apresentação h&p clp especialização 2014

Curso de Especialização em Automação Controle e Robótica

Por: Milton Bastos de Souza

Elementos de Automação

Módulo I: Hidráulica e Pneumática

Introdução

• Existem basicamente 3 tipos de fonte geradora: Elétrica, Mecânica e Fluídica(Hidráulica e Pneumática).– Mecânica é a mais antiga: Utiliza como elementos

de transferência a engrenagens, cames, polias, etc.– Elétrica é a mais moderna: Utiliza como elemento

de transferência de energia, os motores e pode ser transferida para grandes distâncias.

Introdução

• A energia fluídica apresenta-se como tecnologia de idade intermediária.

• Em 1795, um mecânico inglês, Joseph Bramah desenvolveu a primeira máquina hidráulica a base de água.

• Em 1850, Armstrong desenvolveu o primeiro guindaste hidráulico e o primeiro acumulador hidráulico.

• Em 1900, foi construída a primeira bomba de pistões axiais nos USA e substitui água por óleo.

Leis Básicas que regem um circuito Hidráulica e Pneumática

• Lei de Pascal

Pascal enunciou que a pressão exercida em um ponto qualquer de um fluido estático é a mesma em todas as direções, exercendo forças iguais em áreas iguais e sempre perpendiculares à superfície do recipiente

Prensa Hidráulica

Regida pela lei de Pascal e a lei de conservação da massa

Assim , a vazão(Q) pode ser dada por:

Equação de Continuidade de Bernoulli

Demonstração da Equação de Bernoulli

Comprovação experimental da equação de Bernoulli

Diagrama em blocos de um sistema Fluídico

COMPRESSORES

• Funcionamento dos Compressores Alternativos

COMPRESSORES

• Funcionamento dos Compressores Parafusos

COMPRESSORES

• Funcionamento dos Compressores Parafusos

Admissão Compressão Descarga

EngrenagensEngrenagens

. Consiste em duas rodas dentadas, trabalhando dentro de uma caixa com folgas muito pequenas em volta e do lado das rodas. Com o movimento das engrenagens o fluido, aprisionado nos vazios entre os dentes e a carcaça, é empurrado pelos dentes e forçado a sair pela tubulação de saída.

Bombas de Bombas de Engrenagem internas Engrenagem internas e Externase Externas

BombasBombas

Tecnologia PneumáticaPura

Tecnologia EletroPneumática

Circuito 10

Solução A

2

13

4

5

Y1

S4

+

-

Y2

2

13

4

5

Y3 Y4

S2S5

S3BA

S1

13

14

K2

11

12

Y1

S2

K1

K1

11

14

K3

11

12

Y3

S3

K2 Y2

K2

21

24

S1

21

22

S4

S5

11

12

K3

21

24

K1

21

22

K3 Y4

+

-

Tecnologia Pneutrônica

7-Válvula de controle de Pressão


Válvulas limitadoras de Pressão

Válvula de pressão normalmente fechada

Controlam a pressão máxima do sistema


Válvulas de contrabalanço

Válvula de pressão normalmente fechada

São utilizadas para equilibrar ou contrabalançar um peso


Válvulas redutoras de pressão

Válvula de pressão normalmente ABERTA

Fazem com que a força aplicada por um atuador seja menor que a de outro

8-Válvulas de controle direcional

Identificação de uma válvula de controle direcional

•Número de posições

•Número de vias

•Posição normal

•Tipo de acionamento


Número de posições

Cada quadrado representa uma das possíveis posições da válvula


Número de vias

O número de vias é o número de conexões úteis da válvula


Número de vias

Internamente aos quadrados temos as vias de passagem internas


Número de vias

O número de vias externas pode também ser determinado pelas vias internas

1 passagem → 2 vias

2 bloqueios → 2 vias

1 passagem e 1 bloqueio → 3 vias

2 passagens → 4 vias


Posição normal

É a posição em que se encontram os elementos internos quando a válvula não é acionada

EX: –Normalmente aberta–Normalmente fechada


Tipo de acionamento

Tipo de acionamento utilizado para mudar a posição da válvula

•Força muscular

•Mecânica

•Pneumática

•Hidráulica

•Elétrica


Válvula direcional de 2/2 vias

Consiste de duas passagens que são conectadas ou desconectadas.

Possui a função de liga-desliga


Válvula direcional de 3/2 vias•Via de pressão (P)•Via de tanque (T)•Via de utilização (A)


Diferença das válvulas 2/2 vias e 3/2 vias

Em uma válvula de 3/2 vias, a válvula inverte o fluxo da via de utilização para o tanque, esvaziando o atuador.


Válvulas normalmente abertas e normalmente fechadas

Válvulas de 2 e de 3 vias com retorno por mola podem tanto ser normalmente abertas (NA) ou normalmente fechadas (NF)


Válvula direcional de 4/2 vias

Causam reversão no movimento do atuador


Conversão de 4/2 para 3/2 vias

Normalmente não se encontram no mercado válvulas 3/2 vias. Nesse caso converte-se uma válvula 4/2 em uma 3/2 vias.

9-Válvulas de Retenção

Válvulas de Retenção operadas por piloto

Quando o piloto não é acionado, permitem a passagem em apenas um

sentido. Quando o piloto é acionado, é permitida a passagem em ambos os

sentidos.

9-Válvulas de Retenção

10-Válvulas Controladoras de Vazão

10-Válvulas Controladoras de Vazão

Válvulas de Controle de Vazão Variável com Retenção Integrada

Permitem a vazão livre em um dos sentidos e a vazão controlada no sentido inverso

12 – Atuadores Hidráulicos

Convertem a energia de trabalho em energia mecânica


Força do cilindroA força exercida pelo fluido no cilindro é proporcional à pressão do fluido. Para se

determinar a pressão necessária para uma certa força utiliza-se a equação:


Curso do CilindroÉ a distância máxima de deslocamento

proporcionada pelo cilindro.


Volume do CilindroÉ o volume de fluido deslocado para realizar um movimento completo do

cilindo. É calculado pela fórmula:


Velocidade da HasteA velocidade da haste de um cilindro é

determinada pela vazão com que o fluido entra no cilindro dividida pela área do

pistão.


Choque HidráulicoOcorre quando o pistão do cilindro encontra

um obstáculo (como o final de curso). A inércia do líquido do sistema é transformada

em choque ou batida, denominada de choque hidráulico.

Esse choque pode causar danos ao sistema.


AmortecimentoDiminui a velocidade do cilindro antes que esse chegue ao seu final de curso.

Os amortecimentos podem ser instalados em ambos os lados do cilindro.


Atuadores RotativosTransformam a energia do fluido em movimento

de rotação.

São utilizados para:

Manuseio de Material

Máquina Ferramenta

Maquinaria de Borracha e Plástico

Equipamento Móbil

Robótica

Empacotamento

Comutação de Válvula

Indústria Múltiplo-Processo

Marinha Comercial/Militar

Processamento de Alimento

Fabricação de Componentes Eletrônicos

Linhas de Transferência


Motores HidráulicosTrabalham no princípio inverso de uma Bomba

Hidráulica

Motor de palhetas Motor de engrenagens

Exercício Pneumática&Hidráulica

Exercício

VÁLVULAS REDUTORA DE PRESSÃO E SEQUÊNCIA

O CILINDRO A SE O CILINDRO A SE MOVIMENTA PRIMEIRO E MOVIMENTA PRIMEIRO E PRENDE A PEÇA COM PRENDE A PEÇA COM PRESSÃO MENOR DO PRESSÃO MENOR DO QUE A NOMINAL E O QUE A NOMINAL E O CILINDRO B TRABALHA A CILINDRO B TRABALHA A PEÇAPEÇA

CIRCUITO COM MOVIMENTAÇÃO SEQUENCIAL E CONTROLE DE

VELOCIDADE

Ocilindro A avança Ocilindro A avança prende uma peça com prende uma peça com uma pressão menor que uma pressão menor que a pressão do sistema, a pressão do sistema, logo em seguida o B logo em seguida o B avança efetuando o avança efetuando o trabalho na peça com a trabalho na peça com a velocidade controlada. velocidade controlada. Os dois retornam ao Os dois retornam ao mesmo tempo.mesmo tempo.

MUDANÇA DO SENTIDO DE GIRO E FRENAGEM REGENERATIVA

024V 0V

CIRCUITO 08

C1

Y1 Y2

V1

VL1

T1

FL-1

P1

S1Y1

Y2F1

F1F2

F2

024V 0V

CIRCUITO 09

C1

Y1 Y2

V1

VL1

T1

FL-1

P1

F1F2

Y2F1

S2

S1Y1

F2

Circuito - 01Comandar um Cilindro de Simples Ação (Comando Direto).

Circuito - 02Comandar um Cilindro de Simples Ação Utilizando uma Válvula Simples Piloto (Comando Indireto).

Circuito - 03Comandar um Cilindro de Simples Ação Utilizando uma Válvula Duplo Piloto.

Circuito - 04Comandar um Cilindro de Simples Ação de Dois Pontos Diferentes e Independentes (Utilizar Elemento OU).

Circuito - 05Comandar um Cilindro de Simples Ação Através de Acionamento Simultâneo de Duas Válvulas Acionadas por Botão (Comando Bimanual, Utilizar Elemento E).

Circuito - 06Comando Bimanual com Duas Válvulas 3/2 vias Botão Mola em Série.

Circuito - 07Comando Direto de um Cilindro de Dupla Ação, sem Possibilidade de Parada em seu Curso.

Circuito - 08Comandar um Cilindro de Dupla Ação com Paradas Intermediárias.

Circuito - 09Comando Indireto de um Cilindro de Dupla Ação, Utilizando uma Válvula Simples Piloto.

Formas Representativas dos Movimentos: Forma Algébrica

Formas Representativas dos Movimentos: Diagrama Trajeto-

Tempo

Formas Representativas dos Movimentos: Diagrama Trajeto-

Passos

Formas Representativas dos Movimentos: Diagrama de

Comando

Exercício: Desenvolver o Diagrama Trajeto-Passo do sistema de dobra

abaixo

Rotina Desenvolvida pelos Cilindros

Diagrama Funcional

Diagrama de Trajeto Passo

Metodologia Intuitiva para Obtenção de Sistemas de

Comando


Comando

Memorização nas válvulas direcionaisMemorização nas válvulas direcionais


Comando

Metodologia Intuitiva para Obtenção de Sistemas de Comando


Comando

Metodologia Cascata para Desenvolvimento de Projetos

Hidro-Pneumático

Metodologia Cascata para Desenvolvimento de Projetos Hidro-

Pneumático

3º pass3º passo: dividir ou classificar a o: dividir ou classificar a seqüência de movimentos em grupos.seqüência de movimentos em grupos.

O desligamento de sinal se processa após o O desligamento de sinal se processa após o último movimento do grupo e assim último movimento do grupo e assim sucessivamente para os demais grupos.sucessivamente para os demais grupos.

O número de grupos representa o número de O número de grupos representa o número de linhas auxiliares de corrente.linhas auxiliares de corrente.

Os sinais indesejáveis serão eliminados através Os sinais indesejáveis serão eliminados através de relês auxiliáres com autoretenção. de relês auxiliáres com autoretenção.

N reles = N linhas - 1N reles = N linhas - 1

• 4º passo: Desenhar o circuito pneumático, identificar e representar a posição das chaves fim de curso ou sensores e o acionamento das válvulas(solenóides). É o mesmo do 2º passo.

• 5º passo: Desenhar a parte elétrica, com o circuito de comando (reles comutadores de linhas) e o circuito principal, onde aparecerão as linhas auxiliares que são energizadas pelos contatos dos reles comutadores de linhas.

Projeto de Circuitos Pneumáticos

• Projete um circuito pneumático /hidráulico que execute a seguinte seqüências de ações:

• A+B+B-C+C-A-• Converta a seqüência para Pneutrônica.

Método da Maximização de Contatos

• Os movimentos baseia-se na divisão do movimento em Passos

• Assim, a seqüência A+B+B-C+C-A-, possui 6 passos, • Na maximização de contatos, cada relé tem 3 funções

específicas:

– promover sua auto-retenção

– habilitar o passo seguinte

– acionar a bobina solenóide permitindo assim a movimentação do atuador.

•

Exemplo

• Desenvolver um circuito de comando que execute a seguinte seqüência de movimentação dos cilindros:

• A+A-B+B-• Esta sequência possui um botão de Start

e outro de Stop

Método da Maximização de Contatos

Exercício Pneumática&Hidráulica

Determinar a Circuito de Comando que controla Determinar a Circuito de Comando que controla uma máquina de fazer uma peça com dupla uma máquina de fazer uma peça com dupla dobra. As revoluções que os cilindros devem dobra. As revoluções que os cilindros devem executar possui a seguinte seqüência:executar possui a seguinte seqüência:

A+B+B-B+B-B+ (Temporiza 10s) B-C+C-C+C-A+B+B-B+B-B+ (Temporiza 10s) B-C+C-C+C-C+ (Temporiza 10s) C-A-C+ (Temporiza 10s) C-A-

Botão Manual/AutomáticoBotão Manual/Automático

ResetReset

Botão ONBotão ON

Botão OFFBotão OFF

Botão de emergência(NF)Botão de emergência(NF)

Contador armazenará a quantidade de peças Contador armazenará a quantidade de peças produzidasproduzidas

Fazer a Montagem do circuito nas bancada Fazer a Montagem do circuito nas bancada

Exercício-Perdas

• Um circuito hidráulico apresenta atuadores que consomem 50 L/min de óleo quando alimentado com 100 Bar de pressão para uma velocidade recomendada de 500cm/s, o óleo é o SAE10(Viscosidade Cinética 0.475 Stokes, densidade 881,1 Kg/m³). Determine:– Os diâmetros internos dos tubos.– O número de Reynolds.– A fricção “f”, sabendo que o circuito é composto de

tubulação flexível e temperatura estável.

Exercício

– O comprimento total L em função da tabela de comprimento equivalente e que o comprimento de uma mangueira é 80 cm, a conexão com o manômetro é feita por um T, como mostrado abaixo.

– A perda na linha– A pressão efetivamente disponível nos

atuadores sabendo-se que a válvula direcional consome 3,0 Bar.

– Filtro 2,5 Bar

024V 0V

CIRCUITO 08

C1

Y1 Y2

V1

VL1

T1

FL-1

P1

S1Y1

Y2F1

F1F2

F2

Por: Milton Bastos de Souza

Módulo de CLP

CLPCaracterística:

Hardware e/ou dispositivo de controle de fácil e rápida programação ou reprogramação, com a mínima interrupção na produção.

Capacidade de operação em ambiente industrial sem o apoio de equipamentos ou hardware específicos.

Sinalizadores de estado e módulos tipo plug-in de fácil manutenção e substituição.

CLPCaracterística:

Hardware ocupando espaço reduzido e de baixo consumo de energia.

Possibilidade de monitorar o estado e operação do processo, através da comunicação com computadores.

Compatibilidade com diferentes tipos de sinais de entrada e saída.

Capacidade de alimentar diretamente cargas que consomem correntes de até 2 A.

CLPCaracterística:

Hardware de controle que permite a expansão dos diversos tipos de módulos, de acordo com a necessidade.

Custo de compra e instalação competitivo em relação aos sistemas de controle convencionais.Possibilidade de expansão da capacidade de memória.

Conexão com outros CP’s através de redes de comunicação.

Evolução dos CLPsHARD LOGIC

Evolução dos CLPs

SOFT LOGIC

Uma Composição de SOFTWARE + HARDWARE

Estrutura de Hardware de um PLC

Porte do PLCs

Configuração de um Hardware

Evolução dos CLPs HARD LOGIC

Porte do PLCs

Evolução dos CLPs

SOFT LOGIC

Uma Composição de SOFTWARE + HARDWARE

Configuração de um HardwareExemplo: CLP SIEMENS

Hardware para o CLP AB

Estrutura Interna de um PLC(CPU)

Painel Frontal de PLCs, Exemplo: Siemens

Status da CPU

• SF(Status Fail)

• BATF(Battery Fail)

• FRCE(Force)

• Run(RUN Mode)

• Stop(Stop Mode)

• Conector DB9(MPI=Multipont Interface)

CLPEstrutura de um Cartão de Entrada

CLPEstrutura de um Cartão de Saída

CLP - Funcionamento

122

CLPLadder do Micrologix

XIC Examine If Close= Examinar se Fecha

XIO Examine If Open= Examinar se Abre

Output Energize=Energizar a Saída

123


OTL Output Latch= Energizar a Saída com Retenção

OTU Output Unlatch= Desenergizar a Saída com retenção

124


OSR One Shot Rise= Ativar Um bit Por Apenas uma Varredura

Instrução Que Habilita a Saída Por Apenas Uma Varredura do Programa.

125


Exemplos:

Não Permitido

126


Exemplos:

Permitido

127


Instruções para Temporização/Contagens de Eventos

Temporização Na Energização TON

EN= Enable= Habilita= Vai para um quando a entrada vai para um, retornando quando a entrada retorna.DN=Done=Feito= vai para um ao término da cronometragem, retornando para zero quando a entrada retorna para zero.

TT= Vai para um no início da contagem, retornando no final

128


EV

EN

TT

DN

129


Estrutura de Palavras Para Timer/Counter

130



Temporização Na Desenergização TOF

EN= Enable= Habilita= Vai para 0 quando a entrada vai para um, retornando quando a entrada retorna.DN=Done=Feito= vai para 0 ao término da cronometragem, retornando para 1 quando a entrada retorna para zero.


131


EV

EN

TT

DN

132



Temporização Na Energização com retenção RTO

EN= Enable= Habilita= Vai para 1 quando a entrada vai para um, retornando quando a entrada retorna.DN=Done=Feito= vai para 1 ao término da cronometragem, retornando para 0 quando a instrução RES é habilitada.


133


EV

EN

TT

DN

134



Contagem Crescente de Eventos CTU

DN=Done=Feito= vai para 1 ao término da crontagem, isto ocorre quando o acumulado é maior ou igual ao preset.

135



Contagem Decrescente de Eventos CTD

DN=Done=Feito= vai para 1 ao término da contagem, que ocorre quando o acumulado e igual ou menor que o preset.

136



0-Controle1-Presset2-Acumulado

137



138

CLPLadder do MicrologixInstruções de Comparação

permitem comparar valores

EQUALSOURCE A

SOURCE B

EQU

NOT EQUALSOURCE A

SOURCE B

NEQ

Source A deve ser um endereço. Source B pode ser uma constante

139


permitem comparar valoresSource A deve ser um endereço. Source B pode ser uma constante

LESS THANSOURCE A

SOURCE B

LES

LESS THAN OR EQUALSOURCE A

SOURCE B

LEQ

140


permitem comparar valoresSource A deve ser um endereço. Source B pode ser uma constante

GREATER THANSOURCE A

SOURCE B

GRT

GREATER THAN OR EQUALSOURCE A

SOURCE B

GEQ

141


permitem comparar valores

Se o TEST for constante do programa, LOW LIM e HIGH LIM serão endereços.

Se o TEST for um endereço, LOW LIM e HIGH LIM serão endereços ou constantes.

LIMIT TESTLOW LIM TESTHIGH LIM

LIM

142


Instruções Aritiméticas

Adiciona o valor Source A ao valor Source B e armazena o resultado no destino Dest.

ADDSOURCE A

SOURCE BDEST

ADD

143



Subtrai o valor Source B do valor Source A e armazena o resultado no destino Dest.

SUBTRACTSOURCE A

SOURCE BDEST

SUB

144



Multiplica o valor Source A do valor Source B e armazena o resultado no destino Dest.

MULTIPLYSOURCE A

SOURCE BDEST

MUL

145



Divide o valor Source A do valor Source B e armazena o resultado no destino Dest.

DIVIDESOURCE A

SOURCE BDEST

DIV

ENDEREÇAMENTO DIRETO

Quando a condição de entrada se torna

verdadeira,o valor contido em N7:10 é copiado para o acumulado

do contador C5:0

Veja que está especificado qual é o elemento (10) dentro doarquivo N7.

MOV

Source

Dest

MOVEN7:10

12C5:0.ACC

12

ENDEREÇAMENTO INDIRETOCTU

COUNT UPCounter C5:0Preset 5

Accum 0

MOVMOVE

Source 1735Dest N7:[C5:0.ACC]

AddressN7:0

0 1 2 3 4 5 61735 0 0 0 0 0 0

ENDEREÇAMENTO INDIRETO

Neste exemplo o contador da linha 0 incrementa o acumulado de 0 a 5 e será utilizado como um apontador indireto. Na linha 1 a instrução MOV movimenta o valor 1735 para o endereço indiretoN7:[C5:0.ACC],onde [ ] é o valor do acumulado atual. Assim, se o acumulado for 1, então o valor 1735 será movimentado para o arquivo destino N7:1.

MOVMOVE


AddressN7:0

0 1 2 3 4 5 6173517350 0 0 0 0

CTUCOUNT UP

Counter C5:0Preset 5

Accum 1



MOVMOVE


AddressN7:0

0 1 2 3 4 5 61735173517350 0 0 0

CTUCOUNT UP


Accum 2


MOVMOVE


AddressN7:0

0 1 2 3 4 5 617351735173517350 0 0

CTUCOUNT UP


Accum 3


MOVMOVE


AddressN7:0

0 1 2 3 4 5 61735 0 0 0 0 0 0

CTUCOUNT UP


Accum 4


AddressN7:0

0 1 2 3 4 5 6173517351735173517350 0

Endereçamento Indexado

MOVMOVESource 531Dest # N7:1

CTUCOUNT UPCounter C5:0Preset 5Accum 0MOVMOVE

Source C5:0.ACCDest S:24

AddressN7:0

0 1 2 3 4 5 60 5310 0 0 0 0

Comandos Indicação da Subrotinas

Salta para Subrotinas

Comandos para Retornar para programa Principal

Escala Com Parâmetro

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