INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA

Área Departamental de Engenharia Mecânica

Figura nº1 Painel Pneumático Didático

Relatório dos trabalhos da unidade curricular

Automação de Processos Industriais

Grupo 4:

Filipe Tomé nº 33276

Gabriel Gonçalves nº 37299

Orientador: Prof. Mário J. G. C. Mendes

Janeiro 2014

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Índice

Indice 2

Introdução 3

Equipamento 4

Equipamento Trabalho 1 4

Equipamento Trabalho 2 7

1º Trabalho 8

Etapas do método sequencial 8

Diagrama de movimentos 8

Tabela de possibilidades 9

Diagrama de sensores 10

Diagrama de impulsos 11

Equações do sistema 12

Esquema CETOP 13

Aplicação num ciclo real 13

2º Trabalho 14

Ciclo obtido 15

Equações usadas 15

Entradas e saídas 15

Diagrama LAD 16

Programação na consola Eberle 17

Conclusões 18

Bibliografia 19

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Introdução

A pneumática e a óleo-hidráulica são aplicadas em diversas indústrias que utilizam

ferramentas de corte, sistemas de elevação de cargas, entre outros, com o objetivo de

otimizar os seus processos e aliviar as cargas aos trabalhadores, podendo ser operados

manualmente ou automaticamente com recurso a sensores e autómatos programáveis.

Assim, de forma a aplicar os conteúdos teóricos aprendidos nas aulas, foram realizados

2 trabalhos práticos utilizando os painéis didáticos disponíveis, sendo que os 2 trabalhos

apesar de implementados de forma diferente ( automação cablada/programada), no

fundo têm a mesma base.

4

EQUIPAMENTO

Equipamento 1º trabalho

1- Atuadores pneumáticos

Estes cilindros pneumáticos são classificados como de duplo efeito porque

podem realizar trabalho, com um conjunto haste-êmbolo, no avanço como no

recuo, impulsionado por ar comprimido que é injectado nas suas câmaras,

positiva e negativa, através de válvulas.

Figura nº2 atuador pneumático

2- Sensores

Para que informe se a haste do cilindro recolhida ou extraída, temos sensores,

quando actuado pelo êmbolo, indica a posição inicial ou final do cilindro, por

alteração da posição da gaveta interna. Quando não está a ser actuado, o seu

retorno é por mola.

Figura nº 3 Sensor

5

3- Portas Lógicas

OR

Elemento com duas entradas e uma saída embora, neste caso, quando entra o ar

comprimido por um dos lados a outra entrada fecha automaticamente, através de

uma esfera no seu interior, e vice-versa.

Figura nº 4 OR

AND

Elemento com duas entradas e uma saída embora, neste caso, quando entra o ar

comprimido por um dos lados a outra entrada fecha automaticamente, através de

uma esfera no seu interior, e vice-versa

Figura nº5 AND

4- Válvulas 5/2

BIESTÁVEIS

Estas válvulas foram utilizadas para controlar o avanço e recuo dos actuadores e

também como memórias.

Figura nº6 Válvula biestável

6

MONOESTÁVEIS

Estas válvulas têm a sua particularidade de ser uma válvula cujo seu retorno é

feito por auxílio de uma mola.

Figura nº 7 Válvula monoestável

5- Start

Este componente é sempre passivo e, como o nome indica, dá indicação de

accionamento ou paragem do circuito.

Figura nº8 Start

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Equipamento 2º trabalho (painel com válvulas biestáveis)

1- Atuadores pneumáticos (idênticos aos do trabalho 1 )

2- Sensores (idênticos aos do trabalho 1 )

3- Consola programável Eberle

Esta consola permite introdução de linhas de código que servem para

programação dum autómato que irá controlar o sistema onde está implantado

de modo a seguir os passos definidos pelo operador.

Figura nº 9 Consola portátil Eberle

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1º Trabalho

O 1º trabalho teve como objetivo determinar as equações booleanas e posteriormente

implementá-las no painel do laboratório.

Etapas do método sequencial

Diagrama de movimentos

Onde estão expressos os movimentos dos diferentes atuadores, sendo que neste

diagrama apenas os estados finais são relevantes (haste recolhida – 0; haste avançada –

1). É ainda de referir que as linhas horizontais significam os estados finais 0 e 1,

enquanto as linhas oblíquas descrevem a transição de um estado para outro. O diagrama

de movimentos do trabalho encontra-se na figura abaixo.

Figura nº 10 Diagrama de movimentos

9

Tabela de possibilidades

Tem como objetivo determinar os estados físicos dos atuadores nas diferentes etapas do

sistema. Sendo que nesta etapa do processo que se pode verificar a existência de

incompatibilidades, como mostra a figura de seguida.

Figura nº 11 Tabela de possibilidades

Como se verificaram incompatibilidades (coluna 1 com coluna 7 e coluna 4 com coluna

6), pois o estado dos actuadores é o mesmo mas realizam funções distintas)

Para eliminar as incompatibilidades inserimos uma memoria.

10

Diagrama de sensores

O diagrama de sensores tem como objetivo mostrar os tempos do sistema em que os

sensores (a0,a1,b1,b0,c0,c1) estão acionados, sendo que o início dessa atuação se

representa com uma bola, e o seu recurso com uma linha. É de referir então que tem de

haver sempre intervalo entre linhas não preenchido pelos sensores do mesmo cilindro,

uma vez que o cilindro demora uma fase a mudar de estado (de 0 para 1 ou vice-versa),

excepção para as memórias, uma vez que a sua atuação é instantânea.

Figura nº 12 Diagrama de sensores

11

Diagrama de impulsos

O diagrama de impulsos é muito importante para obtenção das equações do sistema,

visto que é através dele que essas equações vão ser obtidas. É de referir que os impulsos

que os atuadores recebem podem ser momentâneos ou contínuos (permanecem durante

algum tempo), sendo que deste modo podemos ver os tempos limite para a permanência

dos atuadores.

Figura nº 13 Diagrama de impulsos

12

Equações do sistema

Através do método sequencial pudemos chegar às equações do sistema

A+ = b0.m11

A- = c0

B+ = c1.m10.a0 + a1.m11

B- = mola

C+ = a0

C- = St.b0.m10.a1

M1+ = b1.a0

M1- = b1.a1

Sensores activos: a0 /b0 /c0 /a1/ b1/ m10/ m11

Sensores Passivos: St /c1

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Esquema CETOP

Recorrendo às equações faz-se o esquema CETOP do ciclo, onde as linhas a verde

correspondem às linhas de potência, as linhas vermelhas a ligações das equações e os

símbolos a azul significam as entrada de ar comprimido.

Figura nº 14 Esquema CETOP

Aplicação do ciclo num equipamento real:

O ciclo dado , C-/A-/C+/B+/B-/A+/B+/B- , pode ser implementado numa linha em que

um produto, por exemplo um bloco de madeira paralelepipédico que cai num encaixe

como mostra a figura abaixo assim que o êmbolo C e A estão recolhidos, seguidamente

o êmbolo C é atuado de modo a servir de batente ao bloco e o cilindro B atua timbrando

a face do bloco de madeira. Depois do êmbolo B recolher, o cilindro A empurra o bloco

para cima e o cilindro B atua novamente para efetuar um segundo timbre no bloco.

Temos portanto uma máquina de timbrar automatizada.

14

Figura nº 15 esquema do ciclo para máquina de timbrar

2º Trabalho

Figura nº 16 Esquema do 2º trabalho

O segundo trabalho teve como objetivo a implementação dum ciclo idealizado pelos

alunos na consola Eberle. Para tal, foram dadas as condições que o sistema tinha que

cumprir e elaborado um ciclo que fosse de encontro ao pedido.

Foram determinadas as equações necessárias e programadas as linhas de código

necessárias para que o painel electropneumático reproduzisse o respetivo ciclo usando

Listas de Instruções.

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Ciclo Obtido :

A+/A-/B+/C+/C-/B-

Equações usadas:

A+ = b0.m10.st

A- = a1

B+ = a0.m11

B- = c0.m10

C+ = b1.m11

C- = c1

M1+ = a1

M1- = c1

Entradas e Saídas (as entradas I0 e I1 não foram utilizadas)

a 0 I2 start I11

a 1 I3 A+ O2

b 0 I4 A- O3

b 1 I5 B+ O4

c 0 I6 B- -->O5

c 1 I7 C+ O6

C- O7

Tabela nº 1 Entradas e Saídas utilizadas

16

Diagrama LAD

I3 A1

M1+ |-----------||---------------------( )--------|

I7 M1

M1- |-----------||---------------------( )--------|

I4 M1 I11 O2

A+ |-------||--------|/|------||----------( )------|

I3 O3

A- |--------------||---------------------( )------|

I2 M1 O4

B+ |----------||-----------||-------------( )------|

I6 M1 O5

B- |-------||--------------|/|------------( )------|

I5 M1 O6

C+ |----------||-----------||-------------( )-------|

I7 T4

C- |---------||--------------------------( )-------|

TB=2 k=3

T4 O7

|-------||-----------------------------( )------|

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Programação na consola Eberle:

Lista de instruções ( IL)

M1+ L I 003

S M 001

M1- L I 007

R M 001

A+ L I 004

AN M 001

A I 011

= O 002

A- L I 003

= O 003

B+ L I 002

A M 001

= O 004

B- L I 006

AN M 001

= O 005

C+ L I 005

A M 001

= O 006

C- (inserção do temporizador que atua

durante 3 segundos) L I 007

= T 004

TB = 2

K = 3

L T 004

= O 007

FINALIZAR EP

Tabela nº 2 Lista de instruções

A tabela nº2 contém a lista de instruções utilizada e está separada por secções de modo

a que se possa entender o que cada secção de instrução faz.

Para evitar possíveis problemas com o ciclo, a memória foi implementada logo no início

do código.

Na temporização do cilindro C, foi usada uma base 2 (TB=2) com K igual a 3, isto

permite ao autómato atuar durante os 3 segundos que são necessários.

Na programação do autómato, foi usada uma memória por haver uma incompatibilidade

no ciclo, desta forma o ciclo decorre sem quaisquer erros.

18

Através da consola portátil do Eberle, é possível programar o autómato de uma maneira

rápida e direta. Trata-se de uma plataforma simples e prática para implementar listas de

instruções.

Também é possível fazê-lo à distância através de controlo remoto que pode ser efetuado

a partir de um computador ligado via cabo ao autómato ou, ainda, via internet, com as

devidas condições de segurança informática, desde que o autómato possua a capacidade

de ser programado desta forma.

Conclusões

Ao concluir este relatório, obtivemos um melhor e maior conhecimento e

sensibilidade para a execução dos exercícios teóricos aplicados a situações reais, tal

como os exercícios desenvolvidos no livro Método Sequencial para Automação

Electropneumática.

No que toca à aplicação destes sistemas em situações reais, apercebemo-nos que

existem diversas opções para automatismos e diversas maneiras de os programar

utilizando os mesmos componentes. Os componentes são versáteis e, portanto, fáceis de

trabalhar e reutilizar em diferentes configurações. Por isto, estes sistemas tornam-se

económicos e práticos.

Como formando, após a reflexão dos conceitos teóricos transmitidos pelo

docente durante as aulas, estes trabalhos práticos foram muito enriquecedores para as

noções básicas desta matéria para a vida profissional do futuro engenheiro.

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Bibliografia:

Apontamentos teóricos das aulas de Automação de Processos Industriais

Novais, José Maria Almeida; “Método Sequencial para Automação

Electropneumática”; Lisboa, Fundação Calouste Gulbenkian; 5ª Edição, 2007

Novais, José Maria Almeida; “Programação de Autómatos – Método Grafcet”;

Lisboa, Fundação Calouste Gulbenkian; 4ª Edição, 2008