UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTO DE TECNOLOGIA - CT TÓPICOS AVANÇADOS EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

RELATÓRIO DO PROJETO DE AUTOMAÇÃO ELETROPNEUMÁTICA

ACADÊMICOS:

Lourenço Ferraz Campanher Miguel Alan Waldow Pablo Adrian Waldow

Tiago Piovesan Vendruscolo Tobias Giaretta

Santa Maria, Julho de 2008.

1. Introdução

Tendo como base a energia elétrica e a energia pneumática, a Automação

Eletropneumática é uma área muito importante na indústria, no ramo automotivo e nos

equipamentos hospitalares, onde entre outros, podemos ver a presença dos dipositivos

eletropneumáticos.

Neste trabalho iremos demonstrar a implementação de um sistema pneumático,

contendo um cilindro de dupla ação, uma garra e válvulas direcionais. Seu controle

será feito por um CLP WEG TP02 e pelo programa supervisor Elipse. A implementação

de cada parte será comentada detalhadamente no decorrer do trabalho.

2. Descrição dos componentes utilizados no projeto

2.1. Válvulas Direcionais

2.1.1. Definição

São elementos que influenciam no trajeto do fluxo de ar, principalmente nas

partidas, nas paradas e na direção do fluxo.

2.1.2. Simbologia

Para representar as válvulas direcionais nos esquemas, são utilizados símbolos.

Estes símbolos não dão idéia da construção interna da válvula mas, somente, da

função desempenhada por elas.

Para sua perfeita identificação, devemos saber identificar:

- Número de posição

- Número de vias

- Tipo de acionamento

- Tipo de retorno

2.1.3. Número de posições

É a quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode

executar ou permanecer sob ação de seu acionamento.

As válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo.

1 posição 2 posições

Obs.: O número de posições de uma válvula é definida pela quantidade de

retângulos existentes na sua simbologia. O número de retângulos representados na

simbologia é igual ao número de posições da válvula, representando a quantidade de

movimentos que executa através dos acionamentos.

2.1.4. Número de vias

É o numero de conexões de trabalho que a válvula possui (conexões de pressão,

trabalho e escape).

Direção do fluxo Passagem bloqueada

Escape não canalizado Escape canalizado

2.2. Cilindros pneumáticos

Os cilindros pneumáticos são dispositivos que transformam a energia potencial

do ar comprimido em energia cinética ou em prensores. Basicamente consistem em

um recipiente cilíndrico provido de um êmbolo ou pistão.

2.2.1. Tipos de cilindro

Simples ação, dupla ação, com haste passante, pistão duplo e outros.

Vista em corte de um cilindro pneumático:

2.3. Unidade de Preparação de Ar

Consiste de um filtro de ar, um regulador de pressão com manômetro e

lubrificador.

2.3.1. Filtro de ar

Tem por função reter as impurezas suspensas no fluxo de ar e em suprimir ainda

mais a umidade presente

2.3.2. Regulador de pressão

- Manter constante a pressão de trabalho (pressão secundária), independente

das flutuações da pressão na entrada (pressão primária) quando acima do valor

regulado. A pressão primária deve ser sempre superior a pressão secundária,

independentemente dos picos;

- Funcionar como válvula de segurança;

- Compensar automaticamente o volume de ar requerido pelos equipamentos

pneumáticos.

2.3.3. Manômetro

Instrumento utilizado para medir e indicar a intensidade de pressão do ar

comprimido, óleo etc.

2.3.4. Lubrificador

Utilizado para lubrificar as partes internas móveis dos componentes

pneumáticos, facilitando seus movimentos e diminuindo os efeitos desgastantes

provocados elas forças de atrito.

2.4. Garra Pneumática

Existentes nas versões simples ação “NF” (Normal Fechada), simples ação “NA”

(Normal Aberta) e dupla ação, podem ser do tipo básico ou haste passante. São ideais

para fixações de peças, transporte e manipulação.

Normalmente usada com outros elementos, como: atuadores rotativos, guías

lineares, cilindros, etc.

2.5. Compressor de ar

São máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar, admitido

nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão, exigida na execução dos

trabalhos realizados pelo ar comprimido.

2.5.1. Classificação

2.5.1.1. Deslocamento positivo

Baseia-se fundamentalmente na redução de volume, após admissão do ar na

atmosfera, seu volume é diminuído gradualmente processando-se a compressão.

2.5.1.2. Deslocamento dinâmico

A compressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em energia de

pressão, durante a passagem do ar através do compressor.

2.6. Sensor Magnético

Montados sobre o cilindro pneumático, identificam se o mesmo está aberto ou

fechado e enviam essas informações para as entradas do controlador lógico

programável.

O sensor utilizado foi de proximidade magnético, os

sensores de proximidade magnéticos, como o próprio nome

sugere, 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.

Abaixo temos uma figura ilustrando sua aplicação:

2.7. Controlador Lógico Programável (CLP)

Recebe as informações dos sensores em suas entradas e ativa suas saídas que

atuam nas válvulas direcionais fazendo com que o cilindro avance ou recue e com que

a garra abra ou feche.

2.8. Circuito Pneumático Implementado

Os circuitos eletropneumáticos são esquemas de comando e acionamento que

representam os componentes pneumáticos e elétricos empregados em máquinas e

equipamentos industriais, bem como a interação entre esses elementos para se

conseguir o funcionamento desejado e os movimentos exigidos do sistema mecânico.

Enquanto o circuito pneumático representa o acionamento das partes mecânicas, o

circuito elétrico representa a seqüência de comando dos componentes pneumáticos

para que as partes móveis da máquina ou equipamento apresentem os movimentos

finais desejados.

Apresentamos, a seguir, o circuito eletropneumático implementado:

X2 X3

3. Diagrama Ladder

3.1. Descrição do Funcionamento:

- X1 representa a chave geral, então como a chave é normalmente fechada, estando os

contatos do CLP abertos em X1, o mesmo estará habilitando as entradas e saídas,

caso contrário irá desabilitar tudo.

- X2 representa o sensor de início de curso, ou seja, quanto o cilindro estiver na

posição de recuo.

- X3 representa o sensor de fim de curso, ou seja, quando o cilindro estiver na posição

de avanço.

- Y1 representa o atuador da válvula 5/3 onde sua função é habilitar o ar para o cilindro

avançar.

- Y2 representa o atuador da válvula 5/3 onde sua função é habilitar o ar para o cilindro

recuar.

- Y3 representa o atuador da válvula que habilita o fechamento da garra (quando Y3

está acionado, a garra fecha, caso contrário a garra fica na posição aberto).

A posição inicial do sistema é o cilindro recuado e com a garra aberta, para tal

lógica, a entrada X2 estará fechada, pois o cilindro recuando estará fechando o

contado do sensor de início de curso X2.

X2 estando atuado, começara contar um tempo determinado pelo Timer V0001,

a função deste timer é deixar a garra aberta por um certo tempo até que o objeto que a

mesma estiver segurando se solte antes de a garra avançar novamente, porque caso

contrário o cilindro recuando e abrindo, e avançando novamente sem ter esse tempo

de garra aberta poderia fazer com que a garra avançasse muito rapidamente não

dando o devido tempo para o objeto soltar-se.

Após o fim do Timer V0001, então é ativado o atuador Y1, que fará com que o

cilindro avance.

Podemos notar que a lógica foi feita de tal forma que Y1 (cilindro avançando)

continuará acionado, mesmo que o sensor de início de curso X2 estiver aberto.

O cilindro então chegando do seu fim de curso (cilindro avançado), irá fechar o

sensor X3.

Com X3 fechado, então atua Y3 que tem a função de fechar a garra.

Y3 atuando, começara contar um tempo determinado pelo Timer V0002, a

função deste timer é deixar a garra fechada por um certo tempo até que a mesma

segure completamente o objeto, porque caso contrário não daria tempo da garra fechar

e o cilindro estaria recuando. Após o fim do Timer V0002, então é ativado o atuador Y2,

que fará com que o cilindro recue.

Podemos notar que a lógica foi feita de tal forma que Y2 (cilindro recuando) e Y3

(garra fechada) continuarão acionados, mesmo que o sensor de fim de curso X3 estiver

aberto.

Chegando no início do curso, cilindro recuado, irá desacionar o atuador Y3,

abrindo a garra para soltar o objeto, desatuando também Y2 (recuo do cilindro).

A partir daí o sistema entra em loop, fazendo o mesmo processo descrito acima

até que seja ativado X1 (NF), interrompendo o processo.

Obs.: Por não possuirmos sensor para indicar o fechamento da garra, a mesma foi

ativada por período te tempo. Caso contrário o diagrama ladder contaria com um

sensor X4 indicando quando a mesma estaria fechada. Eliminando o uso dos timers.

4. Integração com o Software Elipse

4.1. Descrição e configuração do Driver usado no pr ojeto

As tag desligaCLP e ligaCLP já estão implementadas no driver, sendo

necessário apenas chamá-las no projeto, já as outras tag foram configuradas de acordo

com os parâmetros abaixo:

P1 Porta serial + bits de dados.

P2 Paridade + taxa de transmissão

P3 Stop-bits

P4 Timeout (em milissegundos)

Para definir o parâmetro P1 deve-se somar o valor da porta com ao valor dos

bits de dados.

O parâmetro P2 é definido somando-se o valor da taxa de transmissão ao valor

da paridade.

N1 Endereço do escravo + função

N2 Tempo de resposta

N3 Tipo de registrador

N4 Endereço do registrador

Os detalhes de cada parâmetro podem ser encontrados no manual do Driver

para Elipse WEG TP-02.

Clicando com o botão direito em cada tag e clicando no item “editar

associações”, aparece a imagem visto a seguir, neste caso, somente o item “value” foi

modificado, indicando que as tag desligaCLP e ligaCLP são de escrita no CLP, usando

a direção PC - CLP, enquanto as demais tag são de leitura no sentido CLP - PC.

4.1.1. Configurações e ajustes para comunicação Eli pse/CLP

No software de programação Ladder faremos a configuração do CLP, primeiro

vamos em system data e teremos a imagem abaixo:

Nesta tela configuramos os parâmetro WS041 e WS042 colocando os valores 1001

e 0001 respectivamente.

Após feita a gravação no CLP, precisamos pôr um jumper nos pinos 4 e 5, como

mostrado na figura abaixo, após isso é feita a ligação do CLP no PC novamente e o

sistema está pronto para ser iniciado.

4.2. Tela Inicial do Projeto

Após o driver ser devidamente configurado e a tela de apresentação criada,

obtivemos a imagem a seguir:

4.3. Descrição de funcionamento da aplicação passo a passo:

Acima temos a tela da aplicação com o CLP desligado e as legendas de cada “led”.

Passo1:

Passo 2:

Passo 3:

Passo4:

Passo 5:

Passo 6:

Passo 1: O CLP é ligado. Passo 2: O CLP reconhece o sinal do sensor

magnético indicando que o cilindro está totalmente recuado (X2), após 2 segundos é

acionada a solenóide (passo 3) que envia ar para o cilindro para fazer avançá-lo (Y1)

até que o sensor magnético (X3) indique que o cilindro está totalmente avançado

(passo 4), aguarda 2 segundos, a garra é fechada (passo 5) e é acionada a solenóide

fazendo o cilindro se totalmente recuado (passo 6) até ser acionado o sensor

magnético (Y1), reiniciando o processo.

5. Conclusão

Com a execução deste trabalho pudemos analisar de forma detalhada como

seria a implementação real do sistema apresentado. Este tipo de sistema é

amplamente utilizado em linhas de produção de boa parte das indústrias, com isso,

conhecer seu funcionamento é algo de suma importância.

6. Bibliografia

- http://www.ufsm.br/desp/geomar

- http://www.weg.net

- http://www.werk-schott.com.br/

- Manual do Software Elipse E3

- http://labinfo.cefetrs.edu.br/professores/basto/transparencia%20eletropneumatica.pdf

- http://www.sorocaba.unesp.br/professor/luizrosa/index_arquivos/ELETROPNEUMATIC

A_I.pdf

- http://unedserra-ehp.tripod.com/Aula04.pdf