fundamentos de deteccao de presenca - allen braddley

SumrioPrefcio Conceitos Bsicos sobre a Aplicao com SensoresO Que um Sensor? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2Tecnologias com Contato vs. sem Contato . . . . . . . . . . . . . . Deteco Discreta vs. Analgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Especificaes/Caractersticas dos Sensores . . . . . . . . . . Padres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Certificaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Seleo de SensoresUma Abordagem Metdica . . . . . . .

1-2 1-3 1-3 1-5 1-6 1-7

Sadas e Fiao

Fontes de Alimentao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-2

Fonte Disponvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2 Classificaes dos Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2 Proteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2 Fluxo de Corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3 Eletromecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4 Estado Slido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5 2 Fios vs. 3 Fios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9 Atraso na Energizao e Desenergizao . . . . . . . . . . . . . 2-12 Monoestvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13 Atraso Monoestvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13 Deteco de Movimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14

Tipos de Sada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-4 Fiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-9 Lgica e Temporizao de Sada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12

Chave Fim de Curso

Estrutura da Chave Fim de Curso . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-2Componentes Bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . NEMA vs. IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Invlucros Encaixveis vs No Encaixveis . . . . . . . Tipos e Funo de Atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caractersticas e Operao dos Contatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 3-2 . 3-3 . 3-3 . 3-5 . 3-7

Vantagens e Desvantagens da Chave Fim de Curso . . . . 3-12 Aplicaes Tpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13

Fundamentos de Deteco de Presena

Rockwell Automation/Allen-Bradley

i

SUMRIO

Deteco por Proximidade Indutiva

Estrututa do Sensor de Proximidade Indutivo . . . . . . . . .4-2

Componentes Bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2 Estrutura Blindada vs. No Blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3

Consideraes sobre os Alvos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-6

Faixa de Deteco vs. Material e Tamanho do Alvo . . . . . . 4-6 Efeitos do Material do Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7 Efeitos do Formato e Tipo de Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8 Seleo de Materiais Metlicos, Ferrosos e no Ferrosos . 4-8 Movimento do Objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9 Imunidade ao Campo de Solda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11

Vantagens e Desvantagens dos Sensores de Proximidade Indutivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12 Aplicaes Tpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13

Deteco por Proximidade Capacitiva

Estrutura do Sensor de Proximidade Capacitivo . . . . . . .5-2

Componentes Bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2

Estrutura Blindada vs. No Blindada . . . . . . . . . . . . . . . . .5-3 Consideraes sobre os Alvos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-5

Sonda Blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3 Sonda No Blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3 Constantes Dieltricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5

Consideraes Ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-7 Vantagens e Desvantagens da Proximidade Capacitiva . .5-8 Aplicaes Tpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-9

Deteco por Proximidade Ultra-snica

Estrutura do Sensor Ultra-snico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-2


Faixa de Deteco e Feixe Eficiente . . . . . . . . . . . . . . . .6-3

Distncia Sensora Mnima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3 Distncia Sensora Mxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4 Feixe Eficiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4 Supresso de Fundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5 Consideraes sobre Espaamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5 Alinhamento de Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-6 Tamanho do Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8 Distncia do Alvo at o Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8 Rudo Ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Presso do Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Temperatura do Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Turbulncia do Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Umidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Medidas de Proteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9

Consideraes sobre o Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-7 Consideraes Ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-9

ii



SUMRIO

Vantagens e Desvantagens dos Sensores de Proximidade Ultra-snico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-10 Aplicaes Tpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-11

Sensores Fotoeltricos

Estrutura do Sensor Fotoeltrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-2


Faixas de Deteco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-8

Campo de Viso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-8 Distncia Sensora Mxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-9 Distncia Sensora Mnima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10 Margem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10 Histerese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-12 Tempo de Resposta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-12 Operao com Luz/no Escuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-13

Modos de Deteco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-14 Feixe Transmitido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16Obteno de Feixe Eficiente timo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16 Alinhamento dos Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-17 Padres de Feixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-18

Vantagens e Desvantagens do Feixe Transmitido . . . . . 7-19 Aplicaes Tpicas de Feixe Transmitido . . . . . . . . . . . . 7-21 Retrorefletido e Retrorefletido Polarizado . . . . . . . . . 7-22Retrorefletido . . . . . . . . . Retrorefletido Polarizado Alinhamento dos Sensores Padres de Feixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-25

Retrorefletivo e Retrorefletivo Polarizado Vantagens e Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-26 Aplicaes Tpicas com Sensores Retrorefletidos e Retrorefletidos Polarizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-28 Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-29Difuso de Corte Fino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Difuso de Supresso de Fundo . . . . . . . . . . . . Difuso de Foco Fixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Amplo ngular por Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . Alinhamento dos Sensores de Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-30 . 7-31 . 7-31 .7-32 .7-33

Modelos de Feixe de Supresso de Fundo, Difuso e Corte Fino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-33 Vantagens e Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-34 Aplicao Tpica de Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-37 Fibra ptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-38 Vantagens e Desvantagens da Fibra ptica . . . . . . . . . 7-40Vidro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-39 Plstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-39



iii

SUMRIO

Aplicaes Tpicas de Fibra ptica . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-41

Apndice ASeleo de Sensores

Seleo da Tecnologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-1 Seleo da Soluo de Deteco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-6

Apndice BGabinetes IEC e NEMA

Grau de Proteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1 Sumrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1 Classificao do Gabinete IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-2 Descries Resumidas dos Requisitos de Teste de Gabinete IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-3

Gabinetes IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1

Gabinetes NEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-7

Especifique o Gabinete Correto para os seus Controles de Motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-7 Critrios de Seleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-11 Descries Resumidas dos Requisitos de Teste de Gabinete NEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-11 Critrios de Seleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-14 Descrio Resumida dos Requisitos de Teste Padro UL 698 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-15

Apndice CGlossrio

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PrefcioFundamentos de Deteco de Presena uma fonte nica de informao aplicada a sensores de presena, direcionada aqueles que projetam, implementam, gerenciam, oferecem suporte ou vendem a tecnologia de deteco de presena: Projetistas de equipamentos Engenheiros de controle e aplicao Engenheiros de produo e qualidade Tcnicos em engenharia e manuteno Estudantes de engenharia e escolas tcnicas Distribuidores, pessoal de vendas e gerentes

Atravs da combinao da teoria do sensor bsico com exemplos de aplicao, Fundamentos de Deteco de Presena fornece uma compreenso conceitual dessas tecnologias e como elas esto relacionadas aos processos industriais em geral. Enfim, este volume ajuda o usurio a deduzir regras ao tomar decises em projetos relacionados deteco de presena.



1

PREFCIO

2



1Conceitos Bsicos para a Aplicao de SensoresA indstria luta, de forma contnua, para desenvolver os produtos com maior rapidez e com baixo custo. Atravs de processos automatizados, os fabricantes podem converter em dinheiro essas metas enquanto mantm nveis mais altos de qualidade e confiabilidade. A tecnologia de deteco de presena usada para monitorar, regular e controlar esses processos. Mais especificamente, os sensores de presena ajudam a verificar se os passos mais importantes do processo foram concludos de acordo com o planejado. A primeira seo deste captulo abrange a terminologia e os princpios de operao bsicos e comuns a todos os sensores; as demais mostram a metodologia para examinar aplicaes em potencial e selecionar o melhor sensor para o trabalho. Os ltimos captulos iro discutir, em detalhes, as tecnologias que mais prevalecem e suas aplicaes: Chaves fim de curso (Captulo 3) Sensores de proximidade indutivos (Captulo 4) Sensores de proximidade capacitivos (Captulo 5) Sensores de proximidade ultra-snicos (Captulo 6) Sensores fotoeltricos (Captulo 7)



1-1

CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORESO que um sensor?/Tecnologias com Contato vs. Sem Contato

O que um sensor?Um sensor um dispositivo para deteco e sinalizao de uma condio de mudana. E o que uma "condio de mudana"? Normalmente isto simplesmente a presena ou ausncia de um objeto ou material (deteco discreta). Pode tambm ser uma quantidade mensurvel como uma mudana na distncia, tamanho ou cor (deteco analgica). Esta informao, ou a sada do sensor, a base para a monitorao e o controle de um processo de produo.

Tecnologias com Contato vs. Sem ContatoSensores com contato so dispositivos eletromecnicos que detectam mudana atravs de contato fsico direto com o objeto alvo. Os sensores de contato: geralmente no requerem alimentao; podem manusear mais correntes e toleram melhor os distrbios da linha de alimentao; so geralmente mais fceis de entender e diagnosticar.

Encoders, chaves fim de curso e chaves de segurana so sensores com contato. Os encoders convertem o movimento da mquina em sinais e dados. As chaves fim de curso so usadas quando o objeto alvo pode ter contato fsico. As chaves de segurana incorporam atuao resistente a adulterao e contatos de ao de abertura direta para uso como protees de mquina e paradas de emergncia. Sensores sem contato so dispositivos eletrnicos de estado slido que criam um campo ou feixe de energia e reagem a distrbios nesse campo. Algumas caractersticas de sensores sem contato: nenhum contato fsico requerido; ausncia de partes mveis que podem obstruir, desgastar ou quebrar (portanto, menos manuteno); geralmente podem operar com maior rapidez; maior flexibilidade de aplicao.

Sensores fotoeltricos, indutivos, capacitivos e ultra-snicos so tecnologias sem contato. Como no h nenhum contato fsico, o potencial para desgaste eliminado, entretanto, h algumas circunstncias raras onde pode haver interao entre o sensor e o material alvo. Os sensores sem contato podem tambm estar suscetveis energia irradiada por outros dispositivos ou processos.

Um Exemplo Prtico

Um exemplo de ambos os usos de sensores com contato e sem contato pode ser encontrado em uma linha de pintura. Um sensor com contato pode ser utilizado para contar cada porta assim que ela entra na rea de pintura para determinar quantas portas foram enviadas para a rea. Conforme as portas so enviadas para a rea de secagem, um sensor sem contato conta quantas deixaram a rea de pintura e quantas se moveram para a rea de secagem. A

1-2



CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORESO que um sensor?/Deteco Discreta x Analgica

mudana para um sensor sem contato feita para que no haja nenhum contato, nenhuma possibilidade de afetar as superfcies recm pintadas.

Deteco Discreta x AnalgicaA deteco discreta responde a pergunta, "O alvo est l?" o sensor produz um sinal (digital) Ligado/Desligado (ON/OFF) como sada, baseado na presena ou ausncia do alvo. A deteco analgica responde as perguntas "Onde est?" ou "Quanto est l?" fornecendo uma resposta de sada contnua. A sada proporcional ao efeito do alvo no sensor, ou em relao a sua posio dentro da faixa de deteco ou a fora relativa do sinal que ele retorna ao sensor.

Caractersticas/Especificaes do SensorAo especificar sensores, importante entender os termos comuns ou "termos tcnicos" associados tecnologia. Ao mesmo tempo que os termos exatos diferem de fabricante para fabricante, os conceitos so globalmente aceitos dentro do setor.

Distncia Sensora

Ao colocar um sensor em uma aplicao, a distncia sensora nominal e a distncia sensora efetiva devem ser avaliadas .

Distncia Sensora NominalA distncia sensora nominal a distncia de operao nominal para a qual um sensor projetado. Esta especificao atingida usando-se um critrio padronizado sob condies mdias.Figura 1.1: Distncia Sensora Nominal152m 1x

5mm



1-3

CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORESO que um sensor?/Caractersticas/Especificaes do Sensor

Distncia Sensora EfetivaA distncia sensora efetiva a distncia sensora real obtida em uma aplicao instalada. A distncia qualquer ponto entre a distncia sensora nominal ideal e o pior caso de distncia sensora.

Histerese

Histerese ou curso diferencial a diferena entre os pontos de operao (ligado) e a liberao (desligado) quando o alvo distancia-se da face sensora. Isto expresso como uma porcentagem da distncia sensora. Sem histerese suficiente, um sensor de proximidade ir ligar e desligar continuamente, oscilando enquanto houver vibrao excessiva aplicada ao alvo ou sensor. Isto pode tambm ser ajustado atravs de um circuito adicional.Ligado Desligado Objeto Ponto de Operao Distncia x Ponto de Queda Distncia yDistncia do Curso

Figura 1.2: Histerese

Distncia y Distncia x = % Diferencial Distncia x

Repetibilidade

Repetibilidade a habilidade do sensor de detectar o mesmo objeto mesma distncia, todas as vezes. Expresso como um percentual da distncia sensora nominal, esse nmero baseado em uma temperatura ambiente constante e tenso da fonte.% da Repetibilidade da Distncia Sensora

Figura 1.3: Repetibilidade

Objeto

1-4



CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORESO que um sensor?/Padres

Freqncia de ComutaoFigura 1.4: Configurao da Freqncia de Comutao Padronizada

Freqncia de comutao o nmero de operaes de comutao por segundo alcanvel sob condies padronizadas. Em termos gerais, a velocidade relativa do sensor.

Chave de Proximidade Direo do MovimentoSn 2

m

2xm

Alvos de Ferro ou Ao

m Material no magntico e no Condutivo

Tempo de Resposta

O tempo de resposta de um sensor o tempo decorrido entre a deteco de um alvo e a mudana do estado do dispositivo de sada (Ligado para Desligado ou Desligado para Ligado). tambm o tempo que o dispositivo de sada leva para mudar de estado, uma vez que o alvo no mais detectado pelo sensor. O tempo de resposta requerido para uma aplicao em particular uma funo entre o tamanho do alvo e a velocidade pela qual ele passa pelo sensor.

PadresUm fabricante de controle industrial possui controle limitado ou nenhum controle sobre os seguintes fatores que so vitais uma instalao segura. Condies ambientais Projeto do sistema Seleo e aplicao do equipamento Instalao Prticas de operao Manuteno

Os Sensores de Presena e Chaves, bem como todo equipamento eltrico, devem ser instalados de acordo com os padres da NEC (National Electrical Codes). Trs organizaes padres principais se desenvolveram a partir da NEC: CENELEC - European Committee for Electrotechnical Standardization IEC - International Eletrotechnical Commission NEMA - National Electrical Manufacturers Association



1-5

CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORESO que um sensor?/Certificaes

Geralmente, o mercado europeu segue as especificaes do CENELEC, enquanto as instalaes na Amrica do Norte seguem os padres NEMA. O IEC cobre os padres em escala internacional.

CertificaesMuitos fabricantes de sensores voluntariamente submetem seus projetos de produtos para teste e aprovao por rgos de certificao. Em outros casos, o fabricante est autorizado a se auto-certificar de que seus projetos esto em conformidade com os padres aplicveis. Ainda que normalmente no seja requerido para uso geral nos Estados Unidos, voc pode ser solicitado a usar dispositivos devidamente aprovados para equipamentos em alguns clientes ou para exportao. Os produtos dos fabricantes que tenham a marca de um rgo tero uma lista de arquivo, permitindo que o cliente ou inspetor verifique a conformidade. importante destacar que o projeto de um produto que recebe aprovao ou certificao, e no o prprio produto fsico.

Entidades Certificadoras: UL (Underwriters Laboratories) e CSA (Canadian Safety Authority) FM (Factory Mutual)

Esses rgos norte americanos primeiramente executam testes para ajudar a assegurar que os produtos foram fabricados de acordo com os requerimentos impostos e, quando utilizados de acordo, no oferecem risco de choque ou incndio ao usurio.

Factory Mutual um rgo norte americano preocupado em verificar se os produtos para uso em reas classificadas (reas com atmosfera potencialmente explosiva) esto de acordo com prticas para segurana intrnseca. Essas prticas ajudam a assegurar que um dispositivo fabricado de acordo com os requerimentos impostos e usado como parte de um sistema aprovado mantenha os nveis de energia abaixo do que poderia causar uma exploso. O arquivo para cada produto inclui um diagrama de conexo autorizada. Esses requerimentos afetam quase todas as fases do projeto, construo, material, uso e at descarte de um produto. Os produtos sem a marca CE no tm autorizao para serem comercializados na Comunidade Europia. Para sensores, a CE aborda a compatibilidade eletromagntica. A marca CE em um sensor indica que o sensor, at um certo nvel, no ir interferir ou ser afetado por outros dispositivos eletrnicos.

Comunidade Europia (CE)

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Seleo de um Sensor - Uma Abordagem MetdicaDentro de cada sistema h muitas operaes ou processos: fabricao, montagem, embalagem, pintura, manuseio de material. Cada um pode ser dividido em eventos menores como contagem, indexao, ejeo, pulverizao, preenchimento e transporte. Um sensor pode ser valioso para detectar as condies de mudana associadas com uma ao ou evento.

Determine Onde um Sensor Pode ser Necessrio

Esse processo envolve a identificao de operaes chaves dentro do sistema e a definio de reas de foco onde as condies devam ser verificadas.

Identifique as FunesIdentifique o que o sistema faz ou o que voc quer que ele faa. necessrio contar produtos? Classificar? Verificar a qualidade? Determinar a direo das peas? Especificamente: Quais condies devem ser atendidas para que cada funo ocorra? Que retorno requerido durante cada funo? Quais condies devem ser atendidas aps cada funo para verificar se a mesma ocorreu da forma adequada?

Identifique a rea de FocoFocalize uma rea onde a ao esteja ocorrendo. Dentro dessa rea, voc geralmente ir encontrar uma pea e um mecanismo que atua sobre ela. Investigue ambos para determinar o que requerido para que a funo seja devidamente executada. Verificao da pea - Existem caractersticas ou componentes da pea que devem estar presentes ou em uma direo em particular? Qual a possibilidade de que a prpria pea seja direcionada ou danificada de tal modo que poderia afetar adversamente o processo? Verificao do mecanismo - O mecanismo ou a pea so controlados por sistemas separados que poderiam colidir, caso um estivesse presente sem que o outro fosse retirado? Um componente em particular propcio a quebra ou desgaste?Operao de Envasamento Funo de Coroamento

Figura 1.5: Operao de Envasamento

Foco = Tampa na Garrafa (Verificar a Operao) Aplicao: Detectar tampa de metal em garrafa que est sem a mesma, em um ambiente mido.

Foco = Bordas da Garrafa (Estabelecer Alinhamento e Prontido da Pea) Aplicao: Detectar garrafa sem tampa em um trilho metlico, em um ambiente mido.

Foco = Tampa no Alimentador (Pea Pronta) Aplicao: Detectar tampa metlica na guia de plstico (alimentador) em um ambiente mido.



1-7


Determine se um Sensor Deve ser Aplicado

Voc agora dever decidir a importncia de cada uma das reas que voc identificou no processo. Quanto mais alto o nvel de automao, mais importante se torna a execuo correta dessas funes. Especificamente, voc deve perguntar: Qual o impacto do dano ou perda? Qual a probabilidade disto ocorrer? Quanto isto crtico para a integridade do processo?

Se a resposta para qualquer uma dessas perguntas for "elevado", voc deve considerar a utilizao de um sensor para monitorar uma condio que, se presente, possa facilitar uma parada no sistema. O prximo passo definir quais as funes de deteco que necessitam ser atingidas e qual a melhor localizao para obt-las. Voc est tentando determinar obstrues no sistema, limites altos/baixos, classificao, deteco de velocidade ou posicionamento de uma pea? Isto determina a localizao do sensor e focaliza limitaes fsicas especficas. Agora importante tambm considerar o seguinte: "Existem consideraes de segurana ou de economia?" Se a falha na deteco de uma condio puder resultar em uma pessoa sendo machucada ou morta, ou se a falha puder resultar em uma perda financeira significante, voc deve indicar que o item seja considerado com cuidado por um especialista nesse tipo de aplicao. "Este o melhor local para executar a funo de deteco?" Geralmente, em uma seqncia de operaes, o resultado final que nos preocupa. Em muitos casos, a monitorao desse resultado final pode fornecer indicao de que as aes anteriores ocorreram corretamente. Em outras operaes, o meio ambiente ou restries de espao podem nos impedir de executar a funo de deteco na rea de foco, mas ns podemos execut-la com mais confiabilidade enquanto a pea estiver em trnsito ou em uma funo anterior.

Defina a AplicaoVoc identificou uma aplicao que pode ser beneficiada atravs da implementao de um sensor para detectar uma condio de mudana. Tendo isto em mente, voc deve agora determinar: alimentao disponvel; requerimentos de Sada/Carga; caractersticas do alvo; condies ambientais.

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Identifique as Fontes de AlimentaoQual a alimentao disponvel para o ponto de aplicao - CC ou CA? Baseado na tenso comumente disponvel em campo, os sensores so geralmente designados para se enquadrar em uma das quatro faixas de tenso: 10-30 Vcc 20-130 Vca 90-250 Vca 20-250 Vca/cc

Os sensores CA e as chaves podem receber alimentao diretamente da rede ou de uma fonte filtrada, eliminando a necessidade de uma fonte de alimentao separada. Os mtodos de conexo e os dispositivos de CA so considerados como sendo mais robustos. Os sensores CC necessitam de uma fonte separada para isolar a parte CC do sinal CA. Entretanto, com tenses tipicamente inferiores a 30V, a CC considerada mais segura que a CA. Os sensores CC esto disponveis nas verses de corrente source e corrente sink. Os sensores de corrente source fornecem alimentao para a carga que deve se referir ao aterramento ou fonte negativa da fonte de alimentao. Os sensores de corrente sink fornecem aterramento para a carga que deve se referir tenso positiva que compartilha o mesmo aterramento. Vrios fabricantes oferecem dispositivos CA /CC que operam com uma ampla faixa de tenses de qualquer fonte de alimentao. Esses sensores oferecem a convenincia de serem estocados, pois podem operar em vrias aplicaes com diferentes fontes de alimentao. Como prtica geral, voc pode especificar que as suas chaves ou sensores sejam alimentados por uma fonte estvel livre de rudo. Geralmente, isto envolve especificar uma linha isolada ou uma fonte separada para alimentar as chaves e os sensores e estar de acordo com as classificaes.

Identifique os Requerimentos de CargaO sensor estar afetando o qu? Em outras palavras, que dispositivo o sensor vai controlar diretamente e quais so as suas caractersticas? Os componentes eltricos em srie entre a sada do sensor e alimentao ou aterramento constituem o que denominado como carga de entrada do dispositivo e carga de sada para o sensor. Essa carga converte os sinais eltricos da sada do sensor em som eltrico, mecnico ou fonte de luz que inicia uma mudana dentro do dispositivo afetado. Caractersticas chaves dos trs tipos dos elementos do circuito que podem ser encontrados nessa carga: Os elementos resistivos constituem um tipo ideal de carga , dissipando potncia em propores diretas com a tenso aplicada. Elementos capacitivos so reativos e podem aparentar um curto circuito quando ligados na primeira vez.



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Elementos indutivos como bobinas a rel e solenides so tambm elementos reativos que podem criar transientes de alta tenso ao serem desligados abruptamente.

O sensor precisa condicionar a sada a fim de que seja til para o dispositivo com o qual ela faz interface? Se o evento que estamos detectando extremamente rpido, pode ser necessrio para o sensor ou um circuito de condicionamento fornecer um pulso de sada mais longo que a durao do evento. Em outros casos, como quando a funo de deteco e a ao que ele inicia ocorre em dois lugares diferentes no sistema, o sinal de sada pode precisar ser comutado por um intervalo de tempo.

Determine as Propriedades Fsicas do Que Voc Est Detectando

Para qualquer funo de deteco, voc deve identificar o item que voc quer detectar (alvo); isto pode ser um objeto inteiro ou uma caracterstica desse objeto. Voc deve tambm determinar as variveis associadas ao alvo presena, posio, direo etc. - e como essas variveis afetam o processo. Finalmente, devemos considerar condies ambientais e seus efeitos; assegurar que os arredores no contm fatores que afetam a tecnologia um grande aspecto de confiabilidade da aplicao.

Consideraes sobre o AlvoPropriedades do Alvo - tamanho, material, cor, opacidade etc. - determinaro o uso de uma tecnologia especfica e definiro limitaes dentro dessa tecnologia. Por exemplo, sensores indutivos somente detectaro alvos metlicos. Entretanto, o tamanho e o material do alvo afetam a faixa e a velocidade de deteco. Mais consideraes sobre o alvo em tecnologias de deteco especficas podem ser encontradas nos captulos respectivos neste manual.

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Identifique as Influncias AmbientaisH caractersticas do alvo, fundo e arredores, que influenciam a habilidade para diferenciar um do outro. Idealmente, a condio de mudana do alvo que voc est tentando detectar deve ser nica a partir dos fatores relativos ao fundo e aos arredores. Por exemplo, para detectar mudanas nas cores, devemos utilizar luz. Um sensor que utiliza luz para detectar mudanas ( um sensor fotoeltrico) nas cores do nosso alvo pode ter problemas para visualizar o alvo se os arredores estiverem muito opacos para transmitir a luz ou se o fundo refletir mais luz que o alvo.Tabela 1.1: AlvoMassa Forma Integridade Estrutural Tamanho Material Opacidade Propriedades Refletidas Cor Proximidade ao Alvo Material Propriedades Emissivas Propriedades Refletidas Cor Material Umidade Propriedades Transmissveis Luz Temperatura Interferncia Eletromagntica Rudo Sistemtico Possibilidade de Acesso, Proximidade ao Sensor, Tempo, Quantidade Exposta

Alvo e Ambiente Fundo Arredores

Seleo do Sensor

Agora que voc documentou a aplicao e entendeu o que deve ser detectado, nossa discusso pode ser direcionada para a seleo do sensor. Este um processo para determinar qual tecnologia ou tecnologias melhor utilizam as caractersticas diferenciadas mais fortes da condio de mudana ao mesmo tempo em que seja a menos afetada pelas condies do fundo e dos arredores. Raramente h uma nica soluo, cada tecnologia tem pontos fortes e pontos fracos que a tornam uma boa ou m escolha para uma determinada aplicao. Isto ajuda a visualizar o sistema geral e gradualmente estreitar o seu foco para processos especficos. Determine como um sensor pode melhorar esse processo e como ele se relaciona com o sistema geral. A informao resultante dessa abordagem pode ento ser comparada s informaes dos tipos de sensores disponveis para determinar o melhor produto para a aplicao. Por fim, a soluo escolhida tem melhor adequao em termos de desempenho, confiabilidade, disponibilidade e custo.



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2Sadas e FiaoAs conexes entre os sensores, fonte de alimentao e dispositivos de carga so geralmente denominadas circuito eltrico de interface. Cada elemento vital confiabilidade de uma aplicao.Figura 2.1: Circuito Eltrico de Interface BsicoFonte de Alimentao

Circuito da Interface Sensor Carga

Uma interface confivel combina todos os requerimentos de todos os dispositivos na aplicao e antecipa aqueles referentes ao ambiente no qual aplicada. A fonte de alimentao oferece um nvel de tenso e corrente para o circuito que compartilhado por seus dispositivos. Uma vez que a alimentao compartilhada, voc deve considerar que cada dispositivo ir obter a alimentao de que necessita para operar de forma confivel. Isto se torna muito importante quando sensores mltiplos e/ou cargas so conectados a uma fonte CC de baixa tenso. Isto tambm envolve assegurar que nenhum dispositivo receba muita corrente; a maioria dos sensores apresenta falhas devido instalao imprpria, sendo que o problema mais comum uma conexo direta da sada do sensor com a fonte de alimentao ou linha CA.



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SADAS E FIAOFontes de Alimentao/Alimentao Disponvel

Fontes de AlimentaoPor uma questo de prtica, voc deve especificar que as suas chaves ou sensores sejam alimentados por uma fonte de alimentao estvel, livre de rudo (rudo, nesse caso, a energia indesejvel induzida ao sistema por outros dispositivos ou campos eltricos). Geralmente, isto envolve a especificao de uma linha isolada ou fonte separada para alimentar as chaves e os sensores, de acordo com as classificaes da fonte. Ao mesmo tempo, tambm uma boa prtica especificar sensores que incorporam um grau de proteo para eventos potenciais da linha de alimentao, ex. curtos circuitos e sobrecargas.

Alimentao DisponvelQuatro tenses esto geralmente disponveis para alimentar os sensores industriais: 12 Vcc 24 Vcc 120 Vca 240 Vca

Classificaes dos SensoresOs sensores industriais so geralmente projetados para operar dentro de uma das quatro classificaes de tenso: 10-30 Vcc 20-130 Vca 90-250 Vca 20-250 Vca/cc

Os sensores CA e as chaves podem receber alimentao diretamente de uma linha de alimentao ou uma fonte filtrada, ajudando a eliminar a necessidade de uma fonte de alimentao separada. A maioria dos sensores CC necessitam de uma fonte separada que isole a parte CC do sinal da linha CA.

ProteoIndependente de CA ou CC, a boa prtica determina que a alimentao de um sensor deve ser proveniente de uma fonte separada e filtrada, sendo que a linha deve ser protegida com um fusvel prprio a sua classificao. Isto ir proteger a fonte de alimentao e a fiao, mas fornecer pouca proteo para os dispositivos de estado slido e os sensores do circuito.

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SADAS E FIAOFontes de Alimentao/Fluxo de Corrente

Mesmo os fusveis de ao rpida e a maioria dos circuitos eletrnicos de limitao de corrente so muito lentos para proteger o sensor de danos, em caso de: Curto-circuito/ Sobrecarga - percurso de corrente em curto (portanto menos resistente) permite que uma corrente excessiva atinja o dispositivo. Polaridade Reversa - fiaes positiva e negativa no so conectadas aos seus respectivos terminais. Se esses eventos foram previstos, especifique um sensor com proteo incorporada contra polaridade reversa, curto-circuito e sobrecarga.

Fluxo de CorrenteO consumo tpico de alimentao para cada tipo de sensor: Fotoeltrico 35mA Ultra-snico 70mA Indutivo 15mA Capacitivo 15mA



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SADAS E FIAOTipos de Sada/Eletromecnica

Tipos de SadaAs configuraes de sada posicionam-se em duas categorias: eletromecnica e estado slido. Eletromecnica Rel Chave

Estado Slido ou Eletrnico Transistor Transistor FET Triac Analgico Rede ou Barramento

O tipo de sada escolhido depender da interface da sua aplicao e os tipos de sada disponveis para os sensores com os quais voc est trabalhando.

EletromecnicaUm rel eletromecnico (ou "contato seco") atuado pela energizao da fiao de uma bobina a qual atrai magneticamente uma armadura para abrir e fechar um circuito fisicamente. Quando o circuito est aberto, nenhuma alimentao conduzida atravs dos contatos. Quando o circuito est fechado, a alimentao conduzida para a carga com praticamente nenhuma queda de tenso. Um rel com contato aberto em estado de repouso ( ou desenergizado) considerado Normalmente Aberto (N.A.), enquanto um rel com um contato fechado em estado de repouso considerado Normalmente Fechado (N.F.) Devido isolao eltrica da fonte de alimentao do sensor, e devido falta de corrente de fuga (corrente indesejvel presente no estado "desligado"), rels de fontes mltiplas podem prontamente ser conectados em srie e/ou em paralelo para comutar cargas CA ou CC.Figura 2.2: Circuitos EletromecnicosN.F.

SPST

N.F. SPDT (1 Forma C) N.A.

N.F. N.A. DPDT (2 Forma C) N.F. N.A.

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SADAS E FIAOTipos de Sada/Estado Slido

Existem vrias distribuies diferentes de contatos disponveis: SPST - Chave de plo nico de uma posio SPDT - Chave de plo nico de duas posies (1 forma C) DPDT - Chave bipolar de duas posies (2 forma C)

Uma vez que os rels so mecnicos at certo ponto, eles sucumbem ao desgaste; portanto eles possuem uma vida til limitada. Em baixa energia, a oxidao do contato pode tambm causar a degenerao dos contatos. Os tempos de resposta dos rels so geralmente de 15 a 25ms, muito mais lento que a maioria das sadas de estado slido.

Estado SlidoAs sadas de estado slido devem ser consideradas para as aplicaes que requerem chaveamento freqente ou de baixa tenso em baixas correntes. Uma chave de estado slido puramente eletrnica - no possui partes mveis.

Transistores NPN/ PNP

Os transistores so geralmente dispositivos de sada de estado slido para sensores CC de baixa tenso. Constitudos de um chip cristalino (geralmente silicone) e trs contatos, um transistor amplifica ou alterna a corrente eletronicamente. Os transistores padres esto disponveis em dois tipos: NPN e PNP. Para a sada do transistor NPN, a carga deve estar conectada entre a sada do sensor e a conexo de alimentao positiva (+). tambm conhecido como uma sada sinking.

Figura 2.3: Transistor NPN+ Carga Sada

-



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A sada do transistor PNP considerada uma sada sourcing. A carga deve estar conectada entre a sada do sensor e a conexo de alimentao negativa (-).Figura 2.4: Transistor PNP+

Sada Carga

Os transistores exibem corrente de fuga muito baixa (medida em A) e corrente de comutao relativamente alta (tipicamente 100mA) para facilitar a interface com a maioria das cargas CC. Os tempos de resposta dos sensores com sada a transistor podem variar de 2ms at 30s. Entretanto, os transistores NPN e PNP so capazes apenas de comutar cargas CC.

Transistor FET

O transistor FET um dispositivo de estado slido com quase nenhuma corrente de fuga, o que fornece rpida comutao de alimentao CA ou CC. Tambm requer uma pequena quantidade de corrente para mudar de estado de 30A. Como resultado, os FETs so geralmente mais caros que as sadas a transistor padres.

Figura 2.5: NFET

+

As sadas FET podem ser conectadas em paralelo como os contato de rels eletromecnicos.

Transistor MOSFET de Alimentao

Um MOSFET de alimentao (Transistor de Efeito de Campo semicondutor de metal xido) tem como benefcio pouca corrente de fuga e tempo de resposta rpido, assim como um FET com capacidade para comutao de alta corrente; as sadas MOSFET de alimentao podem comutar at 500mA de corrente.

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TRIAC

Um TRIAC um dispositivo de sada de estado slido projetado, apenas, para comutao CA; em termos mais simples, o equivalente CA de um transistor. Os TRIACs oferecem alta corrente de comutao e baixa queda de tenso, o que os torna adequados para conexo em grandes contatores e solenides. Os TRIACs exibem maior corrente de fuga do que os FETs e os MOSFETs de alimentao. A corrente de fuga pode exceder 1mA, o que torna os TRIACs inadequados aos dispositivos de entrada para controladores programveis e outras entradas de estado slido. Uma vez que um TRIAC acionado, ele permanece ligado durante o perodo em que a corrente est presente, impedindo que os dispositivos sejam eletronicamente protegidos contra curtos-circuitos. Um cruzamento zero de uma onda de sinal de alimentao CA de 50/60Hz necessrio para desativar um circuito TRIAC. Para a maioria das aplicaes, entretanto, os MOSFETs de alimentao oferecem melhores caractersticas de sada.

Figura 2.6: TRIACCA

Sada

CA

Figura 2.7: TRIAC - Cruzamento Zero+ Tenso CA 0

60 Hertz

Sada Analgica

Os sensores de sada analgica oferecem uma sada de tenso ou de corrente proporcional, ou inversamente proporcional, ao sinal detectado pelo sensor. Uma vez que os sensores analgicos permitem deteco simultnea de diversos fatores, eles so usados ocasionalmente em aplicaes de deteco discreta onde um sensor dever desempenhar diversas funes. Um exemplo disto a deteco e classificao de embalagens de cores claras e escuras.

Figura 2.8: Resposta Analgica

20 Inclinao Positiva Corrente (mA) Inclinao Negativa 4

1

2

3

4

5

Distncia (m)



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Rede/Barramento

Em um esforo para reduzir a fiao do sistema, a rede de sensores est crescendo em popularidade. A conexo em rede permite que detectores compatveis sejam diretamente conectados a um nico cabo de suporte principal o qual, por sua vez, realizar interface com um controlador. Esses sensores incorporam um chip de interface de barramento/rede (circuito integrado) e firmware que permite a eles receber alimentao e estabelecer comunicao em linhas comuns. O custo dos componentes geralmente alto, mas a fiao e depurao so simplificados.Tabela 2.1: Pontos Fortes e Fracos das Sadas Pontos Fortes A sada eletricamente isolada da fonte de alimentao Conexes fceis em srie e/ ou em paralelo com as sadas dos sensores Alta corrente de comutao Corrente de fuga muito baixa Velocidade rpida de comutao Corrente de fuga muito baixa Velocidade rpida de comutao Corrente de sada alta

Tipo de SadaRel Eletromecnico Comutao CA ou CC

Pontos Fracos No possvel proteger contra curtos-circuitos Vida til finita Lenta

FET Comutao CA ou CC

Sada de corrente baixa

MOSFET de Alimentao Comutao CA ou CC

Sada de corrente moderadamente alta

TRIAC Comutao CA

No possvel proteger contra curtos-circuitos Corrente de fuga relativamente alta Comutao lenta na sada No possvel comutao de CA

Transistor NPN ou PNP Comutao CC

Corrente de fuga muito baixa Rpida velocidade de comutao

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SADAS E FIAOFiao/2 Fios vs. 3 Fios

Fiao2 Fios vs. 3 FiosOs sensores podem ser divididos de acordo com suas configuraes de fiao. As mais comuns so 2 fios e 3 fios. Os dispositivos de 2 fios so projetados para conexo em srie com a carga. Em uma configurao de 3 fios, dois dos trs condutores fornecem alimentao enquanto que o terceiro comuta a carga. Ambos os tipos podem ser conectados de forma estratgica, com configuraes em srie ou em paralelo, para conservar as entradas ou desempenhar a lgica.

Conexo dos Sensores de 2 fios em Srie ou Paralelo

Os sensores de 2 fios so os dispositivos mais fceis de se fazer a fiao, mas podem retardar o desempenho de todo o sistema. Os sensores de 2 fios requerem alimentao da mesma linha onde esto ligados (switching), isto, combinado com suas quedas caractersticas de alta de tenso, geralmente limita o nmero prtico que pode ser conectado aos dois. Alm disso, uma vez que cada dispositivo fornece alimentao ao dispositivo subsequente, o tempo de resposta igual soma do nmero de vezes que cada dispositivo ligado.+V

Figura 2.9: Conexo em Srie de Sadas de 2 FiosSensor 1

Sensor 2

Sensor 3 Carga

Figura 2.10: Conexo em Paralelo de Sadas de 2 FiosSensor 1

+V

Sensor 2

Sensor 3 Carga



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Conexo das Sadas a Rel em Srie ou em ParaleloFigura 2.11: Conexo em Srie das Sadas a Rel

Para simplificar a fiao das sadas a rel, recomenda-se separar a fiao de sada da fiao de alimentao. Em cada configurao, voc ir instalar a fiao em paralelo, estando portanto livre para conectar as sadas na configurao desejada.

+V

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

T1

T2+V

Figura 2.12: Conexo em Paralelo das Sadas a RelSensor 1 Sensor 2

Sensor 3

T1 T2

Conexo das Sadas de 3 Fios em Paralelo

Os sensores com sadas a transistor NPN ou PNP devem ter fiao em paralelo. A baixa corrente de fuga das sadas a transistor permite que um determinado nmero de dispositivos seja conectado junto antes que a corrente de fuga se torne um problema. Todos os dispositivos devem ter a mesma configurao de sada.

Figura 2.13: Conexo em Paralelo das Sadas de 3 FiosSensor 1 Sensor 2 Sensor 3

+V

Sada

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Conexo das Sadas NPN de 3 Fios em Srie

A conexo em srie de dispositivos de sada NPN de 3 fios requer que cada dispositivo na srie fornea alimentao negativa ao prximo dispositivo sendo que o ltimo dispositivo na srie fornecer alimentao negativa carga. Uma vez que cada dispositivo fornece alimentao para o prximo, o tempo de resposta igual ao tempo de resposta do primeiro sensor mais a soma do nmero de vezes de acionamento dos outros. A sada de cada sensor deve ser capaz de fornecer as correntes de pico de carga para os sensores subsequentes mais a corrente de carga. Para superar a capacitncia da fonte interna dos sensores subsequentes, necessrio em algumas vezes um resistor de valor baixo (10 ohm) conectado em srie com cada um.

Figura 2.14: Conexo em Srie das Sadas a Transistor NPNSensor 1

+V

+V

Carga +V

Sensor 2 +V

Sensor 3

Conexo das Sadas PNP de 3 Fios em Srie

A conexo em srie de dispositivos de sada PNP com 3 fios requer que cada dispositivo na srie fornea alimentao para o prximo dispositivo sendo que o ltimo dispositivo na srie fornecer alimentao para a carga. Uma vez que cada dispositivo fornece alimentao para o prximo, o tempo de resposta igual ao tempo de resposta do primeiro sensor mais a soma do nmero de vezes de acionamento dos outros. A sada de cada sensor deve ser capaz de fornecer as correntes de pico de carga para os sensores subsequentes mais a corrente de carga. Para superar a capacitncia de fonte interna dos sensores subsequentes, necessrio algumas vezes um resistor de valor baixo (10 ohm) conectado em srie com cada um.+V

Figura 2.15: Conexo em Srie das Sadas a Transistor PNPSensor 1

Sensor 2

Sensor 3

Carga



2-11

SADAS E FIAOLgica e Temporizao de Sada/Atraso na Energizao e Desenergizao

Lgica e Temporizao de SadaAlgumas funes especiais dos sensores podem ser incorporadas, do contrrio, essas capacidades avanadas estaro disponveis como cartes ou mdulos separados. Os sensores fotoeltricos so de alguma forma nicos entre os sensores de presena porque muitos oferecem funes lgicas ou de temporizao integral. Alm disso, os sensores para aplicaes especializadas como deteco de movimento ou velocidade zero podem vir junto com a temporizao e a lgica pr-configurada para a aplicao.

Atraso na Energizao e DesenergizaoOs atrasos na energizao e desenergizao so os modos mais comuns de temporizao. Um temporizador de atraso na energizao vai retardar a operao de uma sada depois que o alvo detectado. Um temporizador de atraso na desenergizao vai retardar a operao de uma sada depois que o alvo no for mais detectado. O tempo de atraso da maioria dos sensores ajustvel desde menos que um segundo at dez segundos ou mais. Alguns sensores de alta velocidade (menos que 1ms de tempo de resposta) contm um tempo de atraso na desenergizao de 50ms selecionvel. Esse "prolongador de pulso" til quando for necessrio reduzir o tempo de resposta de desenergizao para permitir que um CLP mais lento ou outra lgica da mquina possa responder ao movimento de materiais em aplicaes de alta velocidade.Figura 2.16: Atraso na Energizao e DesenergizaoDetectado Alvo Perdido Alvo Perdido Detectado

Energizada Sada Desenergizada

Energizada Sada Desenergizada t = tempo, ajustado pelo usurio

Atraso na Energizao

Atraso na Desenergizao

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SADAS E FIAOLgica e Temporizao de Sada/Monoestvel Atrasado

MonoestvelA lgica monoestvel fornece uma sada de pulso nico independentemente da velocidade na qual um alvo passa pelo sensor. O comprimento do pulso ajustvel. Uma operao monoestvel pode fornecer solues diferentes de aplicao: Em operaes de alta velocidade - cada vez que um alvo passa pelo sensor, ele fornece um pulso que suficientemente longo para permitir a resposta de outra lgica mais lenta. Em operaes de baixa velocidade - fornece um breve pulso cada vez que o alvo passa pelo sensor para disparar um solenide ou outro dispositivo de impulso. Fornece um sinal de borda de subida, independentemente do comprimento do alvo. Fornece um sinal de borda de subida, independentemente do comprimento do alvo.Detectado Alvo Perdido

Figura 2.17: Temporizao Monoestvel

Energizada Sada Desenergizada t = tempo, ajustado pelo usurio

Monoestvel AtrasadoA lgica de monoestvel atrasado acrescenta um atraso de tempo ajustvel antes do pulso de sada monoestvel acontecer.Figura 2.18: Temporizao Monoestvel Atrasada

Detectado Alvo Perdido




2-13

SADAS E FIAOLgica e Temporizao de Sada/Deteco de Movimento

Deteco de MovimentoA lgica de deteco de movimento fornece uma capacidade nica para detectar o movimento contnuo dos alvos. O sensor fornecer uma sada se no detectar o movimento de alvos sucessivos dentro do tempo de atraso ajustvel. A lgica de deteco de movimento til para detectar uma obstruo ou anulao em aplicaes de manuseio de materiais.Figura 2.19: Lgica de Deteco de MovimentoDetectado Alvo Perdido


2-14



3Chaves Fim de CursoUma chave fim de curso um dispositivo eletromecnico que consiste de um atuador mecanicamente conectado a um conjunto de contatos. Quando um objeto entra em contato com o atuador, o dispositivo faz com que os contatos faam ou desfaam uma conexo eltrica. As chaves fim de curso so utilizadas numa variedade de aplicaes e ambientes devido robustez, fcil instalao e confiabilidade de operao. Podem determinar a presena ou ausncia, passagem, posicionamento e trmino do curso de um objeto, por isso o nome de "chave fim de curso".



3-1

CHAVES FIM DE CURSOEstrutura da Chave Fim de Curso/Componentes Bsicos

Estrutura da Chave Fim de CursoAs chaves fim de curso so projetadas em dois tipos de corpo: encaixveis e no-encaixveis. As diferenas e vantagens de cada um so mais bem explicadas na pgina 3-3. Os subconjuntos que formam uma chave fim de curso esto descritos abaixo.Figura 3.1: Estrutura da Chave Fim de Curso1

Atuador

Atuador

Cabeote Bloco de Contato Bloco Terminal Corpo da Chave Base

Cabeote Bloco de Contato/ Terminal Corpo da Chave

Encaixvel

No-Encaixvel

Componentes BsicosAtuador CabeoteO atuador a parte da chave que entra em contato com o objeto a ser detectado. O cabeote aloja o mecanismo que transforma o movimento do atuador em movimento de contato. Quando o atuador deslocado como se deve, o mecanismo faz funcionar os contatos da chave. O bloco de contato aloja os elementos do contato eltrico da chave. Geralmente, apresenta de 2 a 4 pares de contatos. O bloco terminal contm terminaes com parafusos. Aqui onde a conexo eltrica (fiao) entre a chave e o restante do circuito de controle acontece. O corpo da chave aloja o bloco de contato em um interruptor de corpo encaixvel. Aloja uma combinao de bloco de contato e bloco terminal no interruptor de corpo no-encaixvel. A base aloja o bloco terminal em um interruptor de corpo encaixvel. Os interruptores de corpo no-encaixvel no possuem uma base separada.

Bloco de Contato Bloco Terminal Corpo da Chave

Base

3-2



CHAVES FIM DE CURSOEstrutura da Chave Fim de Curso/NEMA vs. IEC

NEMA vs. IECOs painis e contatos para uma chave fim de curso esto estruturados e classificados com base em padres desenvolvidos por comits tais como a IEC - International Electrotechnical Commission (Comisso Internacional Eletrotcnica) ou a NEMA - National Electrical Manufacturers Association (Associao Nacional de Fabricantes de Material Eltrico). Os estilos de chaves NEMA e IEC diferem em muitos aspectos, incluindo tamanho do corpo, vida mecnica, durabilidade, material tpico do invlucro e padro de furos de montagem. O estilo das chaves NEMA geralmente apresentado como sendo mais robusto e tendo uma vida mais longa de funcionamento enquanto o estilo "internacional" dos produtos IEC se caracteriza por tamanhos mais compactos e menos dispendiosos. Os padres e suas diferenas esto mais detalhados no captulo Conceitos Bsicos para a Aplicao de Sensores, na pgina1-1.

Invlucros Encaixveis vs. No-encaixveisUma chave fim de curso estilo NEMA pode ser instalada num invlucro encaixvel ou no-encaixvel.

Invlucros No-Encaixveis

Os primeiros invlucros desenvolvidos foram o de tipo no-encaixveis. So caixas com coberturas separadas. A vedao entre o cabeote, corpo e cobertura mantida por uma junta de anel e uma junta plana. As chaves fim de curso no-encaixveis so oferecidas numa vasta gama de estilos conforme as especificaes IEC ou NEMA.

Figura 3.2: Invlucros No-Encaixveis

Junta

Cobertura



3-3

CHAVES FIM DE CURSOEstrutura da Chave Fim de Curso/Invlucros Encaixveis vs. No-encaixveis

Invlucros Encaixveis

Foram desenvolvidos para facilitar a substituio de uma chave, se necessrio. Ao contrrio do conceito de caixa e cobertura, esses invlucros se dividem na metade para permitir o acesso ao bloco terminal para a fiao. Um conjunto de pinos no corpo da chave se "conecta" em soquetes na base para estabelecer a conexo eltrica entre o bloco de contato e o bloco terminal. A base do encaixvel aloja a fiao eltrica e montada na instalao inicial. Como no possui partes mveis que possam quebrar ou sofrer desgastes, a base raramente precisa ser substituda. Se a chave for danificada ou sofrer desgaste, o corpo da chave com cabeote removido, um novo corpo da chave com cabeote conectado base e a chave est pronta para funcionamento. Uma nova fiao no necessria. Um anel fornece a vedao entre o cabeote de operao e a cobertura da chave enquanto uma junta customizada protege o corpo da chave contra a entrada de leo, poeira e lquidos refrigerantes.

Figura 3.3: Invlucro Encaixvel

Pinos

Junta

Os invlucros encaixveis apresentam-se em uma gama de estilos, conforme as especificaes da NEMA. Os benefcios do projeto do invlucro encaixvel incluem: Instalao sem remoo da cobertura (a remoo da cobertura exigida para alguns estilos de no-encaixveis) No h partes mveis localizadas na base Tempo de parada reduzido porque o cabeote e o corpo podem ser substitudos rapidamente sem afetar a fiao na base.

3-4



CHAVES FIM DE CURSOEstrutura da Chave Fim de Curso/Tipos e Funes de Atuadores

Tipos e Funes de AtuadoresQuando no h fora ou torque aplicados ao atuador, significa que o mesmo est na posio de repouso. A posio para a qual o atuador deve ser movido com o objetivo de operar os contatos chamada de ponto de desarme ou posio operacional. Quando o movimento do atuador revertido, a posio qual os contatos voltam ao seu estado original chamada de ponto de reset ou posio de liberao. Existem 3 tipos de atuadores comuns: Rotao lateral Posicionamento lateral ou superior Haste flexvel ou haste super flexvel

Atuador por Rotao Lateral

Um atuador por rotao lateral um eixo estendido do lado de um cabeote da chave fim de curso que opera os contatos de chave quando rodados. Pode mover-se nas direes horrio e/ou anti-horrio, e projetado para operaes em um ou nos dois sentidos. Um brao da alavanca normalmente fixado ao eixo, permitindo a passagem de objetos para ativar a chave ao empurrar a alavanca.Posio de Parada (Repouso)

Figura 3.4: Atuao da Chave por Rotao Lateral com Brao da Alavanca

Percurso para Resetar os Contatos

Pontos de Reset

Ponto de Desarme

Percurso Mximo



3-5

CHAVES FIM DE CURSOEstrutura da Chave Fim de Curso/Tipos e Funes de Atuadores

Os mltiplos tipos de brao de alavanca podem ser utilizados com este tipo de chave.Figura 3.5: Exemplos de Brao de Alavanca

Alavanca Rolante

Alavanca Rolante com Ajuste Micromtrico

Alavanca Rolante com Ajuste de Comprimento

Alavanca de Barra

Alavanca de Nylatron em Forma de Looping

Alavanca em Forma de Garfo

Atuadores com Acionamento Lateral ou Superior

Um atuador posicionado na lateral ou na parte superior uma barra curta (boto) ao lado ou na parte superior de um cabeote de uma chave fim de curso que opera os contatos da chave quando pressionado. Normalmente, projetado com um mecanismo com retorno por mola que volta sua posio original quando a fora atuadora removida. Alguns projetos com posicionamento lateral ou na parte superior utilizam barras que no possuem retorno por mola e devem ser empurradas na posio contrria para resetar os contatos.Percurso para Reset Percurso para Operao

Figura 3.6: Atuao de Chave Fim de Curso com Acionamento Superior

Posio de Parada (Repouso)

Ponto de Reset

Ponto de Desarme

Ponto de Abertura Positiva

Percurso Mximo

Esse tipo de atuador uma barra plana, uma barra com uma extremidade rolante ou uma barra pressionada por uma alavanca.Figura 3.7: Exemplos de Atuador com Acionamento Lateral e SuperiorBarra com Acionamento Superior

Rolante com Acionamento Superior

Barra com Acionamento Superior Ajustvel

Alavanca com Acionamento Superior

Barra com Acionamento Lateral

Rolante com Acionamento Lateral

3-6



CHAVES FIM DE CURSOEstrutura da Chave Fim de Curso/Caractersticas e Operao dos Contatos

Atuao por Haste Flexvel ou Super Flexvel

Um atuador com haste flexvel ou haste super flexvel uma vareta longa e estreita no cabeote da chave fim de curso que opera os contatos de chave quando inclinada a partir da posio vertical. As hastes flexveis so tipicamente varetas de nylon, enquanto as hastes super flexveis so feitas de fio flexvel. Podem ser operadas em qualquer direo (movimento similar ao joystick) e retornar sua posio original quando a fora atuadora removida.Percurso para Operao de Contatos Percurso para Resetar os Contatos

Figura 3.8: Atuao da Chave Fim de Curso de Haste Super Flexvel

Ponto de Reset

Percurso Mximo

Posio de Parada (Repouso)

Caractersticas e Operao dos ContatosMantido x MomentneoOs contatos de uma chave fim de curso mudam de estado quando uma fora ou um torque predeterminados so aplicados ao atuador. Uma chave com retorno por mola (momentnea) retorna seus contatos sua posio original quando a fora operante removida. Os contatos de uma chave mantida permanecem na posio atuadora at que uma fora ou torque seja aplicado na direo contrria. Uma chave fim de curso tpica contm de 2 a 4 pares de contatos. Como cada par de contatos usado para abrir e fechar um circuito de controle, as chaves esto descritas como dispositivos de "2 circuitos" ou "4 circuitos". "Normalmente Aberto" e "Normalmente Fechado" descrevem o estado de cada par de contatos quando a chave encontra-se nas posies de parada ou repouso. Os contatos normalmente abertos esto abertos e os contatos normalmente fechados esto fechados quando no h fora ou torque sobre o atuador. Na Figura 3.9 a seguir, os contatos 1-2 so normalmente abertos e os contatos 3-4 so normalmente fechados.

2 Circuitos x 4 Circuitos Normalmente Aberto x Normalmente Fechado



3-7


Contatos por Encaixe

Nessa estrutura de contato, o movimento do atuador aplica fora em um mecanismo centralizado, que cria uma rpida mudana do contato quando o ponto do desarme alcanado. Revertendo o movimento do atuador para o ponto de reset determinado faz com que os contatos se encaixem de volta sua posio original. Os contatos por encaixe apresentam pontos de reset e desarme diferentes. A distncia entre os pontos de reset e desarme so identificados como o percurso para reset, histerese ou diferencial. O percurso finito para reset ajuda a evitar mudanas mltiplas de estado, caso o objeto que atua a chave estiver sujeito vibrao. Os contatos por encaixe garantem o desempenho repetido nas aplicaes que envolvem atuadores de baixa velocidade. A quantidade de percursos dos contatos tambm no depende da quantidade de percurso dos atuadores.

Figura 3.9: Movimento do Contato por Encaixe

1

2

3

1

2

1

2

1

2

N.A. N.F.3 4 3 4 3 4

N.A. N.F.

Estado No Atuado

Contatos se Aproximam do Ponto de Desarme

Mudana de Estado do Contato N.A. = Normalmente Aberto N.F. = Normalmente Fechado

Contatos com Fechamento e Abertura Lentos

Nessa estrutura de contato, a velocidade e a distncia do percurso dos contatos depende da velocidade e a distncia do percurso do atuador, sendo que cada par de contato tem seu prprio ponto de desarme. Isso desejvel quando o usurio no quer que todos os contatos mudem de estado simultaneamente. Os contatos com fechamento e abertura lentos no apresentam um percurso considervel para reset. Isso significa que o ponto de desarme e de reset para um determinado par de contatos coincidem.

Figura 3.10: Movimento do Contato com Fechamento e Abertura Lentos

2 CircuitosAtuador Eixo Extensor N.F. N.F. Elemento de Contato N.A. N.A. N.F.

4 CircuitosAtuador Eixo

Extensores

N.F. = Normalmente Fechado N.A. = Normalmente Aberto

Elemento de Contato N.A.

3-8




Contatos de Ao para Abertura Direta

Os contatos de ao para abertura direta so conhecidos por vrios nomes, inclusive de "ao direta" e "abertura positiva". O padro 60947-5-1 da IEC define esse recurso como "a obteno da separao do contato como o resultado direto de um movimento especfico do atuador da chave atravs de membros no elsticos (independem de molas). " As chaves com ao para abertura direta acoplam diretamente a fora do atuador para os contatos para que a fora interrompa at mesmo o contato soldado. Embora os mecanismos possam conter molas, eles no contam com a interface de apenas uma mola porque uma mola pode falhar ou ter fora insuficiente para abrir a solda. A ao para abertura direta pode ser projetada na ao por encaixe e nas chaves fim de curso com fechamento e abertura lentos.

Figura 3.11: Movimento do Contato Para Abertura Direta na Chave Fim de Curso por Encaixe

1

2

1

2

1

2

3

4

3

4

Estado de Parada

Contatos se Aproximam do Ponto de Desarme

31 2

41 2

3

4

3

4

Mudana de Estado do Contato atravs do Mecanismo de Mola

Mecanismo de Abertura Positiva Atuando

Em muitos projetos, o ponto que o mecanismo de abertura positiva atua est alm do ponto normal de desarme da chave. Isto quer dizer que as pessoas devem ter cuidado ao configurar a aplicao da chave fim de curso para que o atuador seja sempre movimentado alm do ponto de abertura positiva. Quando isto no feito, a chave poder no abrir os contatos normalmente fechados caso ocorra solda.



3-9


Os projetos de ao com abertura direta so exigidos para disjuntores, chaves de parada de emergncia, chaves de segurana fim de curso, interruptores de segurana com cabo e interruptores de segurana com gate para intertravamento em muitas aplicaes, conforme especificado nos padres nacionais e internacionais. Esses produtos esto marcados com um smbolo de ao para abertura direta, conforme apresentado na Figura 3.12.Figura 3.12: Smbolo de Ao para Abertura Direta Aparece na Chave e no Manual do FabricanteAberto 60 45 35 Fechado 15 0

1112 2324 Smbolo Smbolo Mostrado no Produto

Smbolo Mostrado no Diagrama de Distribuio de Contatos

Caractersticas de Operao do Contato

As especificaes dos movimentos de fora e do atuador exigidas para operar e resetar os contatos so chamadas de "caractersticas tpicas de operao". Para a maioria das chaves fim de curso, as caractersticas tpicas de operao esto estabelecidas num formato de tabela no manual do fabricante. Essas tabelas especificam a torque ou fora e o percurso do atuador exigido para a operao dos contatos, o percurso exigido para resetar os contatos e o percurso mximo permitido do atuador. O percurso para operar os contatos s vezes chamado de "pr-percurso". O percurso para resetar os contatos tambm conhecido como "percurso diferencial". O percurso mximo do atuador tambm chamado de "percurso total". Ao invs de percurso total, alguns fabricantes especificam a "ultrapassagem de percurso", que a distncia ou ngulo entre o ponto de desarme e a posio mxima de percurso. Nesse caso, o percurso total (mximo) a soma do percurso para operar (pr-percurso) e a ultrapassagem de percurso.

NOTA Um pr-percursoocorre antes do movimento do contato.

3-10




Para algumas chaves fim de curso do estilo IEC, as caractersticas tpicas de operao so apresentadas de forma grfica ao invs de tabelas. Essas planilhas so conhecidas como "diagramas de distribuio dos contatos". Os exemplos desses diagramas de chaves fim de curso de ao por encaixe e com fechamento/abertura lentos so apresentados abaixo.Figura 3.13: Diagrama de Distribuio dos Contatos para a Chave por Encaixe

As posies do atuador so apresentadas em graus para chaves tipo rotao.

O ponto onde o mecanismo para abertura direta acontece.

Ponto de Desarme (os dois contatos) Ponto de Reset (os dois contatos) Posio de Parada (Repouso)

Percurso Mximo Nmeros dos Terminais

80 45 35 15 0

Esta chave tem 2 conjuntos de contatos. Para chaves por encaixe, os contatos so apresentados 2 vezes para ilustrar a diferena entre o percurso na direo de desarme e na direo de reset.

{

2122 1314 1314 2122As reas em branco apresentam ngulos onde cada contato est aberto.

} }

Direo do Desarme Direo do Reset As reas preenchidas apresentam ngulos onde cada contato est fechado.

Figura 3.14: Diagrama de Distribuio de Contatos para a Chave com Fechamento/ Abertura Lentos

Pontos de Desarme e de Reset para os Contatos 23-24. Percurso Mximo Posio de Inrcia Nmeros dos Terminais

Ponto onde o Mecanismo para Abertura Direta Acontece.

Ponto de Desarme e de Reset para os Contatos 11-12 Posio de Parada (Repouso)

6 3.5 2.3 1.5 0mm

1112 2324As reas em branco apresentam posies onde cada contato est aberto.

Posies do atuador so apresentadas em milmetros ou polegadas para chaves estilo acionamento

As reas preenchidas apresentam posies onde cada contato est fechado



3-11

CHAVES FIM DE CURSOVantagens e Desvantagens da Chave Fim de Curso/Vantagens

Vantagens e Desvantagens da Chave Fim de CursoVantagensAs vantagens mecnicas das chaves fim de curso so: Fcil utilizao Operao visvel simples Invlucro duradouro Boa vedao para operao de segurana Alta resistncia para diferentes condies de ambiente encontradas nos segmentos industriais Alta repetibilidade Operao de abertura positiva para contatos (alguns modelos)

As vantagens eltricas das chaves fim de curso so: Adequao para comutao de cargas de potncia mais elevada que outras tecnologias sensoras (tpico 5 A 24Vcc ou 10 A 120Vca versus menos de 1A para sensores de proximidade ou fotoeltricos) Imunidade interferncia de rudos eltricos Imunidade interferncia de rdio freqncia (walkie-talkies) Ausncia de fuga de corrente Queda mnima da tenso Operao simples normalmente aberta e/ou normalmente fechada

DesvantagensAs desvantagens das chaves fim de curso so: Vida de contato mais curta do que as tecnologias de estado slido Peas mecnicas mveis podem apresentar desgaste Nem todas as aplicaes podem usar deteco por contato

3-12



CHAVES FIM DE CURSOAplicaes Tpicas/Desvantagens

Aplicaes Tpicas Sistemas transportadores Mquinas de transferncia Tornos automticos Mquinas de fresa e perfurao Furadeiras e fresadoras Equipamento de produo de alta velocidade

Exemplo 3.1:Verificao da Posio

Chaves Fim de Curso para Verificao de Escotilha Aberta/Escotilha Fechada



3-13

CHAVES FIM DE CURSOAplicaes Tpicas/Desvantagens

Exemplo 3.2:Beneficiamento de Madeira

Chave Fim de Curso para Trmino de Percurso para Deteco de Peas Chave Fim de Curso para Indicao de Desalinhamento do Transportador

Exemplo 3.3:Contagem e Deteco de Peas

3-14



4Deteco por Proximidade IndutivaOs sensores de proximidade indutivos so dispositivos de estado slido projetados para detectarem objetos metlicos. A natureza sem contato da tecnologia acoplada com a ausncia de partes mveis significa que com a instalao adequada, os sensores de proximidade indutivos no esto sujeitos avaria ou desgaste mecnicos. Alm disso, eles funcionam bem em ambientes muito sujos, onde no so afetados pelo acmulo de contaminantes tais como: p, graxa, leo ou fuligem, na face sensora. Isto transforma a tecnologia indutiva em um candidato ideal para utilizao nas aplicaes industriais pesadas. Um sensor de proximidade indutivo funciona com base no princpio ECKO (Eddy Current Killed Oscillator). Os sensores de proximidade indutivos so projetados para gerar um campo eletromagntico. Quando um objeto metlico penetra nesse campo, as correntes de superfcie, conhecidas como correntes de Foucault, so induzidas no objeto metlico. Essas correntes de Foucault drenam a energia do campo magntico, o que resulta na perda de energia no circuito do oscilador e, conseqentemente, h uma reduo na amplitude de oscilao. O circuito acionador detecta essa alterao e gera um sinal para comutar a sada em LIGAR ou DESLIGAR. Quando o objeto se afasta da rea do campo eletromagntico, o oscilador se regenera e o sensor retorna ao seu estado normal.Figura 4.1: Operao Tpica de Proximidade por InduoO oscilador se movimenta com energia total quando no h alvo O oscilador reduz sua velocidade medida que o campo comea a ser interrompido

O oscilador pra e o metal detectado

O oscilador comea a se regenerar ao passo que o alvo se afasta do campo

Sensor

Posio do Alvo Metlico

O oscilador se move com a mxima energia quando no h alvo

Os sensores de proximidade indutivos detectam tanto os metais ferrosos (que contm ferro) quanto os no-ferrosos. Normalmente, os sensores de proximidade indutivos so utilizados para a deteco da posio dos alvos metlicos na usinagem automatizada, deteco de partes metlicas nas montagens automatizadas e deteco de presena de continer de metal no acondicionamento automatizado de alimentos e bebidas.



4-1

DETECO POR PROXIMIDADE INDUTIVAEstrutura do Sensor de Proximidade Indutivo/Componentes Bsicos

Estrutura do Sensor de Proximidade IndutivoUm sensor de proximidade indutivo consiste em quatro componentes bsicos: Figura 4.2: Componentes do Sensor Indutivo

Conjunto de Ncleo de Bobina e Ferrite Oscilador Circuito acionador Circuito de sadaConjunto de Ncleo de Bobina e Ferrite Oscilador Sada de Estado Slido

Circuito Acionador (Sensor)

Componentes BsicosConjunto do Ncleo de Bobina/Ferrite Oscilador Circuito AcionadorO conjunto do ncleo de bobina e ferrite gera um campo eletromagntico da energia eltrica que o oscilador fornece. O oscilador fornece energia eltrica para o conjunto do ncleo de bobina e ferrite. O circuito acionador detecta as alteraes na amplitude de oscilao. As alteraes ocorrem quando o alvo metlico penetra ou se afasta do campo magntico que se irradia da face sensora. Quando uma alterao consistente no campo magntico for detectada, a sada de estado slido fornece um sinal eltrico para uma interface do CLP ou lgica da mquina. Esse sinal indica a presena ou ausncia de alvo metlico no campo sensor.

Sada de Estado Slido

4-2




Estrutura Blindada versus No BlindadaCada sensor de proximidade indutivo pode ser classificado conforme a apresentao de uma estrutura blindada ou no blindada.

Distncia Sensora Tpica Blindada e No BlindadaFigura 4.3: Distncia Sensora Nominal Tpica Blindada versus No Blindada

A distncia operacional do sensor de proximidade indutivo a funo do dimetro da bobina sensora e leva em considerao se a estrutura blindada ou no. As novas configuraes de proximidade indutiva permitem um aumento da faixa de deteco.15 15

10 8 5 4 3 1 2

Distncia Sensora Nominal (mm)

1.5 S = Blindada N = No Blindada

S N 8mm

S N 12mm

S 18mm

N

S 30mm

N

Dimetro do Sensor

Estrutura Blindada

Os sensores blindados so construdos com anel blindado que circunda o conjunto e o ncleo da bobina. Isto concentra o campo eletromagntico na direo da face sensora. Nos sensores com invlucros metlicos, o invlucro geralmente fornece a blindagem.

Figura 4.4: Conjunto do ncleo e da bobina do sensor blindadoBobina

Invlucro

Blindagem

Ncleo de Ferrite

A estrutura blindada permite que o sensor seja montado no mesmo nvel das adjacncias metlicas sem causar um acionamento falso.Figura 4.5: Sensores Blindados Montados no Mesmo Nvel e Juntos

Metal



4-3


Estrutura no Blindada

Os sensores no blindados no so construdos com uma cinta metlica ao redor do conjunto do ncleo/bobina. Portanto, o campo eletromagntico gerado pelo sensor no blindado no to concentrado em direo face sensora quanto em um sensor blindado. Isto torna os sensores no blindados mais sensveis aos metais que os circundam. A estrutura no blindada oferece at 50% mais de faixa de deteco do que um sensor blindado do mesmo tamanho. Por causa da maior faixa de deteco, a deteco dos alvos difceis pode se tornar mais fcil com a utilizao dos sensores no blindados.

Figura 4.6: Conjunto do Conjunto do Ncleo e Bobina do Sensor no BlindadoBobina

Invlucro Ncleo de Ferrite

Os sensores no blindados no podem ser montados no mesmo nvel do metal. Com o intuito de evitar um acionamento falso, esses sensores devem ser montados com uma zona livre de metais em volta da face sensora.Figura 4.7: Estrutura No Blindada Montada com uma Zona Livre de Metal

Metal

Consideraes de Espaamento

O dimetro da bobina sensora determina o espaamento entre os sensores. Os sensores no blindados devem ser posicionados mais distantes do que os blindados porque seus campos sensores se alastram lateralmente, tomando-se por base a face sensora, e produziro leituras falsas caso forem sobrepostos.

Figura 4.8: Espaamento de Sensores No Blindados

Correto

Incorreto

4-4




As necessidades de espaamento para sensores especficos variam. Entretanto, os sensores blindados geralmente requerem a distncia de um dimetro da face sensora entre os sensores adjacentes, e dois dimetros da face sensora entre os sensores montados face-a-face.Figura 4.9: Diretrizes para Espaamento entre Sensores Blindados Face a Face ou Adjacentes

d

d

d

3 Sn

2d

2d d d = dimetro largura da face sensora ativa Sn = distncia sensora nominal

d

d

Os sensores no blindados geralmente requerem o espaamento de trs dimetros da face sensora entre os sensores adjacentes, e quatro dimetros da face sensora entre os sensores montados face-a-face.Figura 4.10: Diretrizes para Espaamento entre Sensores No Blindados Face a Face ou Adjacentes

d

>3d 3d

d

3 Sn 4d

0,4d 4d

d 4d d d = dimetro ou largura da face sensora ativa Sn = distncia sensora nominal



4-5

DETECO POR PROXIMIDADE INDUTIVAConsideraes sobre os Alvos/Faixa de Deteco versus Material e Tamanho do Alvo

Consideraes sobre os AlvosA distncia operacional do sensor de proximidade indutivo varia a cada alvo e aplicao. A habilidade do sensor em detectar o alvo determinada pelo material, tamanho e formato do alvo metlico.

Faixa de Deteco versus Material e Tamanho do AlvoA Distncia Operacional Nominal (Sn) do sensor a quantidade convencional utilizada para designar a distncia em que o alvo padro se aproxima da face sensora, causando a alterao do sinal de sada. Um alvo padro definido como uma pea quadrada de ao doce com espessura de 1mm (0,04 polegada), com comprimentos laterais iguais ao dimetro da face sensora, ou trs vezes a distncia operacional nominal, ou o que for maior.Figura 4.11: Alvo Padro para Sensores de Proximidade Indutivos

1mm

d Ao Doce

d = dimetro do sensor ou 3 vezes a distncia sensora, ou o que for maior.

A distncia operacional nominal para alvo do ao doce padro utilizada como ponto de referncia. Nas aplicaes tpicas, a distncia operacional afetada no s pela composio do alvo, mas tambm pelo seu tamanho e formato. A distncia operacional nominal do alvo de ao doce padro deve ser multiplicada pelo fator de correo para determinar a distncia operacional nominal para outros tipos de metais.

Efeitos do Material do AlvoOs fatores de correo tpicos para metais diferentes so mostrados na figura a seguir.

4-6



DETECO POR PROXIMIDADE INDUTIVAConsideraes sobre os Alvos/Efeitos do Formato e Tamanho do Alvo

Figura 4.12: Fatores de Correo Tpicos

Ao doce Ao inoxidvel Bronze Alumnio Cobre Distncia Operacional Mxima (Ponto Detectado)

1,0 x Distncia Operacional Nominal 0,9 x Distncia Operacional Nominal 0,5 x Distncia Operacional Nominal 0,45 x Distncia Operacional Nominal 0,4 x Distncia Operacional Nominal

Fatores de Correo do Alvo para Sensores de Proximidade Indutivos

Diferentemente do ao doce padro, utiliza-se um fator de correo para determinar a distncia sensora para outros materiais. A composio do alvo possui um amplo efeito na distncia sensora dos sensores de proximidade indutivos. Se um alvo for construdo utilizando-se um dos materiais catalogados, multiplique a distncia sensora nominal pelo fator de correo relacionado para determinar a distncia sensora nominal para aquele alvo. Observe que os sensores seletivos no ferrosos no detectaro ao ou aos inoxidveis do tipo ferroso. Da mesma forma, os sensores seletivos ferrosos no detectaro metais no ferrosos. Os fatores de correo relacionados abaixo so fornecidos somente como referncia. Consulte a tabela de especificao de produto para o sensor que deseja utilizar. Os materiais comuns e seus fatores de correo especficos foram relacionados em cada pgina de especificao do produto. (Faixa de Deteco Nominal) x (Fator de Correo) = Faixa de DetecoTabela 4.1:Fatores de Correo

Material AlvoAo doce Ao Inoxidvel Bronze Alumnio Cobre

Fator de Correo Aproximado1,0 0,85 0,50 0,45 0,40

Efeitos do Formato e Tamanho do AlvoO tamanho e o formato do alvo precisam ser considerados ao escolher um sensor de proximidade indutivo. Os pontos a seguir devem ser usados como diretrizes gerais ao corrigir o tamanho e formato do alvo: Alvos planos so preferveis Alvos arredondados podem reduzir a distncia operacional



4-7

DETECO POR PROXIMIDADE INDUTIVAConsideraes sobre os Alvos/Seleo de Sensores para Materiais Metlicos, Ferrosos e No Ferrosos

Materiais no ferrosos normalmente reduzem a distncia operacional para todos os modelos de deteco de metal Alvos menores que a face sensora normalmente reduzem a distncia operacional Alvos maiores que a face operacional podem aumentar a distncia sensora Chapas podem aumentar a distncia operacional

A distncia operacional nominal no leva em considerao as tolerncias de fabricao ou as variaes, em razo das condies externas tais como: tenso ou temperatura. Considerando esses fatores, a distncia operacional real de um determinado sensor pode variar at 20% da distncia operacional nominal.

Seleo de Sensores para Materiais Metlicos, Ferrosos e No FerrososTodos os sensores sensveis a metais ou sensores de proximidade indutivos padro detectam qualquer metal colocado em frente face sensora. Um sensor seletivo ferroso (qualquer metal que contm ferro) ignora bronze, alumnio ou cobre, ao passo que um sensor no ferroso (qualquer metal que no contm ferro) ignora ao ou aos inoxidveis do tipo ferroso. Os sensores seletivos ferrosos e no ferrosos podem ser muito poderosos nas aplicaes onde o sensor necessrio para detectar um metal, ao mesmo tempo em que ignora outro. Por exemplo, na usinagem de uma pea de alumnio, um sensor seletivo ferroso pode ser usado para detectar a ferramenta de corte de ao endurecido, ao mesmo tempo em que se ignora o bloco e os cavacos de alumnio que foram criados durante o processo de usinagem. Os sensores seletivos no ferrosos tambm permitem at 400% mais de faixa de deteco para materiais no ferrosos do que todos os modelos metlicos (padro). No h fatores de correo; todos os metais no ferrosos so detectados na distncia operacional nominal total.

4-8




Movimento do ObjetoOs objetos que esto sendo detectados podem se aproximar de uma chave de proximidade ou da face sensora ativa (eixo de referncia), ou recuar da face sensora.

Aproximao Lateral

Na maioria das aplicaes, a confiabilidade do sensor aumentada quando o objeto intercepta a frente da face ativa. Isto se deve a uma face sensora mais controlada em relao distncia do objeto. Quando utilizar esse modo de deteco, uma considerao crtica deve ser a freqncia de comutao ou a velocidade de resposta. A freqncia de comutao adotada o tempo para mudar o estado da sada, de normal a alterado para normal. A freqncia de comutao a velocidade mxima em que um sensor emitir pulsos individuais e discretos, ao mesmo tempo em que o alvo penetrar e sair do campo de deteco. Esse valor depende sempre do tamanho do alvo, da distncia da face sensora e da velocidade do mesmo. A freqncia de comutao indica o nmero mximo possvel de operaes de comutao por segundo. O mtodo de medida para determinar a freqncia de comutao nominal com alvos padres est especificado por DIN IEC 60947-5-2. Quaisquer modificaes no tamanho ou no material do alvo influenciaro na resposta real da freqncia de comutao.d

Freqncia de Comutao

Figura 4.13: Freqncia de Comutao

Chave de Proximidade Direo do MovimentoSn 2

m

2xm

Alvos de Ferro ou Ao

m Material no Magntico e no Condutivo

m=d

Aproximao Direta do Alvo (Radial)

Quando o alvo se aproxima de um sensor de proximidade diretamente em direo face, a confiabilidade poder ser melhorada ao se considerar os efeitos da histerese. Observe que a freqncia de comutao deve tambm ser considerada na aproximao direta ao objeto.



4-9


Histerese (Percurso Diferencial)

A diferena entre os pontos de operao e liberao denominada histerese ou percurso diferencial. A quantidade de percurso necessria do alvo para a liberao aps a operao, deve ser calculada ao selecionar os alvos e os locais do sensor. A histerese necessria para ajudar a evitar rudos (ligar e desligar rapidamente) quando o sensor e/ou alvo estiv

fundamentos de deteccao de presenca - allen braddley

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