x Aemb-haste = 60N/cm2 x 28cm2 = 1680 N

Avaliação do consumo de ar da instalação

O consumo de ar comprimido de dada instalação pneumática pode ser avaliado em função do consumo individual de cada atuador da instalação. Tal informação é utilizada no dimensionamento do sistema de produção e distribuição do ar comprimido.

Em dada pressão de trabalho, para um cilindro pneumático de determinados diâmetro e curso, o consumo de ar comprimido (Q) é dado para cada movimento por:

Q = Superfície do êmbolo x Curso (2.6)

Para encontrar o consumo de ar em volume na pressão atmosférica (CNTP), multiplica-se a fórmula (2.6) pela relação de compressão, conforme a Lei dos Gases Perfeitos para temperatura constante:

(2.7)

Resultando em:

Q = Superfície do êmbolo x Curso x Relação de compressão (2.6)

Portanto, Q em cm3 por minuto (cm3/min), pode ser detalhado para um cilindro de simples ação como:

(2.8)

Onde s é o curso do cilindro em cm e n o número de ciclos de trabalho por minuto e d o diâmetro interno da camisa do cilindro. Para cilindros de dupla ação, a fórmula para o cálculo do consumo em cm 3 por minuto é:


23

(2.9)

Onde d é o diâmetro da haste.

Exemplo 2.2 (cálculo de consumo de ar comprimido)Calcular o consumo de ar à pressão atmosférica de um cilindro de ação dupla com 50 mm de diâmetro,

diâmetro da haste de 12 mm e 100 mm de curso submetido a uma pressão de trabalho de 600 kPa em uma operação de 10 ciclos por minuto.

Cálculo da relação de compressão:

Cálculo do consumo:

Considerando a relação entre unidades de volume: 1l = 1000 cm3 e 1m3 = 1000l

Dimensionamento de válvulas

Válvulas de controle direcional e demais elementos pneumáticos são fornecidos em diferentes medidas, tais como 1/16”, 1/8”, ¼” e ½”, referente ao diâmetro interno para passagem de ar. As válvulas podem ser divididas em três classes em relação à sua função no circuito pneumático:

- válvulas para a atuação de cilindros- válvulas para o sensoriamento de fim de cursos e outras funções de sensoriamento, tal como uma

botoeira,- válvulas de controle de fluxo, que realizam dada seqüência de movimento.

Das três classes, apenas a primeira transmite altas vazões de ar. Válvulas de sensoriamento e de controle de fluxo transmitem mais sinais em pressão de que vazão propriamente dita, e podem, portanto, ser tão pequenas quanto possível por questões de custo.

Por outro lado as válvulas de atuação devem ser dimensionadas de acordo com o ciclo de trabalho, diâmetro e velocidade do cilindro. Se a válvula for pequena demais, a velocidade do cilindro será comprometida.

O dimensionamento das válvulas é realizado com base no coeficiente de vazão Cv. Uma válvula possui Cv = 1 se a passagem de 1 Galão/minuto de água através desta resultar em uma queda de pressão de 1 psi. Cada componente pneumático como válvulas, unidades de tratamento e filtros possuem seu Cv apresentado em catálogo.

Por exemplo, uma válvula 5/2 compacta com conexão 1/8” pode ter um Cv de 0,56. Tal coeficiente depende não somente do tamanho da válvula, mas também de sua forma construtiva.

A vazão média de ar através de uma válvula pode ser calculada por:

(2.10)

Onde Q é a vazão (CNTP) nominal em litros/min, ∆P é a queda de pressão na válvula admissível em bar e P2 a pressão de saída necessária para mover uma carga e θ a temperatura do ar em graus Celcius.


24

A Vazão (l/min) de uma válvula em função da pressão de trabalho é também uma característica técnica listada em catálogo.

Métodos de Projeto de Circuitos Pneumáticos

O projeto de circuito pneumáticos pode variar em complexidade e tamanho. Em circuitos simples, é viável a utilização de métodos intuitivos e baseados na experiência para o projeto. Já para circuitos de maior porte, pode-se lançar mão de métodos sistemáticos para o projeto. Ambas as orientações de projetos oferecem prós e contras.

Independentemente do método de projeto adotado, é possível a representação de movimentos e de seqüência de movimentos das seguintes maneiras, segundo o exemplo 2.1.

Exemplo 2.1. (Esteira transportadora)

Pacotes que chegam por uma esteira transportadora são levantados e empurrados pelas hastes de cilindros pneumáticos para outra esteira transportadora. Devido a condições do projeto, a haste do segundo cilindro só pode retornar após a haste do primeiro cilindro ter retornado.

Representação dos movimentos em seqüência cronológica:

1. haste do cilindro A avança e eleva o pacote2. haste do cilindro B avança e empurra o pacote para a segunda esteira3. haste do cilindro A retorna à sua posição inicial4. haste do cilindro B retorna à sua posição inicial

Representação dos movimentos em indicação algébrica:

Avanço se indica por +Retorno se indica por –

Representação: A+ B+ A- B-

Representação dos movimentos em diagrama de trajeto-passo:

Figura 2.20. Diagrama trajeto-passo

Representação dos movimentos em diagrama de trajeto-tempo.


25

1 2 3 4 5

CILINDRO A

CILINDRO B

1

0

1

0

Figura 2.21. Diagrama trajeto-tempo

No diagrama de trajeto-tempo, ficam evidentes as diferentes velocidades de trabalho.Para o projeto do circuito pneumático é importante identificar se a seqüência de movimentos ou passo é

direta ou indireta. Para isso dividimos a seqüência ao meio. Se as letras estiverem na mesma seqüência em ambos as partes, trata-se de uma seqüência direta, caso contrário é uma seqüência indireta. A exceção acontece quando uma letra aparece mais de uma vez em uma das partes.

Abaixo temos exemplos de seqüências diretas e indiretas:

A+ B+ | A- B- (seqüência direta)A+ B+ | B- A- (seqüência indireta)A+ C+ B- | A- C- B+ (seqüência direta)A+ B- B+ | A- B- B+ (seqüência indireta)

Em seqüências com movimentos simultâneos de dois ou mais cilindros, pode-se inverter a ordem dos cilindros dentro dos parênteses sem alterar a seqüência original. Desta forma, seqüências que aparentemente são indiretas podem ser constituídas em seqüências diretas como a seguir:

A+ B- | (B+ A-) = A+ B- | (A- B+) (seqüência direta)A+ B+ (A- | C+) B- C- = A+ B+ (C+ | A-) B- C- (seqüência direta)

Para o projeto do circuito pneumático, o método intuitivo é o mais simples de todos os métodos, porém, deve ser utilizado somente em seqüência diretas, que não apresentam sobreposição de sinais na pilotagem das válvulas direcionais. Quando a seqüência for indireta, deve-se utilizar um dos métodos sistemáticos. Para se proceder com o projeto pelo método intuitivo, é recomendável executar as seguintes etapas:

1. Determinar a seqüência de trabalho;2. Elaborar o diagrama de trajeto-passo;3. Colocar no diagrama de trajeto-passo os elementos de fim de curso;4. Desenhar os elementos de trabalho;5. Desenhar os elementos de comando correspondentes;6. Desenhar os elementos de sinais;7. Desenhar os elementos de abastecimento de energia;8. Traçar as linhas dos condutores de sinais de comando e de trabalho;9. Identificar os elementos;10. Colocar no esquema a posição correta dos fins de curso, conforme o diagrama de trajeto-passo;11. Introduzir as condições marginais.

A solução para este projeto seria:


26

1 2 3 4 5=1

CILINDRO A

CILINDRO B

1

0

1

0

tempo

Figura 2.21. Circuito pneumático para a esteira transportadora

Neste diagrama, está um circuito pneumático que resolve o diagrama trajeto-passo proposto para o problema, segundo a figura 2.22.

Figura 2.22. Trajeto-passo para a esteira transportadora

Os elementos no diagrama foram identificados numericamente, segundo a seguinte regra:

- Os elementos de trabalho são numerados como 1.0, 2.0, etc.


27

1 2 3 4 5

1.0

2.0

1

0

1

0

2.2

1.3

2.3

2

1

2

1

2

1

2

1

14

4 2

513

12 14

4 2

513

12

2 13

12

213

12

213

12

1 3

2

2

1 3

12

2

1 3

12

1.0 2.0

2.1

2.2

1.1

2.3

1.3

1.02 1.01 2.02 2.01

1.61.2

1.4

- Para as válvulas, o primeiro número está relacionado a qual elemento de trabalho elas influem.- Para as válvulas direcionais que acionam diretamente o pistão, o número a direita do ponto é par

(maior do que zero) se a válvula é responsável pelo avanço do elemento de trabalho e ímpar (maior do que 1) se a válvula é responsável pelo retorno do elemento de trabalho. O número da direita da vírgula 1 é reservado para a válvula de controle principal do pistão.

- Para os elementos de regulagem (válvulas de fluxo) o número a direita do ponto é o número "0" seguido de um número par (maior do que zero) se a válvula afeta o avanço e ímpar se a válvula afeta o retorno do elemento de trabalho.

- Para os elementos de alimentação o primeiro número é "0" e o número depois do ponto corresponde à seqüência com que eles aparecem.

Deve-se notar que a representação de suprimento de ar comprimido é simplificada por um símbolo triangular na extremidade da linha de alimentação. Um símbolo triangular semelhante, porém com orientação invertida é utilizado para indicar linha aberta à atmosfera, ou escape. Também é usual a diferenciação de linhas de ar comprimido com função relacionada a sinalização (linhas tracejadas) das linhas com função de alimentação dos atuadores (linhas cheias).

As válvulas 0.1 e 0.2 de acionamento manual precisam ser acionadas simultaneamente para que o cilindro 1.0 avance como condição de partida do ciclo. Este mecanismo é conhecido por bi-manual e é utilizado como mecanismo de segurança.

Uma forma simplificada de se representar o mesmo circuito seria como na figura 2.23. As válvulas de identificação de fim de curso são indicadas em suas posições e detalhadas nos circuitos de pilotagem de cada cilindro (linhas tracejadas).

Figura 2.23. Circuito pneumático simplificado para a esteira transportadora

A resolução do mesmo problema pode ser realizada por um método sistemático, tal qual o método cascata. A aplicação deste método sistemático em seqüências indiretas, conforme mencionado, é viável. Este é um método que consiste em se cortar a alimentação de ar comprimido dos elementos de sinal que estiverem provocando uma contrapressão na pilotagem de válvulas direcionais, interferindo, dessa forma, na seqüência de movimentos dos elementos de trabalho. Em outras palavras, pelo método cascata busca-se garantir que não se ativem ao mesmo tempo dois sinais piloto em uma válvula direcional.


28

2

1

2

1

2

1

2

1

14

4 2

513

1214

4 2

513

12

2

1 3

12

2

1 3

12

2

1 3

12

1 3

2

2

1 3

12

2

1 3

12

1.0 2.0

2.1

2.2

1.1

2.31.3

1.02 1.01 2.02 2.01

1.4 1.6

1.2

2 .3 2 .2

I I

1 .3

I I

O método baseia-se na eliminação da possibilidade de ocorrência de sobreposição de sinais nas válvulas de comando dos atuadores através da divisão da seqüência de trabalho em grupos de movimentos e do relacionamento destes grupos com linhas de pressão. Através da utilização apropriada de arranjos pré-estabelecidos de válvulas de inversão, apenas uma linha poderá estar pressurizada a cada instante de tempo. O comando CASCATA resume-se em dividir criteriosamente uma seqüência complexa em varias seqüências mais simples, onde cada uma dessas divisões recebe o nome de grupo de comando. Não existe número máximo de grupos mais sim, um número mínimo, 2 (dois) grupos.

Roteiro de aplicação do método:

1 - Dividir a seqüência em grupos de movimentos, sem que ocorra a repetição de movimento de qualquer atuador em um mesmo grupo (Letras iguais com sinal algébrico oposto não podem ficar numa mesma linha ou grupo). Parte-se, portanto, da indicação algébrica da seqüência de movimentos: A + B + B - A –

Divisão dos grupos: A + B + | B - A –

A + B + Þ Grupo de comando 1B - A - Þ Grupo de comando 2

Outros exemplos: A + B + / B - A - / B+ / B- /A + B + / B - C + / C- A - / A + B + C + / C – B – A –A + B + / A - / A + B -/ A - / A+ C + / C- A - /

2 - Cada grupo de movimentos deve ser relacionado com uma linha de pressão. Para tanto deve ser utilizado o arranjo de válvulas inversoras (ou de memória) que permite estabelecer o número de linhas de pressão. Para se determinar o número de válvulas que serão utilizadas no conjunto de válvulas memória, deve-se levar em consideração o número de grupos de comandos (linhas), ou seja:

Numero de válvulas = número de grupos - 1 (Nv = Ng – 1)

O conjunto de válvulas memória será composto geralmente por válvulas de quatro ou cinco vias com duas posições e acionamento por duplo piloto pneumático positivo.

3 - Verificar ao final do ciclo, qual linha permanece pressurizada. Isto irá depender da seqüência considerada e da divisão escolhida. Exemplo: A+ B+ | A- C+ B- | C-. Nota-se neste caso a seqüência dá origem a um sistema cascata com três linhas e com a última linha (linha 3) pressurizada ao final do ciclo.

Quando o último grupo é composto por movimentos que, se unidos ao primeiro grupo não desobedece à regra da primeira etapa, pode-se unir o último grupo ao primeiro reduzindo assim o número de linhas e o número de memórias.

No exemplo anterior teríamos a seguinte alteração possível: C- A+ B+ | A- C+ B-

4 - Construir o sistema cascata, identificando os elementos:

Elementos de Trabalho: 1, 2, 3, 4, 5, ...Elementos de Sinal em Recuo: 1.1, 2.3, 3.3 ...Elementos de Sinal em Avanço: 1.2, 2.2, 3.4 ...

5 - Construção do sistema e verificação da seqüência de comutação.Caso 1 – Sistema com Duas Linhas: A primeira válvula do conjunto alimenta o primeiro e o segundo

grupo de comando.


29

Figura 2.24. Circuito pneumático de comutação cascata com dois grupos: apenas uma válvula (Nv = Ng - 1)

Caso 2 - Para a aplicação do método cascata em circuitos mais de dois grupos, cada válvula de comando inferior é ligada à tomada de pressão da superior pela sua via utilização de 4. Cada via de utilização 2 de cada válvula inferior deverá ser ligada à pilotagem da válvula superior e ao grupo consecutivo, conforme a figura 2.25.

Figura 2.25. Circuitos pneumáticos de comutação cascata com cinco grupos

6 - Interligar, apropriadamente, às linhas de pressão os elementos de sinal que realizam a comutação de posição das válvulas de comando dos diversos atuadores e das válvulas inversoras das linhas de pressão. A figura 2.26 apresenta o circuito completo para o exemplo dado.


30

4 2

1 3

1

2

4 2

1 3

1

2

3

4 2

1 3

P 1

P 2

P 3

4

4 2

1 3

P 4

5

4 2

1 3

P 5

Figura 2.26. Circuito pneumático final em cascata

A resolução do mesmo problema e de outros com seqüência indireta pode ser realizada por outro método sistemático, denominado método passo a passo. Neste método há a individualidade dos passos do diagrama, onde cada movimento individual ou simultâneo ocorre baseado no comando de uma saída, a qual foi habilitada no passo anterior pelo respectivo sensor de fim de curso. Este método parte da divisão da seqüência dos movimentos em grupos de movimentos individuais:

A + | B + | B - | A - I II III IV (Grupos I a IV)

Cada passo será comandado nesta técnica por uma válvula 3/2 vias duplo piloto pneumático. O número

de válvulas de comando é igual ao número de passos. As válvulas de comando apresentam três funções básicas:

- Despressurizar o passo de comando anterior;- Pressurizar a válvula que será acionada a fim de efetuar a mudança para o próximo passo;- Efetuar o comando da válvula de trabalho, dando a origem ao movimento do passo a ser executado.A disposição das válvulas de comando e suas ligações são efetuadas segundo a figura 2.27, para um

circuito de 5 passos:


31

4 2

1 3

1

2

4 2

1 3

4 2

1 3

A B

1.0 2.0

1.1 2.1

2 .2 1 .2

I I2 .3 1 .3

I I

13

2

2

1 3

2

1 3

1.2

Partida

2

1 3

2.2

2

1 3

2.3

13

2

2

1 3

1.3

0.1

0.2

0.3

Cascata: A+ B+ / B- A-

2

1 3

2

1 3

2

1 3

2

1 32

1 3

1

2

3

4

5

Figura 2.27. Circuito pneumático de comutação passo a passo com cinco grupos

A última etapa do método é a conexão dos pilotos das válvulas direcionais ligadas aos elementos de trabalho aos grupos correspondentes, conforme a figura 2.28.


32

Figura 2.28. Circuito pneumático completo passo a passo

Exercícios

2.1.Comandar um Cilindro de Simples Ação Utilizando uma Válvula Simples Piloto (Comando Indireto).2.2.Comandar um Cilindro de Simples Ação Utilizando uma Válvula Duplo Piloto.2.3.Comandar um Cilindro de Simples Ação de Dois Pontos Diferentes e Independentes (Utilizar

Elemento OU).2.4.Comandar um Cilindro de Simples Ação Através de Acionamento Simultâneo de Duas Válvulas

Acionadas por Botão (Comando Bimanual, Utilizar Elemento E).2.5.Comando Bimanual com Duas Válvulas 3/2 vias Botão Mola em Série.2.6.Comando Direto de um Cilindro de Dupla Ação, sem Possibilidade de Parada em seu Curso.2.7.Comandar um Cilindro de Dupla Ação com Paradas Intermediárias.2.8.Comando Indireto de um Cilindro de Dupla Ação, Utilizando uma Válvula Simples Piloto.2.9.Comando Indireto de um Cilindro de Dupla Ação, Utilizando uma Válvula Duplo Piloto e com

Controle de Velocidade do Cilindro.2.10. Comando de um Cilindro de Dupla Ação com Avanço Lento e Retorno Acelerado.2.11. Avanço com Retorno Automático de um Cilindro de Dupla Ação, com Controle de Velocidade

para Avanço e Retorno (Ciclo Único).2.12. Comando de um Cilindro de Dupla Ação com Ciclo Único, Controle de Velocidade e

Emergência com Retorno Imediato do Cilindro.


33

2

1 3

2

1 3

2

1 3

2

1 3

1

2

3

4

2

1 3

2

1 3

2

1 3

2

1 3

4 2

1 3

4 2

1 3

A B

1.0 2.0

1.1 2.1

2 .2

I I2 .3 1 .3

I I

0.1

0.2

0.3

0.4

1.2

2.2

2.3

1.3

Passoa a passo: A+ B+ B- A-

2.13. Comando de um Cilindro de Dupla Ação, com Ciclo Contínuo Utilizando uma Válvula Botão Trava e Controle de Velocidade.

2.14. Comando de um Cilindro de Dupla Ação com Opção de Acionamento para Ciclo Único ou Ciclo Contínuo.

2.15. Comando de um Cilindro de Dupla Ação com Ciclo Único ou Ciclo Contínuo e Emergência com Retorno Imediato do Cilindro.

2.16. Comando de um Cilindro de Dupla Ação Através de Três Sinais Diferentes e Independentes com Confirmação de Posição Inicial.

2.17. Comando de um Cilindro de Dupla Ação com Controle de Velocidade, Ciclo Contínuo Utilizando Válvula Botão Trava. Retorno do Cilindro Através de Pressão Diferencial do Sistema.

2.18. Comando de um Cilindro de Dupla Ação, Avanço Acelerado, Retorno Lento, Ciclo Contínuo.2.19. Comando de um Cilindro de Dupla Ação, Controle de Velocidade, Ciclo Contínuo com um Botão

de Partida e um Botão de Parada.2.20. Projetar um Circuito em Ciclo Único, Ciclo Contínuo e Parada do Ciclo Contínuo para um

Cilindro de Dupla Ação.2.21. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A + B + A - B -, com Comando Bimanual para

Cilindros de Dupla Ação.2.22. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A + B + A - B -, Ciclo Contínuo, Emergência, com

Temporização para Início de Avanço do Cilindro B para Cilindros de Dupla Ação.2.23. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A + B + B - A -, Ciclo Contínuo, com Controle de

Velocidade para Cilindros de Dupla Ação.2.24. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A + B + B - A -, Ciclo Contínuo, com Controle de

Velocidade, Ciclo Único, Parada de Ciclo Contínuo para Cilindros de Dupla Ação.2.25. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A - B + (A + B -), com Comando Através de Bloco

Bimanual, e Emergência para Cilindros de Dupla Ação.2.26. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A + B + (C + B -) C - A -, Ciclo Contínuo,

Emergência, Parada de Ciclo Contínuo, Cilindro A de Simples Ação.2.27. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A + B + B - A -, Ciclo Contínuo, com Controle de

Velocidade, sem Utilização de Fim de Curso Gatilho para Cilindros de Dupla Ação.2.28. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A + (B + C -) B - (A - C +), Ciclo Contínuo, Cilindro

C de Simples Ação, Utilização de Fim de Curso Rolete Mola.2.29. Elaborar um Sistema com Forma Seqüencial A + B + B - A - B + B -, com Comando Bimanual

para Cilindros de Dupla Ação.


34

3. Acionamento e Circuitos Eletro-pneumáticos

Nas aplicações e circuitos desenvolvidos no capítulo anterior, a única forma de transmissão de sinais e de energia foi a pneumática. É possível, entretanto utilizar-se da energia e de circuitos elétricos em combinação com sistemas pneumáticos caso a energia elétrica possa ser empregada, visto que esta forma de energia é amplamente disponível na maioria das plantas industriais.

Para que seja possível a utilização de ambas as formas de energia em dada aplicação, caracterizando os circuitos mistos resultantes como Eletro-pneumáticos, é necessário o uso de componentes de entrada e de saída de sinais elétricos, além dos componentes pneumáticos em si. Este capítulo inicia, desta forma, pela especificação de alguns dos componentes elétricos empregados em sistemas eletro-pneumáticos.

BotoeirasAs botoeiras são chaves elétricas acionadas manualmente que apresentam, geralmente, um contato

aberto e outro fechado. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, as botoeiras são caracterizadas como pulsadoras ou com trava.

Botoeira PulsadoraNA

Botoeira PulsadoraNF

Figura 3.1. Simbologia de botoeiras do tipo pulsadoras

As botoeiras pulsadoras só acionam seus contatos frente a ação externa do operador. Tão logo o operador cesse o acionamento do botão, os contatos voltam à posição inicial. As botoeiras com trava mudam de estado frente a ação do operador, mas só retornam à posição anterior quando novamente acionadas.

Figura 3.2. Simbologia de botoeiras com trava

Um tipo especial de botoeira com trava, acionada por botão do tipo cogumelo geralmente vermelho, é muito usada como botão de emergência para o desligamento de circuitos elétricos em momentos críticos.

Chaves de Fim de CursoAs chaves fim de curso, assim como as botoeiras, são comutadores elétricos de entrada de sinais, só

que acionados mecanicamente. As chaves fim de curso são, geralmente, posicionadas no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas e equipamentos industriais, bem como das hastes de cilindros hidráulicos e ou pneumáticos.

O acionamento de uma chave fim de curso pode ser efetuado por meio de um rolete mecânico ou de um rolete escamoteável, ou gatilho. Chaves fim de curso acionadas por gatilho somente invertem seus contatos quando o rolete for atuado em um dos sentidos: da esquerda para a direita, por exemplo. No sentido contrário,


35

uma articulação mecânica faz com que a haste do mecanismo dobre, sem acionar os contatos comutadores da chave fim de curso.

?

Chave de Fim de Curso NA

?

Chave de Fim de Curso NF

Figura 3.3. Simbologia de chaves de fim de curso com acionamento por rolete mecânico

Sensores de ProximidadeOs sensores de proximidade, assim como as chaves fim de curso, são elementos emissores de sinais

elétricos, os quais são posicionados no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas e equipamentos industriais, bem como das hastes de cilindros hidráulicos e/ou pneumáticos. O acionamento dos sensores, entretanto, não depende de contato físico com as partes móveis dos equipamentos, basta apenas que estas partes aproximem-se dos sensores a uma distância que varia de acordo com o tipo de sensor utilizado. Os mais empregados na automação de máquinas e equipamentos industriais são os sensores capacitivos, indutivos, ópticos, magnéticos e ultra-sônicos, além dos sensores de pressão, volume e temperatura, muito utilizados na indústria de processos. Estes sensores possuem dois cabos de alimentação elétrica, sendo um positivo e outro negativo, e um cabo de saída de sinal.

? ?Sesor de Proximidade NA

Sensor de Proximidade NF

Figura 3.4. Simbologia genérica para sensores de proximidade

Sensores de Proximidade IndutivosOs sensores de proximidade indutivos são capazes de detectar apenas materiais metálicos, a uma

distância que oscila de 0 a 2 mm, dependendo também do tamanho do material a ser detectado e das características do sensor.

Figura 3.5. Simbologia de sensores de proximidade do tipo indutivo

Sensores de Proximidade CapacitivosOs sensores de proximidade capacitivos registram a presença de qualquer tipo de material. A distância

de detecção varia de 0 a 20 mm, dependendo da massa do material a ser detectado e das características do sensor.


36

Figura 3.6. Simbologia de sensores de proximidade do tipo capacitivo

Sensores de Proximidade ÓticosOs sensores de proximidade ópticos detectam a aproximação de qualquer tipo de objeto, desde que

este não seja transparente. A distância de detecção varia de 0 a 100 mm, dependendo da luminosidade do ambiente. Normalmente, os sensores ópticos são construídos em dois corpos distintos, sendo um emissor de luz e outro receptor. Quando um objeto se coloca entre os dois, interrompendo a propagação da luz entre eles, um sinal de saída é então enviado ao circuito elétrico de comando.

Outro tipo de sensor de proximidade óptico, muito usado na automação industrial, é o do tipo reflexivo no qual emissor e receptor de luz são montados num único corpo, o que reduz espaço e facilita sua montagem entre as partes móveis dos equipamentos industriais.

Figura 3.7. Simbologia de sensores de proximidade do tipo ótico

Sensores de Proximidade MagnéticosOs sensores de proximidade magnéticos detectam apenas a presença de materiais metálicos e

magnéticos, como no caso dos imãs permanentes. São utilizados com maior freqüência em máquinas e equipamentos pneumáticos e são montados diretamente sobre as camisas dos cilindros dotados de êmbolos magnéticos. Toda vez que o êmbolo magnético de um cilindro se movimenta, ao passar pela região da camisa onde externamente está posicionado um sensor magnético, este é sensibilizado e emite um sinal ao circuito elétrico de comando.

Figura 3.8. Simbologia de sensores de proximidade do tipo magnético

Sensores Binários de sensíveis a outras variáveis

Os pressostatos, também conhecidos como chaves de pressão, são chaves elétricas acionadas por um piloto hidráulico ou pneumático. Os pressostatos são montados em linhas de pressão hidráulica e/ou pneumática e registram tanto o acréscimo como a queda de pressão nessas linhas, invertendo seus contatos toda vez em que a pressão do óleo ou do ar comprimido ultrapassar o valor ajustado na mola de reposição.

??

??

Chave de Pressão(Pressostato)


37

Figura 3.9. Simbologia de chaves de pressão

Com o mesmo princípio de operação, existem sensores binários para temperatura, as chaves de temperatura ou termostatos, para nível (chaves de nível) e para vazão (chaves de vazão).

??

??

Chave de Temperatura(Termostato)

Figura 3.10. Simbologia de chaves de temperatura

? ?

? ?

Chave de Nível

Figura 3.11. Simbologia de chaves de nível

Reles AuxiliaresOs relés auxiliares são chaves elétricas de quatro ou mais contatos, acionadas por bobinas

eletromagnéticas operadas por diferentes possíveis níveis de tensão, mais freqüentemente se utilizam bobinas operadas a 24Vcc, mas também existem bobinas para tensão de trabalho de 230Vcc por exemplo. Os relés auxiliares possuem determinado número de contatos normalmente abertos (NA) e de contatos normalmente fechados (NF).

Bobina do Relé

Figura 3.12. Simbologia para a bobina de relés

? ? ? ?

Figura 3.13. Simbologia para um relé auxiliar com bobina, 2 contatos NA e 2 contatos NF

Os contatos auxiliares são referenciados por números com dois algarismos:- 1 e 2 (algarismo da direita - unidade): contato normalmente fechado- 3 e 4 (algarismo da direita - unidade): contato normalmente aberto- algarismos da esquerda (dezena): indicam o número de ordem de cada contato do dispositivoEx: 13/14, 43/44 (NA) e 21/22, 31/32 (NF).

Os contatos da bobina de comando são referenciados por designação alfa-numérica, com a letra em primeiro lugar (ex. A1, A2).

Relés Auxiliares de Contatos Comutadores


38

Enquanto nos relés auxiliares a utilização fica limitada ao número especificado de contatos NA e NF, no relé de contatos comutadores podem-se empregar as mesmas combinações ou ainda qualquer outra combinação desejada.

? ?

Figura 3.14. Simbologia para relé com contatos comutadores

Relés TemporizadoresPossuem um contato comutador acionado por uma bobina com retardo na energização ou na

desenergização.

Bobina com retardo de energização

Bobina com retardo de desenergização

Figura 3.15. Simbologia para bobinas de operação com retardo

Contatores de potênciaOs contatores de potência apresentam as mesmas de funcionamento dos relés auxiliares, sendo

dimensionados para suportar correntes elétricas mais elevadas, empregadas na energização de dispositivos elétricos nos contatos principais.

Os contatos de potência são referenciados por um só número, o lado superior dos contatos de números ímpares constitui a entrada (tetrapolar, tripolar ou bipolar) da alimentação, no lado inferior dos contatos pares conecta-se a saída de alimentação para a carga.

Figura 3.16. Simbologia para contatores de potência

Válvula SolenóideOs solenóides são bobinas eletromagnéticas que, quando energizadas, geram um campo magnético

capaz de atrair elementos com características ferrosas, comportando-se como um imã permanente. As válvulas ditas solenóides são válvulas de ação ON-OFF, ou aberta e fechada, acionadas por uma bobina solenóide. São empregadas para manobras em linhas (tubulações) de gases, vapores ou líquidos.

Válvula Solenóide

Figura 3.17. Simbologia para válvulas solenóides

Circuitos eletro-pneumáticos

Nesta classe de circuitos lógicos de acionamento representam-se tantos os elementos (componentes) pneumáticos quanto os elétricos. Da mesma forma como nos circuitos puramente pneumáticos, para os eletro-


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pneumáticos pode-se projetar segundo métodos intuitivos ou sistemáticos. A seguir são apresentados alguns circuitos eletro-pneumáticos projetados pelo método intuitivo.

Figura 3.18. Circuito eletro-pneumático para o acionamento manual de um cilindro pneumático de simples ação

No circuito eletro-pneumático apresentado na figura 3.18, representam-se os componentes pneumáticos devidamente interconectados acima do circuito elétrico.

Energizado por uma fonte de tensão contínua de 24V representada por duas barras horizontais identificadas, o elemento botoeira NA S1 do circuito elétrico energiza a bobina da válvula solenóide Y1. Esta válvula é o elo de ligação entre ambos os circuitos, é responsável no circuito pneumático pela a pilotagem da válvula direcional de simples piloto e retorno por mola que comanda o cilindro de simples ação.

Nesta configuração, ao pressionar-se S1, o atuador pneumático avança. Tão logo o operador deixe de pressionar S1, o cilindro retornará para a posição de repouso (recuo).


40

(a) (b)

Figura 3.19. Circuitos eletro-pneumático para o acionamento manual de cilindros pneumáticos de simples ação por dois botões em lógica “OU” (circuito a) e em lógica “E” (circuito b)

Nos circuitos apresentados na figura 3.19, a lógica de acionamento é configurada através dos componentes elétricos. Uma lógica de acionamento do tipo “S1 OU S2” é apresentada na figura 3.19 (a) e uma lógica de acionamento “S3 E S4” é apresentada em 3.19 (b).


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Figura 3.20. Circuito eletro-pneumático para o acionamento manual bidirecional de cilindro pneumático de dupla ação por dois botões com intertravamento

No circuito apresentado na figura 3.20, o cilindro pneumático é comandado por uma válvula direcional 5/2 com pilotagem por duplo solenóide. A solenóide Y1 responsável pelo avanço do cilindro é energizada por S1. Entretanto a energização de Y1 depende, além do acionamento de S1, do não acionamento de S2. Ou seja, se S2 estiver pressionado, então o circuito de acionamento de Y1 não pode ser fechado pois um contato S2 NF em série inibe o acionamento de Y1. A mesma restrição se configura para o acionamento de Y2 (retorno do cilindro) frente ao acionamento e S1.

Para este tipo de operação, diz-se que existe um intertravamento, ou seja, existem condições de operação que são indesejadas e, portanto, são inibidas por mecanismos dedicados.


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Figura 3.21. Circuito eletro-pneumático para o acionamento manual bidirecional de cilindro pneumático de dupla ação por dois botões pulsadores

No circuito apresentado na figura 3.21, quando pressionado S1, aciona-se o relé auxiliar K1 que por sua vez aciona a bobina solenóide Y1 de pilotagem da válvula pneumática direcional 5/2. A peculiaridade deste circuito é que, assim que o operador deixe de pressionar S1, Y1 continua energizado, pois o circuito elétrico em K1 permanece fechado pela linha 2 do circuito elétrico. Esta função recebe o nome de selo.

Para que o cilindro retorne, basta acionar o botão S2. Esta configuração é utilizada quando o acionamento do cilindro é efetuado por dois botões pulsadores S1 e S2 com as respectivas funções de AVANÇO e RETORNO.

Abaixo da linha 1 do circuito elétrico, existe um símbolo responsável por indicar em quais linhas do circuito existem contatos NF e NA do relé auxiliar cuja bobina é acionada na linha em questão (1). No caso apresentado, existem contatos K1 NA nas linhas 2 e 3 e nenhum contato NF de K1.


43

Figura 3.22. Circuito eletro-pneumático para o acionamento temporizado de cilindro pneumático de dupla ação e função de segurança

No circuito apresentado na figura 3.22, o avanço do cilindro é iniciado pelo acionamento do botão S1 na linha 1. Ao atingir o fim de seu curso, o sensor de proximidade capacitivo S2 ativa a bobina com retardo de energização K1 desde que S1 já não mais esteja pressionado. Após 5 segundos o contato K1 na linha 4 se fecha e o cilindro retorna pela pilotagem de Y2.

As linhas 6 e 7 realizam a função de segurança. Quando o operador pressiona S3, a energização selada de K2 provoca o retorno imediato do cilindro pela linha 5 e a inibição do botão de início de ciclo S1 na linha 1. A desativação do retorno automático por S3 é dada pelo acionamento de S4.


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Figura 3.23. Circuito eletro-pneumático para o acionamento temporizado de cilindro pneumático de dupla ação e função de segurança

No circuito apresentado na figura 3.23, considerando-se o cilindro pneumático da esquerda como “A” e o cilindro da direita como “B”, então a seqüência de operação é A+ B+ A- B-. Deve-se notar que as linhas do circuito elétrico são energizadas em ordem crescente, ou seja, da linha 1 à linha 10 em função da ativação sucessiva das chaves de fim de curso.

Algumas regras são recomendadas para uma melhor representação do circuito de comando elétrico:- O barramento elétrico de +24Vcc deve sempre ser uma barra horizontal posicionada na parte superior

do circuito,- O barramento elétrico de 0V deve sempre ser uma barra horizontal posicionada na parte inferior do

circuito,- As chaves devem ser posicionadas acima das bobinas de relés, - As bobinas de relés devem ser posicionados imediatamente acima do barramento de 0V,- Não é possível a conexão de bobinas de relés em série, pois a tensão disponível para cada não seria

a tensão de 24Vcc do barramento de alimentação,- Todos os elementos de uma conexão vertical devem ser desenhados alinhadamente,- A distância entre conexões verticais deve ser mantida e de um valor adequado.- Para uma melhor organização do circuito, salvo exceções como os circuitos com mecanismos de

parada forçada, em operação normal as linhas devem ser energizadas sucessivamente em ordem crescente,


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como no circuito da figura 3.23.

Método Cascata para o projeto de Circuitos Eletro-pneumáticos

O projeto de circuitos eletro-pneumáticos pelo método cascata é semelhante ao projeto pelo mesmo método em circuitos pneumáticos puros. O procedimento inicia-se pela divisão da seqüência em grupos, utilizando-se a regra mencionada anteriormente.

O número e a disposição das linhas de alimentação para os grupos, bem como o número de válvulas para o chaveamento dos grupos é o mesmos. A configuração do circuito de chaveamento de grupos é apresentada a seguir.

? ?

K1 K1

II

I

Figura 3.24. Configuração de dois grupos chaveados por um relé

K1 K1

II

I

III

?

K2 K2

Figura 3.25. Configuração de três grupos chaveados por dois relés

O segundo passo do procedimento consiste em construir o circuito pneumático, utilizando-se válvulas direcionais de 5/2 vias com acionamento por duplo solenóide, e o circuito elétrico, aplicando o método cascata. Deve-se identificar qual elemento inicia o ciclo (botoeira, por exemplo) e quais elementos de fim de curso são responsáveis pelo chaveamento entre os setores. O exemplo ilustrado na figura 3.26 executa a seqüência de movimentos A+ B+ B- A-, comè4646tida pela botoeira S1 e divisão dos grupos como A+ B+ | B- A-.


46

Figura 3.26. Circuito em cascata para A+ B+ | B- A-

As linhas 1 e 2 realizam a comutação dos grupos “I” e “II”, com partida de “I” por S1 e comutação de “I” para “II” por S3. As linhas 3 e 4 executam o grupo “I” e as linhas 5 e 6 executam o grupo “II”.


47

Figura 3.27. Circuito em cascata para A+ B+ | A- | A+ B- | A-

Método Passo a Passo para o projeto de Circuitos Eletro-pneumáticos

Este método pode ser aplicado a qualquer circuito seqüencial, não importando se as válvulas direcionais de comando são de simples ou de duplo solenóide. Neste método, qualquer chave acionada acidentalmente ou propositadamente fora de sua seqüência de operação não interferirá na operação do circuito, é, portanto, um método seguro.

A divisão da seqüência em grupos é realizada como na aplicação pneumática pura, com cada grupo composto por um movimento ou por movimentos simultâneos. Os exemplos a seguir ilustrarão o método para uma aplicação com válvulas direcionais de duplo piloto solenóide (Fig. 3.28) e para válvulas de simples piloto solenóide com retorno por mola e movimentos simultâneos (Fig. 3.29).

Figura 3.28. Circuito passo a passo para A+ | A - | B+ | B-

Figura 3.29. Circuito passo a passo para A+ | C+ | B+ | (B- C-) | A-

Exercício

3.1.Resolver os exercícios 2.1 ao 2.29 com circuitos eletro-pneumáticos com exceção dos exercícios 2.18, 2.20, 2.22 e 2.24.

Acionamento de motores elétricos por lógica a relé

Da mesma forma como se acionam atuadores pneumáticos por circuitos lógicos à relé, é possível a construção de circuitos para o acionamento de outras classes de atuadores, tais como atuadores elétricos rotativos, os motores elétricos.

A simbologia utilizada para motores elétricos trifásicos de indução é apresentada a seguir. O motor pode possuir seis terminais com terra de proteção para ligações estrela e triângulo (fixa e variável), ou doze terminais e terra de proteção para ligações em estrela e triângulo em série ou paralelo.

(a) (b)

Figura 3.30. (a) Simbologia para motor elétrico de indução trifásico com três terminais e terra de proteção para ligação fixa em estrela ou triângulo e (b) simbologia para motor elétrico de indução trifásico com seis terminais e

terra de proteção

Disjuntores

Em circuitos para acionamento de motores elétricos, utilizam-se dispositivos de proteção, que têm como função proteger todos os elementos que constituem a instalação elétrica contra os diferentes tipos de incidentes como, por exemplo, a sobrecarga do circuito.

Se a corrente elétrica de serviço (IB) ultrapassar o valor máximo (Iz) permitido nos condutores diz-se que há sobrecarga no circuito. Por exemplo, muitos dispositivos ligados simultaneamente num mesmo circuito podem originar uma sobrecarga em que a corrente de serviço no circuito é superior à intensidade máxima permitida nos condutores (IB>Iz).

Para proteger os circuitos contra sobrecargas (ou curtos–circuitos) são usados disjuntores ou fusíveis que interrompem automaticamente a passagem da corrente no circuito, evitando o sobreaquecimento dos condutores e possíveis acidentes.

Um disjuntor é constituído por um relé, com um elemento de disparo (disparador) e um elemento de corte (interruptor), é dotado também de meios de extinção do arco elétrico (câmaras de extinção do arco elétrico). O disjuntor mais comum é o magneto-térmico, que possui um relé eletromagnético para a proteção contra curtos–circuitos e um relé térmico, constituído por uma lâmina bimetálica, para a proteção contra sobrecargas.

A simbologia para o elemento disjuntor tripolar é apresentada a seguir.

Figura 3.31. Simbologia para disjuntor tripolar

As características de um disjuntor são:

- Corrente estipulada (ou nominal): In, valor para o qual o disjuntor não atua. Ex.: 6 – 10 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125 A.

- Corrente convencional de não funcionamento: valor para o qual o disjuntor não deve funcionar durante o tempo convencional. Para correntes estipuladas do disjuntor ≤ 63A, o tempo convencional é de 1 hora, para correntes estipuladas > 63A o tempo convencional é de 2 horas.

- Corrente convencional de funcionamento: valor para o qual o disjuntor deve funcionar imediatamente.- Poder de corte: corrente máxima de curto-circuito que o disjuntor é capaz de interromper sem se

danificar. Os poderes de corte estipulados normalizados são: 1,5 – 3 – 4,5 – 6 – 10 KA.

Figura 3.32. Curva característica de disjuntores

De acordo com os fabricantes, tendo em conta as zonas da curva característica de funcionamento do disjuntor, podem definir-se os seguintes tipos de disjuntores:

- Tipo B: o seu limiar de disparo magnético é muito baixo (ideal para curtos–circuitos de valor reduzido), entre 3 e 5 vezes In.

- Tipo C: o seu limiar de disparo magnético permite-lhe ser de uso geral, entre 5 e 10 vezes In.- Tipo D: o seu limiar de disparo magnético alto permite utilizá-lo na proteção de circuitos com elevados

picos de corrente de partida, entre 10 e 14 vezes In.

Figura 3.33. Curva de disparo de disjuntores

Fusíveis

Os fusíveis são elementos que se destinam a proteção contra correntes de curto-circuito. Entende-se por esta última aquela provocada pela falha de montagem do sistema, o que leva a impedância em determinado ponto a um valor quase nulo, causando assim um acréscimo significativo no valor da corrente.

Sua atuação deve-se a fusão de um elemento pelo efeito Joule, provocado pela súbita elevação de corrente em determinado circuito. Tal fusão provoca a abertura do circuito. O elemento fusível tem seu ponto de fusão inferior ao ponto de fusão do cobre. Este último é o material mais utilizado em condutores de aplicação geral.

Figura 3.34. Fusíveis unipolar e tripolar

Características dos fusíveis:- Corrente nominal (In) é a intensidade de corrente que o fusível pode suportar permanentemente sem

fundir.- Corrente convencional de não funcionamento (Inf) é valor da corrente para o qual o fusível não deve

fundir durante o tempo convencional.- Corrente convencional de funcionamento (I2) é valor da corrente para o qual o fusível deve fundir-se

antes de terminar o tempo convencional- Poder de corte (Pdc) é a máxima corrente que o fusível é capaz de interromper, sem destruição do

invólucro do elemento fusível.- Tensão nominal (Un) é a tensão que serve de base ao dimensionamento do fusível, do ponto de vista

do isolamento elétrico.

Os fusíveis também são classificados como de ação lenta ou de ação rápida, em função de seu tempo de fusão em relação à condição de sobre corrente.

Figura 3.35. Curva intensidade - tempo de fusão: relaciona valores de corrente elétrica com o respectivo tempo que o fusível demora a fundir.

Partida direta de motores elétricos por lógica a relé

É o modo de partida caracterizada pela aplicação da tensão nominal da rede elétrica nos terminais de um motor elétrico quando o mesmo é acionado. Nesta situação, a corrente de partida eleva-se em torno de seis vezes a corrente nominal do motor. Os motores somente podem partir diretamente desde que sejam satisfeitas as seguintes condições:

- a corrente nominal da rede é tão elevada que a corrente de partida do motor não é relevante;- a corrente de partida do motor é de baixo valor devido sua baixa potência;- a partida do motor é realizada sem ou com mínima carga, o que reduz a corrente de partida.

O circuito para a partida direta de motores é apresentado a seguir.

Figura 3.35. Partida direta

Partida estrela-triângulo (Y/D) de motores elétricos por lógica a relé

Consiste na alimentação do motor com redução inicial de tensão nas bobinas durante a partida. Na partida, as bobinas do motor recebem em ligação estrela 58% (1/ ) da tensão em triângulo que deveriam receber. O circuito de comutação estrela-triângulo, portanto, liga as três fases do motor em estrela durante a

partida até uma rotação próxima da nominal, quando comuta a ligação para triângulo. Isto significa que a tensão por fase na ligação estrela será menor que a tensão de alimentação, conseqüentemente, a corrente de linha na partida será menor, assim como o seu conjugado.

É fundamental para este tipo de partida que o motor tenha possibilidade de ligação em dupla tensão, (220/380V, 380/660 V, 440/760V) e que a menor tensão coincida com a tensão de linha da rede e que o motor tenha no mínimo 6 terminais. Uma observação pertinente é a de que se o motor não atingir 90% da velocidade nominal no momento da troca de ligação, o pico de corrente na comutação será quase como se fosse uma partida direta.

Figura 3.36. Partida estrela-triângulo

Partida direta de motores elétricos por lógica a relé com reversão

Neste tipo de circuito, é possível a reversão na alimentação de duas fases do motor, o que provoca a mudança no sentido de rotação do mesmo. O circuito de comando e de potência para a partida direta com reversão é indicado a seguir.

Figura 3.37. Partida direta com reversão

4. Acionamentos via Lógica Programável

No final da década de 1960, a General Motors estava interessada na aplicação de computadores para a substituição de painéis de sequenciamento a relés para o controle de linhas de montagem de veículos. Como resposta a esta demanda, em 1969 duas empresas (Modicon e Allen Bradley) produziram controladores industriais de lógica programável para esta tarefa (CLPs).

O dispositivo com processamento eletrônico central foi projetado para ambientes industriais e conectado à planta industrial (equipamentos produtivos) via cartões de entrada (aquisição) e de saída (atuação) de dados alocados em racks. Os tipos de cartão eram essencialmente quatro:

- cartões de entradas digitais,- cartões de saídas digitais,- cartões de entradas analógicas,- cartões de saídas analógicas.

Cada cartão é montado com certo número de canais (entradas ou saídas), e pode ser empregado de forma a compor determinado número de E/S para a unidade de processamento de forma escalonável (“ampliável”).

Na unidade de processamento, portanto, são executadas as funções relativas à lógica de relés.

1-1IC1

IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

COM

1-1OC1

OUT0

OUT1

OUT2

OUT3

OUT4

OUT5

OUT6

OUT7

COM

?

?

Pro

cess

amen

to C

entr

al

Figura 4.1. Uma aplicação com controlador por lógica programável (CLP)

Tipos de Cartões de Entrada e de Saída

A tensão de operação de circuitos eletrônicos é de 5VDC geralmente, ao passo que a tensão de operação de dispositivos industriais (solenóides, contatores, chaves de fim de curso) pode ser de até 220VAC. Para que a junção destes dois níveis de tensão não cause danos à operação do circuito eletrônico de processamento central, bem como interferências, a alimentação do CLP é mantida separada da alimentação dos equipamentos da planta. Adicionalmente, todos os sinais elétricos externos ao CLP são isolados galvanicamente dos circuitos internos do controlador por meio de opto-acopladores nos cartões de entrada.

Sinal

Figura 4.2. Isolação ótica de sinais de entradas

Os circuitos típicos em cartões de entrada digital para sinais DC e AC em CLPs são apresentados a seguir.

OptoAcoplador

D2

Sinal da

Planta

Sinal da

Planta

Fusível

Planta

DC -

PlantaDC +

Para outrasEntradas

Interno

PLCVe +

Interno

PLCVe +

InternoPLCVe -

Para a

CP do CLP

Buffer

R

Figura 4.2. Cartão de Entrada DC

Sinal daPlantaSinal daPlanta

Fusível

PlantaAC L

Para outrasEntradas

InternoPLCVe +

InternoPLCVe -

Para a CP do CLP

?

R2

PlantaAC N

Indicação

OptoAcoplador

R1

C1

Figura 4.3. Cartão de Entrada AC

CO

M

IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

1-1IC1Ca rtã o d e En tra d a

Fim

de

Cu

rso

NA

Pre

ss

os

tato

Sto

p

Fim

de

Cu

rso

NA

Te

rmo

sta

to N

A

Co

nta

to N

A c

om

re

tard

o

Bo

tão

Se

ns

or

de

pro

xim

ida

de

NF

Figura 4.4. Representação de um cartão de entrada AC

Para cartões de saída de sinais, novamente é necessária a isolação dos sinais internos do circuito eletrônico do CLP em relação aos circuitos externos. Interferências podem ser um problema mais crítico nos cartões de saída, visto que é comum se controlar o fluxo de altas correntes por cargas indutivas (ex. bobinas).

Os cartões de saída são usualmente de dois tipos: com alimentação comum a um grupo de canais ou com alimentação independente e isolada por canal. Nas figuras a seguir, esta diferença é evidenciada para cartões com saídas chaveadas por relés.

Saída 1Planta (Neutro)

Planta (Fase)

Planta (Neutro)

Saída 2

Saída 3

Saída 8

Indicação luminosa

Proteção

EnergizaçãoSaída 1

EnergizaçãoSaída 8

Sin

ais

do

pro

ces

sam

ento

cen

tra

l

Figura 4.5. Representação de um cartão de saída a relés com alimentação comum

N1

L1

C1

~

Energização para saída 1 (do processador central)

N2

L2

C2

~

Energização para saída 2 (do processador central)

Indicaçao de saída (alimentada pelo PLC)

Figura 4.6. Representação de um cartão de saída a relés com alimentações separadas

Além dos cartões de saída a relés, existem os cartões de saída baseados em transistores, conforme apresentados a seguir.

corrente

Opto

Acoplador

CargaDC -

DC -

DC +

Indicaçãode saída

Transistor dechaveamento da carga

fusível

Energização interna ao PLC


Energização da saída

Figura 4.7. Representação de um cartão de saída a transistor para alimentação externa DC

Nota-se que o diodo em paralelo com a Indicação de saída na figura 4.7 tem a função de supressão de picos de corrente no chaveamento da energização da carga quando esta tem natureza indutiva. A figura a seguir representa o efeito da operação deste supressor de pico para a proteção do equipamento.

ON

OFF

ON

OFF

(a) (b)

Figura 4.8. Efeito do diodo de supressão de pico de corrente em (b) versus sem a aplicação do mesmo em (a)

Este tipo de proteção pode ser aplicado em qualquer carga indutiva, protegendo-se desta forma o circuito de chaveamento. Uma forma de realizar tal proteção é através da ligação de um diodo em paralelo com a carga indutiva, conforme a figura a seguir.

R

CEnergização interna ao PLC



OptoAcoplador

fusível

Planta L

Proteção

Planta N

Carga

Triac

Indicaçãode saída Planta N

Carga Indutiva

Figura 4.9. Diodo de supressão de pico ou arco em cargas indutivas

No diagrama da figura 4.7, o transistor utilizado é do tipo PNP, neste caso a saída é dita do tipo “current sourcing” ou o canal é dito positivo (P), pois a carga é conectada ao CLP pela sua conexão positiva (A1 para bobinas). Caso se utilize um transistor do tipo NPN, então a saída seria do tipo “current sinking” ou o canal é dito negativo (N), pois a carga é conectada com CLP pela sua conexão negativa (A2 para bobinas), conforme a figura a seguir.

Figura 4.10. Saída “current sinking”

De modo geral, as entradas quando conectadas a sensores com mecanismo de chaveamento de sinal baseados em transistores também devem ser compatíveis com o tipo do sensor, i.e., “current sourcing” ou “sinking”. A figura a seguir resume a configuração de ambos os modos de conexão.

Cartão deEntrada

Cartão deSaída

Planta DC +

Planta DC -

Dispositivode entrada

Dispositivode saída

Planta DC +

Planta DC -

Cartão deEntrada

Cartão deSaída

Planta DC +

Planta DC -

Dispositivode entrada

Dispositivode saída

Planta DC -

Planta DC +

“Sourcing”

“Sinking”

Figura 4.11. Configuração das conexões entre sensores e atuadores a cartões de entrada e de saída dos tipos “current sourcing” e “current sinking”

Cartões de saída a transistor para cargas AC utilizam Triacs, conforme a figura a seguir. Neste tipo de saída a denominação “source” ou “sinking” é irrelevante.

R

CEnergização interna ao PLC



Opto

Acoplador

fusível

Planta L

Proteção

Planta N

Carga

Triac

Indicaçãode saída Planta N

Carga Indutiva

Figura 4.12. Cartão de saída AC a Triac

Com este tipo de dispositivo, a corrente de saída é levada a zero somente quando a corrente na carga atinge o valor zero na onda senoidal, eliminando a interferência quando o chaveamento é realizado em uma carga indutiva. Este efeito é representado na figura a seguir.

Figura 4.13. Efeito da saída a Triac

Alimentação(Planta)

Sinal desaída

1

0

Sinal para a carga

A carga permanece energizadaaté que a corrente anular-se

Estrutura de Controladores Programáveis

Tipicamente, um CLP (ou PLC em inglês) possui alguns componentes ou unidades básicas integradas em um hardware resistente aos ambientes industriais, ou seja, imunes a temperaturas extremas, condições desfavoráveis de umidade e de poeiras, vibrações mecânicas e interferência eletromagnética:

- Unidade de processamento (CP ou CPU): contém o processador do CLP, interpreta os sinais externos e executa as rotinas de controle interno e o programa do usuário.

- Unidade fonte de energia: é alimentada externamente (24VDC ou 110/220VAC) e condiciona o sinal de alimentação para os módulos CP e para os circuitos de entrada e de saída.

- Dispositivo de programação: computador ou outro tipo de dispositivo eletrônico externo utilizado pelo usuário para a elaboração do código de controle e para sua gravação no CLP. Em geral oferece funções para o monitoramento e para a operação do CLP.

- Unidade de memória: utilizada para a gravação das rotinas internas do CLP (firmware), do programa do usuário e de todas as variáveis internas do controlador.

- Interfaces de Entrada e de Saída: possuem os circuitos de condicionamento de sinais externos, de forma a interligar o CLP aos sensores e atuadores. Estes cartões podem em alguns modelos de CLP serem adicionados em número variável, ou então são disponíveis em número fixo.

- Interface de comunicação: cartão de rede responsável por permitir a conexão do CLP com outros dispositivos de automação via uma rede digital de dados, principalmente com os sistemas de supervisão. As interfaces de comunicação seguem um protocolo específico de rede de chão de fábrica. A conexão típica de CLPs com sistemas de supervisão via redes digitais é apresentada na figura a seguir.

Figura 4.14. Conexão entre CLPs e sistema supervisório

A figura a seguir representa a arquitetura de módulos em um CLP.

SistemaSupervisório

CLP #1

Máquina/Planta

CLP #2

Máquina/Planta

redes de comunicação

Figura 4.15. O sistema de módulos do CLP

Os CLPs são dispositivos modulares geralmente de estrutura expansível. O mecanismo utilizado para permitir a expansão do CLP é o uso de bastidores ou racks com capacidade de conexão para um número determinado de módulos ou cartões (CP, fonte, E/S). Ao se esgotar a capacidade de um rack, expande-se este através da conexão de um novo rack ao mesmo CLP.

1 L + 2 L + 3 L + P e N L 1

1 M 2 M M L +

Figura 4.16. Exemplo de CLP compacto (não modular)

Dispositivo deProgramação

Memória deprogramase de dados

Interface decomunicação

ProcessadorInterfacede entradas

Interfacede saídas

Fonte de energia

2

3 3

Figura 4.17. Exemplo de CLP modular

Internamente, a CP controla todos os módulos do CLP de acordo com uma arquitetura típica de sistemas microprocessados, com acesso a memórias e a dispositivos periféricos de acordo com um clock de operação (alguns MHz). Este clock determina a velocidade de operação do CLP e provê a temporização e o sincronismo temporal entre os módulos do equipamento. As trocas de informações entre os elementos do CLP são realizada por meio de barramentos de dados, de endereços, de controle e de I/O, conforme a figura a seguir.

Figura 4.18. Arquitetura interna do CLP

Na arquitetura apresentada, nota-se que existem tipos diferentes de memórias para diferentes finalidades:

- ROM / EPROM de sistema: possui o sistema operacional do CLP, ao qual o usuário não tem acesso.- RAM com bateria ou FLASH de usuário: registra o programa de controle do usuário e variáveis

importantes do programa ditas não voláteis.- RAM de dados: memória de registro dos status e valores de todas as entradas e saídas do CLP, bem

como o registro de variáveis internas de diferentes tipos e de timers e contadores internos do CLP.

Programação e Operação de CLPs

Um programa de controle executado em um CLP pode ser considerado como em execução em um loop ou ciclo eterno, ou seja, o programa é executado ciclicamente até que o CLP saia do modo de execução. Dentro deste padrão cíclico de execução, existe uma seqüência de tarefas, dentre as quais a execução do programa em si, a leitura das variáveis de entrada e a atualização das variáveis de saída, conforme a figura a seguir:

Barramento de endereços

Barramento de dados

Barramento de controle

bate

riaRAM/

FLASHde

usuário

CPU

cloc

k

ROM/EPROM

desistema

RAMde

dados

Unidadede E/S

buffer latch

Interfacede drivers

Isolação(optos)

drivers

Canais deentrada

Canais desaída

Barramento de E/S

Figura 4.19. Modo de operação do CLP

Conseqüentemente, o CLP não se comunica constantemente com o a planta controlada, mas sim atualiza suas entradas e saídas periodicamente, em analogia à sucessivas “fotos” periódicas do processo. A ação representada no modo de operação do CLP é denominada “ciclo de scan” do CLP, e o período deste ciclo é chamado de tempo de scan, tipicamente da ordem de milissegundos.

Neste modelo, nota-se que o CLP não lê as entradas ou atualiza as saídas sempre quando necessário, ele realiza a leitura de todas as entradas antes da execução do programa, e somente atualiza as saídas após o término da execução do programa.

O processo de acesso do programa às entradas e às saídas físicas do CLP se dá por meio de uma região especial da memória RAM de dados denominada imagem das entradas e imagem das saídas, conforme a figura a seguir.

Leitura dasentradas

Execução doprograma

Atualização dassaídas

Rotinas internas

Tempo de ciclo(1 a 50ms, típico)

Figura 4.20. Imagem das entradas e das saídas em memória

Neste processo, em cada posição fixa de memória booleana (bit) mapeia-se um canal físico em um dos cartões de Entrada ou de saída do controlador, conforme a figura a seguir.

Programa

Imagemem memóriadas entradas

Imagemem memóriadas saídas

Memória internapara o usuário

(bits, números...)

Figura 4.21. Mapeamento das entradas e das saídas em memória

No mapeamento indicado, nota-se que no programa do CLP, cada operando recebe uma descrição, ou tag, que indica em qual posição de memória deve-se referenciar seu valor. A forma de representação do programa do usuário na figura anterior é chamada “Ladder”, tradução ao inglês para escada. Esta linguagem é a mais difundida e utilizada em CLPs e guarda muita semelhança com a programação a lógica de relés. Para se entender um diagrama (programa) ladder, considere um circuito elétrico simples, conforme a figura a seguir.

Figura 4.22. Duas formas de se representar um mesmo circuito elétrico

o - 00o - 01o - 02o - 03o - 04o - 05o - 06o - 07

1 0

1

MemóriaImagem

ENTRADAS

SAÍDAS

IN 00

IN 04

OUT 04

Cartão de Saída

o - 00o - 01o - 02o - 03o - 04o - 05o - 06o - 07

IN

Cartão de Entrada

OUT

ML1

L2

chave

motor

Fonte DC M

chaveL1 L2

motor

Na representação do circuito elétrico com duas barras de alimentação dispostas verticalmente, nota-se uma semelhança com uma escada, visto que a linha horizontal de energização do motor comandada pela chave pode ser comparada a um degrau da escada, que em um diagrama ladder é uma linha do programa. As barras verticais no ladder são as barras de energização dos circuitos, ou linhas.

Na representação de um diagrama ladder, certas convenções são adotadas:- As barras verticais são as barras de energização, a fluxo de potência flui da barra da esquerda para a

barra da direita através de uma linha horizontal.- Cada linha define uma operação no programa de controle.- Um diagrama ladder é avaliado da esquerda para a direita e de cima para baixo, conforme a figura a

seguir.

Figura 4.23. Avaliação do diagrama ladder

Todas as linhas do programa são avaliadas da esquerda para a direita e todas as linhas são avaliadas na direção descendente até a última linha, quando o programa termina. Quando o CLP está em modo de execução, o programa é avaliado uma vez a cada ciclo de scan.

- Cada linha deve ser iniciada com entrada(s) e deve ser finalizada com saída(s). Os termos entradas e saídas são utilizados no ladder para indicar contatos de uma chave e bobinas (operadores) ou outros dispositivos de saída conectados ao CLP.

- Os operadores do ladder (entradas e saídas) são indicados em seus estados normais, ou seja, fechados ou abertos.

- Determinado operador pode aparecer em um ou mais linhas do programa. Neste caso deve-se utilizar o mesmo rótulo (label) ou descrição para todas as localidades (instâncias) onde o operador é empregado.

- As entradas e saídas físicas são indicadas por seus endereços na área de imagem em memória. Cada fabricante de CLP adota uma notação distinta para o endereçamento de entradas e de saídas.

- Nenhuma linha do programa será avaliada ao menos que toas as suas entradas tenham sido avaliadas.

Barra esquerda (energizada) Barra da direita (terra)

energização

- A avaliação não será completa até que todas as saídas tenham sido definidas. Uma bobina só mudará de estado após todos os caminhos do ladder terem sido avaliados.

- A avaliação de um programa só estará concluída após a avaliação de todos os elementos (bobinas, blocos funcionais).

Para ilustrar o uso de diagramas ladder, considere as situações seguintes de energização de um dispositivo. Nestes diagramas apresenta-se a representação de contatos (entradas) e de bobinas (saídas) de tipo booleano.

Figura 4.24. Energização de uma saída por um contato normalmente aberto (NA)

Figura 4.25. Energização de uma saída por um contato normalmente fechado (NF)

A notação de endereçamento de entradas e de saída em função dos módulos e dos canais à quais estão mapeadas, conforme mencionado anteriormente, é definida pelo fabricante do CLP. A seguir apresentam-se algumas notações comuns.

Figura 4.26. Notações de endereçamento de entradas e de saídas

Combinações lógicas entre entradas são possíveis de serem programadas em ladder, assim como em lógicas a relés. Algumas funções lógicas são apresentadas a seguir para ilustrar as funções fundamentais.

entrada saída E

S

entrada saídaE

S

EntradaX400

SaídaY430

EntradaI0.0

SaídaQ2.0

EntradaI:001/01

SaídaO:010/01

EntradaI0,0

SaídaO0,0

Mitsubishi

Allen-Bradley Telemecanique

Siemens

Figura 4.27. Saída = A “AND” B

Figura 4.28. Saída = A “OR” B

Figura 4.29. Saída = “NOT” A

Figura 4.30. Saída = A “NAND” B

A SaídaB

A Saída

B

A Saída

B

A Saída

A Saída

Figura 4.31. Saída = A “NOR” B

Figura 4.32. Saída = A “XOR” B

Figura 4.33. Entrada com selo

Em casos onde uma linha aciona mais de um contato, deve conectar os contatos em paralelo, conforme a figura a seguir.

Figura 4.34. Saídas em paralelo

Conforme os exemplos apresentados, os contatos podem se normalmente abertos e normalmente fechados. Existem mais dois tipos de contatos disponíveis em lógicas ladder: os contatos sensíveis à bordas de subida e à bordas de descida. Este tipo de operando sensível a bordas de subida ou de descida também é aplicado a bobinas, conforme a ilustração a seguir.

A SaídaB

A Saída

A

B

B

A Saída

Saída

B

A Saída A

Saída B

Figura 4.35. Bobina sensível à borda de subida

Os elementos sensíveis à borda de subida têm seu valor em 1 durante um único ciclo de scan, quando seu fluxo de potência passa de 0 para 1. O diagrama apresentado é análogo ao seguinte diagrama.

Figura 4.36. Diagrama equivalente ao de bobina sensível à borda de subida

De forma análoga, as bobinas sensíveis às bordas de descida operam segundo a ilustração a seguir.

Figura 4.37. Diagrama equivalente ao de bobina sensível à borda de descida

Além de bobinas “P” e “N”, podem-se utilizar bobinas do tipo “SET” e “RESET”. Nestas bobinas, somente a energização ou a desenergização é possível em uma linha de programa, conforme a ilustração a seguir.

entrada saída E

SP

Um ciclo de scan (varredura)

Asaída

EA

A EA

entrada saídaE

SN

Um ciclo de scan (varredura)

Figura 4.37. Diagrama de operação de bobinas SET e RESET

Quando o estado de uma saída deve ser preservado em memória não volátil após a parada da execução de um programa para uma futura continuação da execução daquele programa, então pode-se armazenar a imagem correspondente em memória retentiva. Neste caso utilizam-se bobinas do tipo “M” (bobina retentiva), “SM” (bobina set retentiva) ou “RM” (bobina reset retentiva).

Blocos funcionais podem ser utilizados em diagramas ladder, desde que tenham entradas e saídas booleanas. As entradas podem se associadas nas linhas do ladder e as saídas podem comandar bobinas, conforme a figura a seguir.

Entradas que não são variáveis booleanas podem ser conectadas diretamente às entradas do bloco com tipo compatível. Alguns blocos têm entradas do tipo enable “EN” e saídas do tipo enable output “ENO”, que controlam se o bloco será ou não executado naquele ciclo de scan em função da energização na entrada “EN”, que é copiada adequadamente para a saída “ENO” pelo algoritmo do bloco.

Figura 4.38. Exemplo de utilização de bloco funcional com ladder

Botão_1 saídaBotão_1

S

Botão_2 saída

R

Botão_2

Saída

Inv_1

Inversorliga

desliga

sentido

MAN_AUTO

Liberação

Defeito

RPM

ligar

freq. Ajuste_Freq

Bot_Liga

Bot_Desliga

Sel_Auto

Sequencia

Fusível

150

Emergência%QX0

Figura 4.39. Exemplo de uso de “EN” e “ENO” em ladder

Exercícios

4.1. Sejam A, B e C eventos de um processo automatizado, em que a saída S é habilitada quando:

a) B ou C são verdadeiros e A é falso.b) B e A são falsos.c) Somente A é verdadeiro.

Esquematize uma tabela verdade, uma expressão booleana e o diagrama ladder correspondentes a cada caso.

4.2. Esquematize o diagrama ladder das seguintes expressões booleanas:

_ _ ____ S1 = (a + b) . c + (a . c) . c + b . c

___ ___ S2 = a .b + b. c

__ __ S = S1 . S2 + S1 + S2

_ _ ____ S1 = c + (a . c) . c + b . c

__ __ S = S1 . S2 + S1

4.3. Considere o sistema automatizado para carregamento de silos de um entreposto agropecuário, conforme descrito a seguir. Esquematize o diagrama elétrico da interligação dos sensores, atuadores, chaves liga/desliga e o controlador programável.

S1, S2 e S3: Silos.D1: Damper de descarregamento do silo S1.D2: Damper de desvio da caixa desviadora de 2 vias (permite a mudança do fluxo do material para S2 ou S3).m1 e m2: Motores das correias transportadoras.S1 mín, S2 mín e S3 mín: Detectores de nível mínimo de material dos silos.S2 máx e S3 máx: Detectores de nível máximo de material dos silos.CS1 e CS2: Chaves de fim-de-curso da caixa desviadora de 2 vias (indicam a posição da caixa).

Operação do sistema: os transportadores de correias são ligados e desligados automaticamente, funcionando corretamente. O damper D1 do primeiro silo S1 despeja o material no desviador até que o detector de nível máximo de silo que está sendo carregado entre em ação e o desligue. O damper do primeiro silo é ligado novamente pela atuação do detector de nível mínimo de um dos dois silos.

O detector de nível mínimo do silo vazio também liga o damper de desvio D2 da caixa, desviando o material adequadamente para esse respectivo silo.

Defina as variáveis de entrada e de saída no CLP e desenvolva o diagrama da fiação elétrica.

Teste

P

PT-500

PT-501

EN ENO

SUB

EN ENO

ABS

EN ENO

GT

10

OK

4.4. Que aspectos funcionais devem ser considerados na seleção de sensores de proximidade do tipo capacitivo e tipo indutivo?

4.5. Uma prensa industrial quando aberta apresenta um vão de 1m de largura por 1,2m de altura, por onde o operador insere continuamente peças para serem estampadas. Como garantir que a prensa não seja acionada enquanto as mãos do operador estiverem na área de prensagem? Explique as características do equipamento e do software (ladder e/ou lógica a relé) utilizado neste projeto.

4.6. Em um entreposto de produtos industrializados é necessário identificar 4 tipos de produtos que são colocados no centro de uma esteira transportadora com uma distância mínima entre eles de 50cm. Temos disponíveis 3 sensores capacitivos e 1 sensor indutivo. Determine as posições onde serão montados os três sensores (indicar no desenho) e a lógica para a identificação dos tipos de produto. Considere quatro variáveis de saída do CLP ou quatro relés para a sinalização dos quatro produtos.

Produtos Dimensões dos Produtos (cm)Cerveja em garrafa de vidro 15 (diâmetro) x 30 (h)Água em garrafa de plástico 15 (diâmetro) x 28 (h)Caixa de madeira c/ peças

de plástico15 x 15 x 15

Caixa de papelão com colher de pau

15 x 15 x 30

4.7. Esquematize o diagrama ladder correspondente às seguintes situações:

a)

m1 m2

S2 máx

S2 minS2 mín S3 mín

S1 mín

D2

D1

S3 máx

V1

V2

PEÇA

MORSA

SERRA

b) Um ventilador é ligado e desligado por qualquer um de três locais definidos. Em cada um destes locais existe um botão “Liga” normalmente aberto (NA) e um botão “Desliga” normalmente fechado (NF).

4.8. Um pistão V1 comanda uma morsa e um pistão V2 comanda a descida de uma serra. A serra não pode trabalhar (descer ou subir) sem que a morsa esteja fechada e a haste de V1 não pode se retrair sem que a haste de V2 esteja retraída.

a) Indique o diagrama trajeto-passo do sistema;b) Proponha um circuito pneumático para o sistema, utilizando os elementos abaixo na quantidade que

julgar necessária (cilindro de dupla ação, válvula direcional, chave de fim de curso e válvula com acionamento a botão para a partida do ciclo).

14

315

24

12

2

1 3

12

2

1 3

12

c) Proponha uma lógica ladder para comandar o mesmo sistema. Considere agora sinais elétricos para as chaves de fim de curso, para o botão de partida e para os pilotos das válvulas direcionais. Identifique e indique todos os sinais como entrada ou saída do CLP.

4.9. O que é o tempo de varredura de um CLP? De que ele depende?

4.10. Transporte de matéria-prima: Projete a automação de um sistema que se baseia em 3 esteiras transportadoras (acionadas por motores exclusivos), as quais dispõem caixas de tamanhos diferentes em locais diferentes, de acordo com a figura:

As caixas são colocadas por operários na esteira E1 e detectadas pelo sensor S1. Ao detectar as caixas, S1 aciona o motor M1 colocando E1 em funcionamento e, simultaneamente, inicia um temporizador que, ao término de 40s pára E1, desde que não haja outra caixa sobre ela.Ao chegar ao final de E1, as caixas são detectadas pelo sensor S2, que as classifica em grandes e pequenas; logo após, o dispositivo D1 as separa. As caixas grandes são colocadas no começo da esteira E3 e as pequenas, na E2. Estas esteiras operam por 30s e param, a não ser que haja outras peças para transportar.Para o projeto, detalhe:

Lista de variáveis de entrada e de saída Diagrama das variáveis de entrada e de saída Diagrama elétrico dos atuadores, sensores e clp Programa em linguagem ladder com blocos funcionais (especificar blocos funcionais através do

software Atos A1)

4.11. Estufa: Necessitamos desenvolver um programa de CLP para controlar o funcionamento de uma estufa para motores, sendo que a temperatura desejada será selecionada através de um potenciômetro entre 40oC e 180oC. O aquecimento será feito através de um grupo de resistências de 15KW, e um sistema de ventilação será responsável pela uniformização da temperatura no interior da estufa.

Especificação:

1. A estufa será ligada através de um botão de pulso NA e desligada através de um botão de pulso NF.

2. A partir de um pulso no botão “Liga”, será acionado o ventilador, que, através de um contato auxiliar, deverá afirmar ao CLP a sua ligação. Somente após a ligação do ventilador poderá ser acionado o conjunto de resistências

3. O ajuste de temperatura deverá ser realizado com a estufa desligada, após a ligação do sistema, não será possível regular a temperatura.

4. A medição da temperatura será feita através de um sistema analógico de 0 a 10Vcc, proporcional a uma temperatura de 0 a 200oC

5. A temperatura no interior da estufa admite uma variação máxima de 10oC, caso esta variação aumente, entrará em ação um alarme

6. Prever um sistema de alarme que entre em ação caso não seja atingida a temperatura necessária em até 10 minutos após a ligação, indicando defeito no sistema.

m1 m3

m2

E3E1

E2

S1 S2 S3

S4

D1

Obs.: Prever as interligações de E/S conforme o esquema,Especificar blocos funcionais através do software Atos A1.

4.12. Criar um programa em Ladder e relacionar as variáveis de Entrada e Saída utilizadas para controlar a furadeira a seguir:

Com FC1 (I:3.0-0) acionado e um pulso no botão BL1 (I:3.0-4), deve-se ligar o motor de descida M1 (O:4.0-1) juntamente com o motor de giro M2 (O:4.0-2).

Quando o FC2 (I:3.0-1) for acionado deve-se desligar o motor M1, manter M2 ligado e ligar o motor de subida M3 (O:4.0-3).

Ao acionarmos o FC1, deve-se desligar os motores M2 e M3.

S032.0S032.1

0V

E000.0E000.1

0V

S032.6

S032.7

Cartão de EntradaDigital

Cartão de SaídaDigital

Alarme FaixaVariação

Alarme Iníciode Ciclo

+24Vcc

+

E001.0

E001.1

Cartão de EntradaAnalógica

Liga

Desliga

2 ~ 220Vac 60Hz

Ventilador Resistência

C1 C2

4.13. Dois sistemas de abastecimento de água são constituídos por duas torres (T1 e T2), cada uma com uma caixa d´água superior (CX1 e CX2), um reservatório no nível térreo (R1 e R2) e um poço artesiano único. Um motor M aciona uma bomba que tira água do poço para R1 e R2 através de válvulas V1 e V2 que desviam o fluxo para R1 e R2 quando abertas não simultaneamente. Dois motores M1 e M2 independentes recalcam água dos reservatórios para as caixas d´água. Considerando as caixas d´água e os reservatórios com sensores de nível mínimo e máximo, projete um sistema de automação baseado em um CLP programável via Ladder que procure manter cheias as caixas e os reservatórios, desligando o sistema quando não houver água no poço. Apresente a lista de Entradas e Saídas, o programa Ladder e o esquema elétrico.

4.14. Apresente um programa Ladder correspondente ao circuito apresentado.

4.15. Um equipamento manipulador composto por três atuadores pneumáticos de dupla ação C1, C2 e C3, responsáveis por movimentar peças em uma mesa sem arrastá-las. A posição inicial das peças é “A” e a posição final das peças é “B”. A distância entre “A” e “B” é igual ao curso de C1. C3 possui uma garra adequada às peças em questão. Cada atuador do manipulador é equipado com dois sensores de fim de curso: na posição de avanço e na de retorno.

LMNQ

RS

FC1

FC2

BL1M3

M1 M2

A B

C1 C2

peça

C3

a) Apresente o diagrama de trajeto-passo para o ciclo do manipulador, considere o ciclo com início na posição “A” e fim (do ciclo) na mesma posição de início.

b) Liste os elementos pneumáticos necessários e projete o acionamento puramente pneumático do manipulador considerando-se um botão para partida do ciclo. Utilize o método de projeto passo a passo com identificação numérica adequada dos elementos. Apresente o circuito projetado.

c) Descreva formalmente a operação do manipulador com base no circuito projetado do item b.

d) Liste os elementos necessários para o acionamento eletro-pneumático do manipulador considerando-se um botão (NA) para partida do ciclo e um botão de parada (NF) de emergência que interrompe o ciclo na posição onde este esteja.Utilize um CLP para controlar o manipulador. Utilize válvulas direcionais com duplo piloto solenóide e sensores de fim de curso elétricos. Apresente a tabela de variáveis de entrada e de saída do CLP e sua lógica ladder. Identifique as variáveis auxiliares utilizadas. Apresente o circuito eletro-pneumático

e) Descreva formalmente a operação da lógica ladder com base no item d.

4.16. Alarme de alta pressãoO circuito faz soar uma buzina e acender uma lâmpada piloto quando a pressão atingir um valor alto

perigoso. Depois que o alarme soa, o botão ACKN(conhecimento – NA) desliga a buzina e deixa a lâmpada acesa. Quando a pressão baixar para um valor seguro, a lâmpada se apaga.

4.17. Controle de bomba e duas lâmpadas piloto com chave de nívelA chave de nível opera o starter do motor da bomba. A bomba enche um tanque com água. Enquanto o

nível do tanque receptor estiver baixo, a chave liga o motor da bomba e acende a lâmpada R. Quando o nível atingir o nível máximo (tanque cheio), a chave desliga o motor e a lâmpada R e acende a lâmpada A. Se o motor se sobrecarregar, o motor é desligado, mas a lâmpada R contínua acesa.

4.18. Controle seqüencial de 3 motoresLigar três motores, isoladamente e um após o outro. A parada desliga todos os motores. Qualquer

sobrecarga desliga todos os motores.

4.19. Unidade de aquecimento de óleo Motor M1 opera uma bomba de alta pressão, que injeta óleo em um queimador. Motor M2 opera um soprador de indução que força o ar para o queimador, quando o óleo

estiver sendo queimado. Motor M3 opera um soprador de ar de circulação. Chave liga-desliga comanda o circuito

Termostato TS1 sente a temperatura do interior do ambiente Termostato TS2 sente a temperatura do trocador de calor. Quando a chave estiver ligada (ON) e a temperatura interna do ambiente for baixa, TS1 fecha e

parte os motores M1 e M2. Quando a temperatura do trocador de calor subir demais, TS2 fecha e parte M3. O soprador

circula o ar dentro do ambiente através do trocador e aumenta a temperatura dentro do ambiente.

Quando a temperatura do ambiente subir muito, TS1 abre e desliga o motor da bomba M1 e o motor do soprador de indução M2. O soprador de ar de circulação contínua operando até que o trocador de calor seja resfriado a uma temperatura baixa, quando TS2 abre.

5. Sequential Function Charts

Apesar da programação de CLPs ter sido realizada intuitivamente por muitos anos, existem algumas razões para a consideração de métodos formais quando se programa aplicações complexas:

- o crescimento da complexidade de sistemas automatizados requer a minimização do tempo de programação e, se possível, a possibilidade de reutilização de códigos para CLPs;

- em aplicações críticas relacionadas à sistemas de segurança, existe a necessidade de procedimentos de verificação e de validação das aplicações, ou seja, uma metodologia para se provar características estáticas e dinâmicas de programas de CLPs, tal como tempos de resposta.

A figura seguinte representa o processo de criação de um programa de controle para CLP. Sem o uso de técnicas formais, o processo seria limitado ao anel externo do diagrama. O programa é implementado diretamente da especificação informal do problema e validado informalmente com bases nestas especificações. Entende-se por especificação informal do problema a descrição do sistema automático em linguagem não formal (descrição do problema) e todo o conjunto de documentação técnica do sistema. A validação neste caso é possível posteriormente à implementação do projeto e quando se dispõe de uma equipe de testes, porém este é um processo lento e caro.

Figura 5.1. Processo de implementação de programas em CLPs

Como alternativa a esta metodologia de projeto, pode-se utilizar técnicas formais para a programação e a validação de programas em CLPs. Nesta metodologia, adicionam-se as etapas de formalização, especificação formal e implementação.

A formalização consiste da conversão da especificação informal em uma especificação formal, ou seja, que segue regras de representação e de comportamento. Esta etapa pode ter o auxílio de softwares nas nunca é automática, pois depende da interpretação do projetista.

A implementação depende da plataforma tecnológica que se utiliza (software e hardware do CLP), neste caso pode-se contar com ferramentas de geração de código automático.

De acordo com a norma internacional IEC 1131 que trata de programação de CLPs, existem atualmente cinco linguagens padronizadas: IL (lista de instruções), ST (texto estruturado), FBD (diagramas de blocos funcionais), SFC (sequential function charts) e LD (diagramas ladder). No capítulo anterior foram apresentadas as linguagens LD e FBD, neste capítulo será apresentada a linguagem SFC, derivada das Redes de Petri e do IEC 848 Grafcet, que mais se aproxima de uma especificação formal de alto nível adequada para projetos de maior complexidade baseados em CLPs.

Quando o projeto requer o processamento paralelo de duas ou mais tarefas em um controlador, ao contrario da programação direta em ladder (por exemplo), a técnica do Grafcet ou SFC torna-se mais adequada, pois baseia-se em diagramas gráficos de estrutura seqüencial.

Validação

RealizaçãoImplementaçãoFormalização Especificação formal

Especificação informal

Implementação direta

Atualmente o Grafcet é adotado por alguns fabricantes de CLP como linguagem direta de programação. Para CLPs que não possuem essa característica, o Grafcet pode ser traduzido para ladder ou para qualquer outra linguagem IEC 1131, tornando-se assim uma ferramenta para elaboração de comandos seqüenciais.

A sua filosofia consiste em partir da descrição informal das funções de automação a se projetar e decompô-las em passos e transições.

Nos passos e só neles são realizadas ações (por exemplo, ligar um contator de acionamento de um motor) ou eventualmente pode não se realizar qualquer ação (quando o controlador está em repouso). Em cada instante, numa dada seqüência só um passo está ativo.

Para haver a transição de um passo para outro é preciso que se verifique uma ou mais condições de transição. Por exemplo, para que um elevador em movimento do 2º para o 3º andar pare neste último, é preciso que um fim de curso indique a chegada da cabine a este andar.

Exemplo de representação de um SFC:

Figura 5.2. Exemplo de um SFC

Elementos de um Grafcet: passos, transições, arcos, ações e regras de evolução.

Elementos de um diagrama SFC ou Grafcet

Transição Passo (step) Ação Arco orientado

Arco: Um arco é representado por uma linha vertical.

Um arco é orientado de cima pra baixo (default)

No caso em que se projeta um arco orientado de baixo para a cima, o sentido deve ser

representado através uma seta

Uma seqüência é definida por uma série de passos, transições e passos ligados por arcos

orientados

home startN

Passo inicial

Passo 1

Passo 2

0

1

2

1ª Transição

2ª Transição

3ª Transição

Ações a realizar no passo 0



É possível realizar seqüências alternativas através de caminhos divergentes e convergentes. As

seqüências são executadas em mútua exclusão.

Regras de validação de seqüências alternativas:

1. As condições booleanas associadas a transições são estimadas da esquerda para direta.

2. Se uma ou mais transições tem condições TRUE, a precedência é garantida à transição

mais a esquerda

3. É possível modificar a regra de precedência, atribuindo uma prioridade cada transição.

4. É boa norma (hábito) associar à transições presentes em seqüências alternativas,

condições lógicas mutuamente exclusivas

Caminho divergente

Caminho convergente

Seqüência Simultâneas: é possível realizar seqüências simultâneas através de “Simultaneous

Sequence Divergence” e “Simultaneous Sequence Convergence”.

As seqüências simultâneas são consideradas todas em paralelo, pode-se por exemplo utilizar uma seqüência para o controle do processo e outra para realizar o monitoramento.

Em cada seqüência simultânea, somente um passo de cada vez pode ser ativado

A convergência de seqüências simultâneas acontece somente quando todos os últimos passos de cada seqüência forem ativados.

Regras de Programação de uma seqüência simultânea:

1. É necessário que a convergência de seqüências simultâneas possa ser atuada.

2. Todos os passos que se inserem em tal convergência devem poder ficar todos ativos

Exemplo de convergência de seqüências simultâneas errada:

Divergencia de seqüências simultâneas

Convergencia de seqüências simultâneas

Transição: Uma transição é representada por uma barra horizontal.

A cada transição é possível associar pelo menos um passo precedente e pelo menos um passo

seguinte (os passos precedentes e seguintes podem ser mais de um)

Para cada transição vem associada uma condição. As condições podem ser constituídas de:

1. Uma variável booleana (TRUE, FALSE)

2. Uma linha em linguagem ladder. Se a linha for ativada, a condição associada à

transação torna-se verdadeira.

3. Uma saída binária de qualquer FB. Se a saída é verdadeira então as condições

associadas à transição tornam-se verdadeiras.

4. Um nome de um programa. O programa deve ser definido separadamente e pode ser

escrito em uma das linguagens IEC 1131-3. O programa deve fornecer como saída um

valor booleano que deve ser associado ao nome do próprio programa.

A condição associada a uma transição é estimada SOMENTE quando todos os passos precedentes a

essa estiverem ativos;

Quando todos os passos precedentes a uma transição estiverem ativos e a condição associada à esta

é verdadeira, todos os passos precedentes desativam-se e os passos seguintes tornam-se ativos;

Se a uma transição está associada a um nome, este deve ser singular (ou único) em todo o programa;

Os nomes associados às transições são variáveis locais.

Exemplos de Transição:

Exemplo de diagramas errados:

Step1

Step2

start (TRUE, FALSE)

Step1

Step2

x y

z

Step1

Step2

AND

Programa "start" codificado em Ladder:

Passo (Step): Dois tipos de passo: Passo Normal e Passo Inicial (representado por caixa dupla)

Pode existir somente um Passo Inicial, que vai ser ativado em um cold-start

Cada passo tem associado um nome único em todo o programa

Os nomes associados aos passos são variáveis locais

Para cada passo é associado um estado: ativo ou não ativo. O estado é ativo quando a transição precedente ao passo é "liberada", isso significa também que a condição associada a esta transição tornou-se verdadeira.

Ações:

Nome Nome

Step1

Step2

start

x y

z

start

A cada passo é possível se associar uma ou mais ações que descrevem o que se fazer quando o

relativo passo é ativado

Cada ação é representada por um retângulo conectado ao passo

Qualificador: Este parâmetro especifica as modalidades de execução da ação. Pode assumir os valores: N, S, R, L, D, P, SD, DS, SL

Nome da ação: Este parâmetro é único em todo o programa. Ele corresponde ao nome do programa que realiza a ação. O programa pode ser escrito em qualquer uma das linguagens IEC 1131

Indicador da variável: Este parâmetro é opcional e permite indicar a variável que é modificada pela ação e, quando modificada, indica o fim da execução.

Uma mesma ação pode ser associada a mais de um passo.

É possível que a um passo não seja associada nenhuma ação. Nesse caso quando o Passo fica ativo, nada é executado, e se espera que o passo seja desativado pela liberação da transição de saída.

Observação: A norma IEC 1131-3 assume que qualquer ação associada a um passo vai ser executada ainda mais uma vez após a desativação do passo. Pode-se ou não adotar tal hipótese.Vantagem: permite o reset de eventuais parâmetros ou variáveis usados durante a execução da ação.

Qualificadores:

Qualificador 'N' Non stored

Qualificador

Nome da ação

Indicador da variável

Qualificador

Nome da ação

Indicador da variável

A ação "Action1" é executada continuamente enquanto o Step1 é ativo. Quando o Step1 é desativado, a ação é executada somente mais uma vez

Qualificador 'S', 'R', Set e Reset

A ação "Action1" começa a ser executada quando o Step1 ficar ativo. A ação é memorizada e continua a ser executada enquanto o passo StepN ficar ativo. Neste caso a ação "Action1" é executada somente mais vez. No caso em que uma ação não seja resetada através do qualificador 'R', esta será executada indefinidamente.

Qualificador 'P' pulse

Quando o Step1 é ativado, a ação Action1 é executada somente uma vez.

Nota: em algumas implementações do padrão, a execução depois da desativação do Step1 pode não ser prevista.

Action1NStep1Step1.X

Action1

T1T1

Action1SStep1Step1.X

T1

T1

Action1RStepN

StepN.X

Action1

TN

TN

Action1PStep1Step1.X

T1

T1

Action1

Qualificador 'L' Time Limited

A ação "Action1" começa a ser executada quando o Step1 fica ativo. A ação é executada em um determinado intervalo de tempo T (associado ao qualificador L). Ao fim de tal intervalo, a ação é terminada. Se o passo é desativado antes que do final do tempo T, então a ação "Action1" é terminada.

Quando a ação é terminada, em ambos os casos, essa é executada pela a última vez e somente uma vez.

Qualificador 'SL' stored and time limited

Action1LStep1Step1.X

T1

T1

Action1 T

Step1.X

T1

Action1

T

Qualificador 'D' time delayed

Action1SLStep1Step1.X

T1

StepN.X

Action1T

Step1.XAction1RStepN

TNStepN.X

Action1

Step1.X

StepN.X

Action1

T

T

A ação "Action1" começa a ser executada depois do intervalo temporal T (associado ao qualificador D) a partir do instante no qual o Step1 fica ativo. A ação é executada enquanto o Step1 não é desativado. Nesse caso a ação "Action1" é executada somente uma vez. Se o Step1 não permanece ativo por um tempo pelo menos igual a T, a ação nunca é executada.

Qualificador 'SD' stored and time delayed

Action1DStep1Step1.X

T1

T1

Action1T

Step1.X

T1

Action1

T

Quando o Step1 é ativo, a ação "Action1" é memorizada, mas não é executada até que o intervalo de duração T termine. A ação é executada enquanto não é resetada através do qualificador R. Se a ação "Action1" é chamada com o qualificador R antes que o intervalo T acaba-se, a ação não será executada.

Elementos Fundamentais de Controle através de SFC

“Bypass” ou salto de uma seqüência:

Action1SDStep1Step1.X

T1

StepN.X

Action1T

Step1.XAction1RStepN

TNStepN.X

Action1T

Step1.X

StepN.X

Action1T

Loop de uma sequencia

Rendezvous:

Exemplo 5.1. Controle de Acesso

O exemplo a seguir representa um SFC para controle de segurança de duas portas. Uma porta requer um código de acesso de dois dígitos, a segunda porta requer um código de três dígitos. A execução do sistema inicia-se no topo do diagrama, no passo inicial, quando o sistema é ligado. Existe uma ação associada ao passo inicial que trava a porta (Nota: na prática, em SFC se utiliza lógica ladder para acionamento de saídas e leitura de entradas, recurso não apresentado no diagrama).

Após a inicialização do diagrama, sua execução é dividida em dois processos e ambos os passos 1 e 6 são ativados. Quando uma condição lógica de digitação do código é satisfeita, a transição correspondente desativa o passo anterior e aciona o passo seguinte. Enquanto o passo 1 estiver ativo, duas transições podem ser disparadas. No caso da digitação correta do dígito, o passo 1 ficara inativo e o passo 2 ativo. Caso a digitação seja incorreta, então o a transição leva o sistema novamente para o passo 1. O passo 1 não tem nenhuma ação associada, portanto nada deve acontecer neste período. A lógica para ambas as portas deve se repetir após o final do ciclo de “combinação-abertura-atraso-travamento”.

Exemplo 5.2. Controle de Prensa

Um SFC para o controle de uma prensa de estampagem é apresentado a seguir. Note que o processo é composto por uma única seqüência, portanto poderia ser facilmente implementado diretamente em ladder.

O processo da prensa se inicia em um estado ocioso, quando um botão “automático” é pressionado, a alimentação da prensa e uma luz de indicação são ligados. Frente à detecção de uma peça, o movimento é iniciado até a sensibilização de um fim de curso, então a prensa tem o movimento de retorno acionado até um fim de curso superior ser acionado. Um botão de parada pode ser acionado somente durante o movimento de descida da prensa (note que este tipo de mecanismo de segurança pode ser ativo durante toda a operação). Quando o sistema é parado, deve-se pressionar um botão de reset antes de se iniciar novamente a operação automática. Após o passo 6, a prensa aguarda a não detecção da peça antes de aguardar por uma nova peça. Sem este mecanismo a prensa entraria em um ciclo interminável.

2

Início

1

3

4

1o dígito

1o dígitoerrado

OK

2o dígitoOK

3o dígitoOK

destrava#1

5 seg.atraso

5 trava#1

7

6

8 destrava#2

5 seg.atraso

9 trava#2

Trava portas

2o dígitoerrado

3o dígitoerrado

1o dígitoOK

2o dígitoOK

1o dígitoerrado

2o dígitoerrado

3 seg. atraso

= “1”

= “1”

Exercícios

5.1. Crie um SFC para uma estação de trabalho para 2 pessoas. A estação tem duas prensas que podem ser utilizadas ao mesmo tempo. Cada prensa tem um botão de ciclo que inicia o avanço. Um fim de curso inferior interrompe o avanço, e o cilindro retrai até o acionamento de um fim de curso superior. 5.2. Crie um SFC para o controle de um semáforo de trânsito. Devem-se considerar botões para a solicitação de travessia de pedestres em ambos os sentidos. Uma seqüência normal de operação deve ser: Sinal verde por 16 segundos, Amarelo por 4 segundos e Vermelho por 16 segundos. Se um dos botões de pedestres for acionado, uma luz de travessia de pedestre deve ser acesa por 10 segundos e o sinal verde estendido por 24 segundos.

5.3. Desenhe um SFC para o processo de estampagem onde o avanço e a retração são disparados por um botão de ciclo único.

5.4. Projete o controle de um portão automático de garagem:- existe um único botão na garagem e outro no controle remoto.- quando o botão é pressionado, o portão abre ou fecha.

1

2 alimentação on

3 avanço on

4 Avanço off

6 retração off

Luz off

Fixa peça off

retração on

Fixa peça on

luz on

avanço off

Botãoreset Botão

automático

Peça não detectada

Peça detectada

botãostop

1

FC inferior

FC superior

2

34

5

67

alimentaçaõ off

5

- se o botão é pressionado durante o movimento, o portão pára. Um Segundo acionamento do botão inicia o movimento no sentido contrário.- existem fins de curso nas duas extremidades do movimento do portão.- existe uma barreia ótica no curso do portão, que interrompe o fechamento e inicia a abertura quando o sinal ótico é bloqueado.- existe uma sinalização luminosa que se ativa por 1 minuto após a abertura ou o fechamento do portão.

Conversão de diagramas SFC em linguagem Ladder

Um diagrama SFC pode ser convertido diretamente em ladder de algumas formas distintas. O método aqui apresentado deve ser utilizado em seqüência à elaboração do diagrama SFC. O programa ladder começa com uma seção de inicialização de passos e transições para valores únicos. Em uma segunda seção da lógica ladder ativam-se as transições subseqüentes aos passos. Em uma terceira seção, caso determinada condição de transição seja satisfeita, então o próximo passo é ativado e o passo precedente, bem como a própria transição em questão, são desativados. Segue-se a lógica ladder com a codificação da ação associada a cada passo, com as ativações de saídas e lógicas locais em uma última seção.

A seguir, demonstra-se a codificação em ladder do exemplo 5.2. Controle de Prensa.

Nesta primeira seção do ladder, inicializam-se todas as variáveis relacionadas a passo e transições. Note que são seis passos e sete transições nomeados de forma única no programa. Deve-se sempre nomear passos e transições de forma única. Em geral os CLPs possuem uma variável de sistema que pode ser utilizada para a ativação das inicializações somente no primeiro ciclo de scan do programa. Caso o controlador não tenha este recurso, é necessária a utilização de uma lógica para realizar tal função.

Primeiro CicloS

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

passo 1 (passo inicial)

passo 2

passo 3

passo 4

passo 5

passo 6

transição 1

transição 2

transição 3

transição 4

transição 5

transição 6

transição 7

INICIALIZAÇÃO DEPASSOS E DETRANSIÇÕES

Na seção de habilitação das transições, deve-se reproduzir a estrutura do SFC em relação às seqüências passos-transições.

Na seção seguinte, cada transição deve ter sua condição de disparo avaliada e, caso a avaliação seja positiva, deve-se ativar os passos seguintes, desativar o passo anterior e desativar a própria transição em questão.

passo 1

S transição 1

passo 2

S transição 2

passo 3

S

S

transição 3

transição 4

passo 4

S transição 5

passo 5

S transição 7

HABILITAÇÃO DAS TRANSIÇÕES

passo 6

S transição 6

transição 1

AVALIAÇÃO DAS TRANSIÇÕES

Botão automático

transição 7 Botão reset

transição 2 Peça detectada

S

R

S

R

S

R

passo 2

transição 1

passo 1

transição 7

passo 3

transição 2

transição 3 FC inferior

S

R

passo 4

transição 3

Rtransição 4

transição 4 Botão stop

S

R

passo 5

transição 3

Rtransição 4

transição 5 FC superior

transição 6 Peça detectada

S

R

S

R

passo 6

transição 5

passo 2

transição 6

Rpasso 1

Rpasso 5

Rpasso 2

Rpasso 3

Rpasso 3

Rpasso 4

Rpasso 6

Por fim, executam-se as ações atribuídas a cada passo. Note que nesta seção do diagrama ladder o passo 1 não foi considerado por não ter nenhuma ação associada.

Alguns CLPs permitem a programação gráfica diretamente do SFC. Mesmo assim, códigos em ladder, lista de instruções, blocos funcionais ou texto estruturado devem ser programados para cada transição ou passo. Cada código então deve ser separado em um programa distinto nesta lógica.

Exercícios

5.5. a 5.9. Codifique em ladder os SFC´s projetados nos exercícios 5.1 a 5.4 e no exemplo 5.1 respectivamente.

EXECUÇÃO DAS AÇÕES EM CADA PASSO

passo 2

passo 3

S

S

S

S

alimentação

luz

avanço

fixa peça

passo 4

passo 5

S

R

R

R

retração

avanço

luz

avanço

Ralimentação

passo 6

R

R

retração

fixa peça

6. Diretrizes para a Apresentação de Projetos

Visando atingir um bom padrão de qualidade na apresentação de projetos de engenharia, o projetista deve adequar-se às normas vigentes em cada etapa do projeto e na correta apresentação de um trabalho conciso e formal. Portanto, neste capítulo serão expostas algumas das principais etapas necessárias a apresentação de um projeto de engenharia dentro da área da automação industrial.

Uma dúvida freqüente é: Como projetar e apresentar o projeto de maneira a garantir o resultado esperado?

A resposta a essa pergunta pode ser resumida por: Deve-se desenvolver um trabalho coerente, tecnicamente e economicamente viável e apresentável. Para isso é necessário que haja um bom detalhamento da solução proposta e qualidade na apresentação, de forma a superar os níveis exigidos pelos clientes finais.

Uma entrega formal deve, desta forma, ser composta por manual funcional do sistema, manual de operação, manual de manutenção e anexos referentes aos componentes e sistemas utilizados no projeto.

Cuidados requeridos na Apresentação

A apresentação formal inicia-se com a qualidade da organização do conjunto apresentado, e isso implica em:

Utilização correta da gramática, Formato de entrega, Limpeza e estética.

A utilização formal da gramática é quesito de extrema importância em projetos, é ela quem mostrará o perfil de concisão e eficiência de determinado profissional ou grupo. O corpo de texto de um projeto deve ser objetivo, claro, correto e coerente. Textos com erros de ortografia, concordância e escritos em primeira pessoa são tidos como sinal de imperícia no domínio lingüístico e levam o leitor à conclusão de que o autor do projeto não tem a real capacidade técnica de executar a tarefa em questão.

O formato da entrega é importante, podendo ser de basicamente duas formas, muitas vezes complementares, principalmente para transações internacionais. O projeto deve ser entregue em pastas (preferencialmente ficheiros ou pastas com travas de fácil remoção) para que se possam separar as partes do projeto para análises detalhadas.

A outra forma complementar de entrega é no formato digital, que deve ser realizada utilizando-se preferencialmente a extensão de arquivos *.pdf.

Entregas em papel com clips, grampeadas (sem pasta) ou em canudos (salvo casos especiais ou exigências particulares), são extremamente desaconselháveis, visto que denotam descuido.

A seguir seguem alguns exemplos de pastas ideais para a entrega:

Listam-se a seguir as partes integrantes do corpo de texto do projeto:

Índice Introdução Segurança Especificações técnicas Descrição do projeto

Operação do projeto Manutenção Anexos

O índice deve indicar todos os itens listados acima, com a indicação do número da página e de qual volume o referido item se encontra (para projetos extensos entregues em diversos volumes). A indicação de itens e subitens deve ser de forma numérica.

A introdução deve conter uma descrição dos objetivos do conjunto apresentado, instruções sobre a quem se destinam o texto e quais os requisitos necessários à leitura do material.

O item segurança deve conter as considerações gerais de segurança no manejo do projeto, na operação e manutenção, indicando quando necessário as normas de segurança adotadas.

As especificações técnicas devem conter as principais especificações do produto e de sua utilização, bem como um memorial de cálculos para as especificações apresentadas.

Na descrição do projeto devem constar o memorial descritivo, o croqui mecânico do sistema, a indicação dos principais componentes (como sensores e atuadores) e as vistas necessárias ao entendimento do prático da aplicação (compostas pelos diedros normais e pela vista tridimensional da planta). Ao final da descrição do projeto deve-se apresentar o memorial de custos com a tabela de preços dos produtos componentes e o custo final da aplicação.

No item de operação do projeto apresentam-se os dados descritivos da operação do sistema, além de detalhes do software como telas de visualização, funções e lógicas utilizadas, fluxogramas, diagramas de trajeto passo e de tempos de operação.

Na manutenção devem apresentar os diagramas técnicos que compõem o sistema, de acordo com as normas, ou seja, em folhas com margens, carimbo e adequadamente dobradas em formato A4 (mecânicos, pneumáticos, hidráulicos, elétricos, etc.), bem como as listas de peças sobressalentes e de componentes de reposição.

Aos itens anexos cabem os detalhes de componentes comerciais e de reposição como folhas de dados dos fabricantes.

Exemplos para a apresentação de croquis, diagramas técnicos e listas de componentes

A seguir, são apresentados os seguintes exemplos em seqüência:

1. Croqui mecânico2. Diagrama pneumático3. Diagrama elétrico de símbolos4. Diagrama elétrico de potência5. Diagrama elétrico de CLP (dispositivos)6. Diagrama elétrico de Cartões de Entrada7. Diagrama elétrico de Cartões de Saída8. Folha de Componentes

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