AutomaÃ§Ã£o e RobÃ³tica - EMR 002

MECNICA

MECNICA

EXEMPLO TPICO DE APLICAO

Conceitos

SISTEMAS HIDRULICOS :

-Normalmente trabalham com ALTA PRESSO ( ex.:210 atm = 21000 KPa )

- BAIXA VAZO ( ex.: 50 lpm )

SISTEMAS PNEUMTICOS :

-Normalmente funcionam com BAIXA PRESSO ( ex.: 7 atm = 700 KPa )

- ALTA VAZO ( ex.: 4000 lpm )

Conceitos

PRESSO ( P ) : responsvel pela CAPACIDADE do acionamento

Unidade no Sistema Internacional ( SI ) : Pascal [ Pa ]

Define a FORA nos movimentos LINEARES e / ou o TORQUE nos rotativos

POTNCIA DO FLIDO : a composio da VAZO com a PRESSO

Unidade no Sistema Internacional ( SI ) : Watt [ W ]

a ENERGIA TRANSPORTADA PELO FLUIDO no seu escoamento atravs da linha de

transmisso.

VAZO ( Q ) : responsvel pela RAPIDEZ do acionamento

Unidade no Sistema Internacional ( SI ) : Litros / Minuto [ lpm ]

Define a VELOCIDADE nos movimentos LINEARES e a ROTAO nos giratrios

Transmisso

UTILIZADO

LINHA DE TRANSMISSO

HIDRULICA : BOMBA

PNEUMTICA : COMPRESSOR

ATUADOR LINEAR

OU

ATUADOR ROTATIVO

LEO PRESSURIZADO

AR COMPRIMIDO

PDISPONVEL PUTILIZAO

DISPONVEL

Conceitos

SISTEMAS HIDRULICOS :

Vazo Fixa ( normalmente ) com Presso Varivel ( flutuante )

So aplicados em equipamentos / mquinas que requeiram grandes esforos

Apresentam uma boa performance quanto deslocamentos em baixa

velocidade ou rotao

So mais indicados nos acionamentos Lentos

SISTEMAS PNEUMTICOS :

Presso Fixa com Vazo Varivel

So empregados em dispositivos / mquinas que necessitam de pequenos

esforos

No possuem um bom desempenho em baixas velocidades ou rotaes

So mais adequados acionamentos Rpidos

Sistema Pneumtico Bsico

Cilindro de Dupla Ao Realiza o trabalho de acionamento

da carga acoplada na sua haste.

( Atuador Linear )

Vlvula Direcional

Executa o comando dos movimentos de

Avano e Retorno da Haste

Unidade de Preparao

Realiza a Filtragem + Regulagem de Presso

+ Lubrificao do Ar Comprimido

Silenciadores Diminuem o rudo no

escape do ar comprimido

para a Atmosfera

Alimentao de Ar Comprimido

( Rede de Distribuio ou Compressor )

Haste do Cilindro

( movimento LINEAR )

AVANO

RETORNO

Sistema Hidrulico Bsico

AVANO

RETORNO

Cilindro de Dupla Ao Realiza o trabalho de acionamento

da carga acoplada na sua haste.

( Atuador Linear )

Vlvula Direcional

Executa o comando dos movimentos de

Avano e Retorno da Haste

Filtro de Retorno

Executa a limpeza do

leo Hidrulico

( 10 - 25 microns )

Vlvula de Segurana

Responsvel pelo ajuste da Presso

Mxima admissvel no Sistema

Bomba Hidrulica

Transforma a Energia Mecnica recebida no seu

Eixo de Acionamento, em Energia Hidrulica

( engrenagens / palhetas / pistes )

Reservatrio de leo Armazena o leo hidrulico

e auxilia na troca de calor

com o meio ambiente

Haste do Cilindro

( movimento LINEAR )

APLICAES CIRCUITOS DE TRANSFERNCIA

APLICAES CIRCUITOS DE ALIMENTAO

APLICAES CIRCUITOS DE FIXAO

APLICAES CIRCUITOS DE AVANO PASSO A PASSO

APLICAES CIRCUITOS DE USINAGEM

APLICAES CIRCUITOS DE ESTAMPAGEM E DOBRA

APLICAES CIRCUITOS DE SEPARAO DE PEA

APLICAES CIRCUITOS COM SENSORES

Vlvula Direcional

Filtro com Regulador de Presso

Vlvula Controladora de Fluxo

Varivel Bidirecional

Vlvula Controladora de Fluxo

Varivel Unidirecional

Vlvula Reteno

COMPONENTES

LGICAS Vlvula Lgica OU

Vlvula Lgica E COMPONENTES

LGICAS

FIM DE CURSO

Fim de Curso

Direcional = 3 Vias / 2 Posies

Ex.1 Montar o sistema de comando bsico direto abaixo com o auxlio do Automation Studio e aps na bancada

fsica.

CIRCUITOS BSICOS

CIRCUITOS BSICOS

Ex.2 Montar o sistema de comando bsico indireto abaixo com o auxlio do Automation Studio e aps na

bancada fsica.

Ex.3 Montar o sistema abaixo de comando utilizando uma vlvula de duplo piloto positivo no Automation Studio e aps na bancada fsica. Identificar possveis aplicaes.

CIRCUITOS BSICOS

CIRCUITOS BSICOS

Ex.4 Montar o sistema abaixo utilizando a vlvula OU com o auxlio do Automation Studio e aps na bancada fsica.

Identifique seu funcionamento e aplicao.

CIRCUITOS BSICOS

Ex.5 Montar o sistema abaixo utilizando a vlvula E com o auxlio do Automation Studio e aps na bancada fsica.

Identifique seu funcionamento e aplicao.

CIRCUITOS BSICOS

Ex.6 - SISTEMA INTERMITENTE - Montar um sistema pneumtico que realize o movimento de avano do cilindro A atravs do acionamento de um boto com retorno por mola e

que o mesmo retorne automaticamente com o auxlio da vlvula direcional fim de curso ilustrada (FC+).

CIRCUITOS BSICOS

Ex. 7 - SISTEMA CONTNUO

- Montar um sistema pneumtico que realize o movimento de avano do

cilindro A e que o mesmo retorne automaticamente com o auxlio da vlvula

direcional de fim de curso ilustrada (FC+) e repita o acionamento atravs

da vlvula direcional de fim de curso (FC-) ao se pressionar e manter

pressionado o boto de partida

CIRCUITOS BSICOS EX. 8 = CIRCUITO MANUAL E AUTOMTICO COM BOTO PARTIDA E SELETOR DE MODO

LGICA SEQUENCIAL PROJETO DO CIRCUITO DE COMANDO UTILIZANDO O MTODO CASCATA

PROCEDIMENTO / ETAPAS

1- Escrever a Seqncia que define o Ciclo de Operao da Mquina utilizando letras Maisculas para cada Atuador, seguidas dos Sinais + para o movimento de Avano ( giro Horrio ) e - para o de Retorno ( giro Anti-Horrio ) 2- Dividir a Seqncia em Grupos, nos quais no se pode repetir a mesma letra. 3- Abaixo do Circuito de Potncia, traar Linhas Horizontais TRACEJADAS sendo uma para cada Grupo obtido acima. 4- Desenhar Vlvula(s) Direcional(is) Bi-Estvel(is) com Duplo Comando Pneumtico, abaixo dos Grupos traados, sendo que a Quantidade dessas Vlvulas sempre ser igual ao Nmero de Grupos menos 1. Chamaremos essa(s) Vlvula(s) de = MEMRIA(S)

LGICA SEQUENCIAL

5- Desenhar a(s) MEMRIA(S) numa COLUNA VERTICAL, considerando a numerao das mesmas, de cima para baixo como : 1, 2, 3, 4, ..........., n 6- Alimentar com Ar Comprimido SOMENTE a LTIMA MEMRIA ( n-sima ), e ligar os ESCAPES de TODAS para a Atmosfera, usando exaustores ( no silenciadores ) 7- Ligar a Sada LIVRE ( 2 ou 4 ) da n-sima MEMRIA com o LTIMO GRUPO ( tambm numerados de CIMA PARA BAIXO, com legendas : GRUPO I, GRUPO II, GRUPO III, etc. O objetivo manter pressurizado o LTIMO GRUPO enquanto no dada a PARTIDA no Equipamento. 8- A outra Sada dessa n-sima MEMRIA deve ser ligada para a ENTRADA da MEMRIA imediatamente acima dessa, no caso a (n-1) sima . 9- Havendo uma MEMRIA ACIMA da n-sima, ligar tambm a Sada da n-sima , com o Piloto Pneumtico da MEMRIA (n-1). 10- Repetir os passos 8 e 9 at chegar PRIMEIRA MEMRIA, que ter suas Sadas ( 2 e 4 ) automaticamente conectadas com os GRUPOS I e II . 11- A Sada do Boto Partida ( Vlvula Direcional 3 x 2 Normal Fechada Retorno por Mola ) deve ser dirigida para o PILOTO DA n-sima MEMRIA ,

LGICA SEQUENCIAL

12- Os Pilotos Pneumticos que restarem na(s) Vlvula(s) MEMRIA(S), devero ser ligados aos Fins-de-Curso ( FC ) que fazem a TRANSIO de um Grupo para o outro. 13- O passo final interligar adequadamente todos os Componentes pertencentes ao Circuito de Comando ( Linhas TRACEJADAS ), e para isso deve-se acompanhar a Seqncia da Esquerda para a Direita, at a concluso total do Ciclo de Operao do Equipamento em questo.

O CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL

A sigla CLP significa : CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL

Em ingls a abreviao equivalente : PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

Sua origem data dos anos 60 quando a Indstria Automobilstica, necessitando modificar

constantemente seus Painis Eltricos de Comando das mquinas, para adequ-las aos novos

produtos serem produzidos, encomendou aos pesquisadores o desenvolvimento de um micro-

controlador que permitisse essas alteraes, sem a demanda de muito tempo.

Com o decorrer dos anos, os CLPs passaram incorporar desenvolvimentos tecnolgicos, tais

como: miniaturizao, funes avanadas de programao, controle de sinais analgicos, PID,

redes de comunicao, etc.

Atualmente so encontrados em diversas reas de aplicao como : Indstria Siderrgica,

Petroqumica, Minerao, Aeronutica, Embalagens, Farmacutica, Bebidas, Cosmticos,

Automobilstica, Metalrgicas em geral, etc.

Introduo

ESTRUTURA : BASE / CDIGOS / NOTAO POSICIONAL.

BASE = Identifica / Nomeia o Sistema

CDIGOS = Definem os Dgitos que formam o Sistema

NOTAO POSICIONAL = Valor Relativo ocupado pelo Dgito

SISTEMA BASE CDIGO

Decimal 10 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9

Binrio 2 0 , 1

Octal 8 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7

Hexadecimal 16 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , A , B , C , D , E , F

Sistema de Numerao

TIPOS DE SINAIS MANIPULADOS POR UM CLP

SINAIS DIGITAIS : Apresentam apenas dois estados lgicos : ALTO e BAIXO.

So representados pelos nmeros binrios 0 ( um contato aberto - NA ) e 1 ( um contato fechado

- NF ) . No CLP esse tipo de sinal representado por um Bit

Como exemplos, temos os seguintes componentes : Boto / Fim-de-Curso / Sensor Magntico

Sensor Indutivo / Sensor Capacitivo / Indicador de Nvel / Termostato / Foto - Clula / etc

Nesses termos, abaixo apresentamos os nomes empregados para um determinado Nmero de Bits :

NMERO DE BITS DENOMINAO

4 Nibble

8 Byte

16 Word

32 Double - Word

Sinais

TIPOS DE SINAIS MANIPULADOS POR UM CLP

SINAIS ANALGICOS : Caracterizam-se por assumirem qualquer valor

dentro de um intervalo determinado pelo Nmero de Bits existentes.

Como exemplos temos os transdutores de um modo geral, empregados para aplicaes diversas tais

como : medio da temperatura de um ambiente, posio de um atuador, nvel contnuo de fluido

num recipiente, rotao de um eixo , presso dentro de um reservatrio, velocidade e acelerao de

um corpo, etc. Os Sinais Analgicos mais usados so : 0 20 mA / 4 20 mA / 0 10 Vcc / -

10 +10 Vcc / 0 + 5 Vcc / -5 +5 Vcc .

Abaixo, mostramos como um Controlador Lgico Programvel pode manipular Sinais Analgicos,

utilizando o Sistema Numerao Binria, que a base de funcionamento do mesmo.

1 1 0 0 1 0 0 1

1 byte

1 bit 1 Nibble

314 Octal CC Hex. 204 Decimal Binrio

Sinais

RESOLUO DE LEITURA versus NMERO DE BITS

Agora torna-se importante percebermos a influncia do Nmero de Bits

de um Transdutor de Sinal Analgico, no que se refere Preciso de Leitura

Vamos supor um Sensor Analgico enviando continuamente a posio ( ponto ponto) de um

Atuador Linear ( Cilindro Hidrulico / Pneumtico ) para uma de Entrada Analgica de um CLP.

Consideremos um Deslocamento de 0 100 mm, para o qual o Transdutor usado transmite um

Sinal de Tenso de -10 +10 Vcc obedecendo para tanto uma Variao Linear conforme o

desenvolvimento do produto realizado pelo fabricante do componente.

0 100

Posio

[ mm ]

Tenso

[ Vcc ]

0

+10

+50

Sada do Sensor

Analgico

Curso Total

Cilindro

Sinal Analgico

do Transdutor

Entrada

do CLP

Preciso

-10

-50

-50mm 0 +50mm

Coordenadas X

RESOLUO / PRECISO DE LEITURA

Graficamente vamos visualizar, como fica a Preciso de Leitura da Posio Real ocupada pela haste

do cilindro, que corresponde ao Sinal de Tenso enviado pelo Transdutor Linear de Posio,

dependendo do Nmero de Bits disponvel no mesmo.

Sensor Analgico

0 100

-10 +10 Tenso de Sada

[ Volts ]

Deslocamento do Atuador

[ mm ]

Resoluo =

Entrada do CLP ( Conversor A / D )

+10 -10 Tenso no Mdulo Entrada

Resoluo =

( Variao LINEAR do

Sinal de Sada do Transdutor ) ( Variao DISCRETIZADA

numa progresso Binria )

Preciso

+10 - (-10 )

( 100 - 0 ) 0,2

Volts

mm

Divises Digitais :

( Menor Leitura entre dois Nmeros Consecutivos )

igual Quantidade de Nmeros - 1

Quantidade de Nmeros = 2 N

N = Nmero de Bits

+10 - ( -10 )

2 N - 1

Volts

Diviso

20

2 N - 1

PRECISO DE LEITURA

Nmero

de

Bits

Resoluo Preciso de

Leitura

[ mm / div. ]

Exemplo :

Posio

+35 mm

Entrada

CLP

[ Volts / div. ]

Transdutor

[ Volts / mm ]

8 20 / 255 0,2

10 20 / 1023 0,2

12 20 / 4095 0,2

16 20 / 65535 0,2

Preciso

20

255x 0,2

0,392

20

1023 x 0,2

20

4095 x 0,2

20

65535 x 0,2

0,097

0,024

0,001

35 0,392

35 0,097

35 0,024

35 0,001

Preciso

NMERO DE BITS E CORRESPONDNCIA ENTRE VALORES

Conclumos que, aumentando o Nmero de Bits de uma Palavra, obteremos uma maior

Resoluo / Preciso de Leitura da grandeza analgica que estamos monitorando.

Vamos entender a correspondncia entre o Valor Analgico ( Tenso / ou Corrente ) de sada

enviado pelo Transdutor de Campo ( Sensor Analgico ) e o seu equivalente Valor Decimal

traduzido pelo CLP, e como essa associao se relaciona com o Nmero de Bits utilizado.

Exemplo :

Mdulo de Entrada Analgica em Tenso com Range = -10Vcc / +10Vcc e 16 Bits de Resoluo

Valor Final da Palavra

( nmero decimal )

Valor Inicial da Palavra

( nmero decimal )

Valor da Palavra

( nmero decimal )

Valor Analgico Final

Vcc

Valor Analgico Inicial

Vcc

Valor Analgico

Vcc

CO

RR

ES

PO

ND

N

CIA

SIN

AL

AN

AL

G

ICO

( T

RA

NS

DU

TO

R )

SIN

AL

DIG

ITA

L

( C

ON

VE

RS

OR

A

/ D

)

Preciso

NMERO DE BITS E CORRESPONDNCIA ENTRE VALORES

Valor Final da Palavra

( nmero decimal )

Valor Inicial da Palavra

( nmero decimal )

Valor da Palavra

( nmero decimal )

Valor Analgico Final

Vcc

Valor Analgico Inicial

Vcc

Valor Analgico

Vcc

+10 Vcc

-10 Vcc

+32000

-32000 CO

NV

ER

SO

R A

/ D

VP10 VA10

VP - (-32000)

+32000 - (-32000)

VA - (-10)

+10 - (-10)

Assumindo ( por exemplo )

VA = +1,25 Vcc

o valor digital correspondente ser :

VP 64000 x 1,25 +10

20

4000

( 4000,5 )

VP Armazenado num

Registrador Interno

CONCEITOS BSICOS DE UM REL DE COMANDO

C

NA

NF

NCLEO

( FERRITE )

TERMINAIS DA BOBINA

MOLA

TRAO

ESTRUTURA

METLICA

CONTATO

COMUM

CONTATO

FECHADO

CONTATO

ABERTO

SINAL DE SADA

CARGA

ACIONADA

SINAL DE

COMANDO

C

NF NA

C

NF NA

1 CONTATO

REVERSVEL

DESLOCAMENTO

( CURSO REDUZIDO )

B1

B2

Rel

FUNCIONAMENTO BSICO DE UM TRANSISTOR NPN

+

- +

-

+

- +

-

C

B

E

C B

E

REL CONVENCIONAL TRANSISTOR COMUM BIPOLAR

Carga Carga

Boto Boto

Fonte Fonte Fonte Fonte

C = CARGA

B = BASE ( COMANDO )

E = EMISSOR ( FECHAMENTO )

COLETOR = POSITIVO

BASE = POSITIVO

EMISSOR = NEGATIVO

Transistor

SO EQUIVALENTES QUANDO USADOS COMO CHAVES COMUTADORAS

R L

R B

FUNCIONAMENTO BSICO DE UM TRANSISTOR PNP

+

-

+

- +

-

+

-

C

B

E

C B

E

REL CONVENCIONAL TRANSISTOR BIPOLAR COMUM

Carga Carga

Boto Boto

Fonte Fonte Fonte Fonte

C = CARGA

B = BASE ( COMANDO )

E = EMISSOR ( FECHAMENTO )

COLETOR = NEGATIVO

BASE = NEGATIVO

EMISSOR = POSITIVO

Transistor

SO EQUIVALENTES QUANDO USADOS COMO CHAVES COMUTADORAS

R L

R B

ENTRADA TRANSISTORIZADA TIPO NPN ( 24 VDC )

ENTRADA = NEGATIVO

COMUM = POSITIVO

+ 5 VCC

0 VCC

+

-

+ 5 VCC

SINAL

INTERNO COMUM

ENTRADA

Boto

Fonte

Externa Opto-Acoplador

Fonte

Interna R1

R2

MODO DE

LIGAO

Entradas

ENTRADA TRANSISTORIZADA TIPO PNP ( 24 VDC )

ENTRADA = POSITIVO

COMUM = NEGATIVO

+

-

SINAL

INTERNO COMUM

ENTRADA

Boto

Fonte

Externa Opto-Acoplador

Fonte

Interna R1

R2

Entradas

MODO DE

LIGAO

+ 5 VCC

+ 5 VCC

0 VCC

ENTRADA TIPO REL

Entradas

+

-

SINAL

INTERNO

COMUM

ENTRADA

Boto

Fontes Externas

Opto-Acoplador

Fonte

Interna

R1

R2

+

- ~

Entradas : 12 VCC / 24 VCC / 110 VAC - 60 Hz / 220 VAC - 60 Hz

ENTRADA = INDIFERENTE

COMUM = INDIFERENTE

MODO DE

LIGAO

+ 5 VCC

+ 5 VCC

0 VCC

SADA TRANSISTORIZADA TIPO PNP ( 24 VDC )

MODO DE

LIGAO COMUM = FONTE ( + ) CARGA = SADA ( + )

FONTE ( - )

+

-

COMUM

Fonte

Externa

Opto-Acoplador R1

CIRCUITO

INTERNO

CARGA

SADA

R B

Sadas

R C

SADA TRANSISTORIZADA TIPO NPN ( 24 VDC )

+

-

COMUM

Fonte

Externa

Opto-Acoplador R1

CIRCUITO

INTERNO

CARGA

SADA

R B

MODO DE

LIGAO COMUM = FONTE ( - ) CARGA

SADA ( - )

FONTE ( + )

Sadas

R C

SADA TIPO REL Sadas

+

-

COMUM

SADA

Fontes Externas +

- ~

SADAS : 12 VCC / 24 VCC / 110 VAC - 60 Hz / 220 VAC - 60 Hz

ENTRADA = INDIFERENTE

COMUM = INDIFERENTE

MODO DE

LIGAO

CARGA CIRCUITO

INTERNO

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