Fundamentos de automação

ELETROELETRÔNICA

Fundamentos de automação_miolo.indd 1

11/11/15 16:32

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) SENAI. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Fundamentos de automação / SENAI. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. – São Paulo : SENAI-SP Editora, 2015 192 p. : il. Inclui referências ISBN 978-85-8393-217-8 1. Automação industrial 2. Pneumática 3. Circuitos elétricos 4. Motores 5. Sensores 6. Controladores programáveis I. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial II. Título. CDD 629.89 Índice para o catálogo sistemático: 1. Automação industrial 629.89 SENAI-SP Editora Avenida Paulista, 1313, 4o andar, 01311 923, São Paulo – SP F. 11 3146.7308 | editora@sesisenaisp.org.br | www.senaispeditora.com.br

Fundamentos de automação_miolo.indd 2

11/11/15 16:32

ELETROELETRÔNICA

Fundamentos de automação

Fundamentos de automação_miolo.indd 3

11/11/15 16:32

Departamento Regional de São Paulo Presidente Paulo Skaf Diretor Regional Walter Vicioni Gonçalves Diretor Técnico Ricardo Figueiredo Terra Gerente de Educação João Ricardo Santa Rosa

Colaboração Alexandre Rodrigues Matias Rigoni Rodrigo Aristóteles Revisão técnica Rodrigo Aristóteles

Material didático encaminhado pela Gerência de Educação do SENAI-SP e validado pela Escola “Anchieta”.

Material didático utilizado nos cursos do SENAI-SP.

Fundamentos de automação_miolo.indd 4

11/11/15 16:32

Apresentação

Com a permanente transformação dos processos produtivos e das formas de organização do trabalho, as demandas por educação profissional se multiplicam e, sobretudo, se diversificam. Sintonizado com essa realidade, o SENAI-SP oferece várias opções de cursos técnicos que proporcionam habilitação profissional em áreas tecnológicas específicas do setor industrial. Esse tipo de curso corresponde à educação profissional de nível técnico, prevista na regulamentação da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional. Com satisfação, apresentamos ao leitor esta publicação, que integra uma série da SENAI-SP Editora, especialmente criada para apoiar os alunos de cursos técnicos.

Walter Vicioni Gonçalves Diretor Regional do SENAI-SP

Fundamentos de automação_miolo.indd 5

11/11/15 16:32

Fundamentos de automaĂ§ĂŁo_miolo.indd 6

11/11/15 16:32

Sumário

1. Atuadores

Atuadores lineares Atuadores rotativos e giratórios

9 21

2. Válvulas pneumáticas

Simbologia das válvulas Válvulas direcionais Válvulas eletromagnéticas Válvulas reguladoras de fluxo Válvulas controladoras de pressão

29 31 36 38 39

3. Elementos de processamento de sinais

Contatores auxiliares Relés auxiliares Contatores de potência Relés temporizadores Relé cíclico Relés contadores Elementos de saída de sinais

42 44 45 46 47 48 49

4. Componentes de circuitos elétricos

Elementos de entrada de sinais elétricos

5. Conversores elétricos

Solenoides 58 Eletroválvulas 59 Pressostatos 61

6. Comandos sequenciais pneumáticos

Sequência de movimentos Esquema de comando de sistema

62 69

7. Circuitos eletropneumáticos

Métodos de projetos de circuitos Técnicas de identificação dos terminais e do estado de funcionamento Instalação e testes de funcionalidade

75 89 89

Fundamentos de automação_miolo.indd 7

11/11/15 16:32

8. Simbologia

9. Motores

105

Motores de CA monofásicos Motores de CA trifásicos Motor de CC Motor sem escovas Motor de passo

105 112 124 129 131

10. Sensores

137

Termopar 138 Termorresistência 142 Termistor 144 Sensores de pressão 146 Sensores de posição e velocidade 149 Encoder 149 Resolver 154 Sensores de vazão 157 Sensor capacitivo 157 Sensor indutivo 158 159 Sensor óptico 161 Sensor fotoelétrico com fibra óptica Configuração elétrica de alimentação e saídas dos sensores 163 Identificação dos terminais e estado de funcionamento 163 167 Instalação e testes de funcionalidade

11. Controladores programáveis

168

Histórico e conceito do Controlador Lógico Programável Estrutura de um Controlador Lógico Programável Princípio de operação do CLP Configuração de hardware do Controlador Lógico Programável Uso da interface de programação Interface homem–máquina Fluxogramas e lista de tarefas Instalação e testes de funcionalidade

168 170 171 172 178 184 186 187

Referências 189

Fundamentos de automação_miolo.indd 8

11/11/15 16:32

1. Atuadores Atuadores lineares Atuadores rotativos e giratórios

Os atuadores são os componentes responsáveis por transformar a energia pneumática ou hidráulica em mecânica, produzindo movimento. Também são conhecidos como elementos de trabalho. Os atuadores podem ser acionados com fluido hidráulico ou pneumático, e classificam-se em dois tipos: • atuadores lineares; • atuadores rotativos e giratórios. Os atuadores hidráulicos convertem a energia hidráulica em trabalho e são chamados de componentes de saída de um sistema hidráulico.

Atuadores lineares • De ação dupla. • De ação simples. Também conhecidos por cilindros hidráulicos, geralmente são compostos por: • uma carcaça tubular, chamada de camisa; • um êmbolo provido de anéis de vedação; • uma haste cilíndrica presa ao êmbolo, na qual será fixado o conjunto mecânico a ser movimentado; • tampas dianteira e traseira, onde se localizam as conexões de entrada e saída do óleo hidráulico. A seguir, os atuadores lineares mais utilizados na indústria.

Fundamentos de automação_miolo.indd 9

11/11/15 16:32

ATUADORES

Atuador linear hidráulico de ação dupla Possui movimentos de avanço e de retorno realizados hidraulicamente – ver a Figura 1.

Figura 1 – Atuador linear de ação dupla (detalhes).

Quando a conexão traseira é submetida à pressão, o óleo empurra o êmbolo para a direita, fazendo com que a haste se estenda. O movimento de extensão da haste é denominado avanço do atuador, conforme ilustra a Figura 2.

Figura 2 – Atuador linear de ação dupla (avanço).

O óleo acumulado na câmara dianteira é empurrado pelo êmbolo de volta ao tanque. Quando a câmara dianteira é pressurizada, o óleo empurra o êmbolo para a esquerda, agindo ao redor da haste, fazendo com que ela se retraia. A esse movimento de retração da haste denomina-se retorno do atuador.

Fundamentos de automação_miolo.indd 10

11/11/15 16:32

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Figura 3 – Atuador linear de ação dupla (retorno).

Na Figura 3, o óleo acumulado na câmara traseira do atuador é empurrado de volta ao reservatório.

Atuador linear hidráulico de ação simples É movimentado pela ação do óleo apenas em um dos sentidos. O movimento contrário pode ser realizado por uma ação mecânica ou pela força da gravidade, como nos casos de cilindros verticais. São também chamados de cilindros de ação simples, exemplificados na Figura 4.

Atuador linear de ação simples com avanço hidráulico e retorno mecânico por mola.

Atuador linear de ação simples com avanço mecânico por mola e retorno hidráulico.

Atuador linear de ação simples com avanço e retorno por gravidade.

Figura 4 – Atuadores lineares de ação simples.

Fundamentos de automação_miolo.indd 11

11/11/15 16:33

ATUADORES

Cilindro hidráulico telescópico É um atuador linear que possui várias hastes montadas uma dentro da outra que visa oferecer um curso de trabalho maior do que o dos cilindros convencionais. Esse cilindro possui um curso de trabalho, próximo a seu comprimento, que desconecta as espessuras do êmbolo e as tampas dianteira e traseira. Ele apresenta um curso de trabalho muitas vezes maior que o seu comprimento, tantas forem as hastes existentes. Esses cilindros ocupam espaços reduzidos em relação ao curso de trabalho se comparados aos cilindros convencionais, como mostra a Figura 5.

Cilindro telescópico de ação simples.

Cilindro telescópico de ação dupla.

Figura 5 – Cilindros telescópicos.

Os cilindros hidráulicos telescópicos são utilizados em elevadores, empilhadeiras, carretas basculantes, guinchos, gruas, escadas telescópicas de caminhões de bombeiros e em aplicação em que o atuador tenha um curso de trabalho grande e pouco espaço para a montagem de um cilindro convencional.

Fundamentos de automação_miolo.indd 12

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Cilindro hidráulico de haste dupla ou passante Outro atuador linear muito empregado na indústria é o cilindro hidráulico de haste dupla ou passante. Trata-se de um cilindro que possui duas hastes, uma de cada lado do êmbolo, o que permite acoplar cargas nas duas extremidades, conforme ilustra a Figura 6.

Figura 6 – Cilindro hidráulico de haste dupla ou passante.

Ao contrário de um cilindro de ação dupla convencional, em que as áreas de atuação do óleo são diferentes para o avanço e o retorno, o cilindro hidráulico de haste dupla possui as mesmas dimensões de áreas nos dois sentidos de movimento, o que oferece força e velocidade iguais nas duas direções, como mostra a Figura 7.

Figura 7 – Cilindro hidráulico de haste dupla (detalhes).

Atuadores pneumáticos: são os componentes responsáveis por transformar a energia pneumática em mecânica, produzindo movimento. Atuadores lineares pneumáticos: o atuador pneumático é um elemento que permite a aplicação da energia pneumática em movimento linear.

Fundamentos de automação_miolo.indd 13

11/11/15 16:33

ATUADORES

No mercado há vários tipos de cilindros, desde os convencionais, produzidos de forma normalizada por todos os fabricantes, até os especiais, confeccionados para fins específicos. A seguir, serão apresentados os cilindros mais utilizados na indústria e na automatização dos processos de produção.

Cilindro pneumático de ação simples Os cilindros de ação simples são acionados por ar comprimido somente em um dos sentidos de movimento, portanto, trabalham pneumaticamente em uma única direção. O sentido oposto de movimento é produzido por mola, mediante atuação de uma força externa ou pela ação da gravidade. A força da mola é calculada para que ela possa fazer a haste voltar à posição inicial, com uma velocidade suficientemente alta, sem despender grande energia, como mostra a Figura 8.

Avanço pneumático e retorno por mola.

Avanço por mola e retorno pneumático.

Figura 8 – Avanço pneumático e por mola.

Em cilindros de ação simples com mola, o curso do êmbolo é limitado pelo comprimento da mola. Por essa razão, fabricam-se cilindros de ação simples de comprimento até 100 mm. É importante destacar que, para cilindros de ação simples, a força da mola deve ser levada em conta nos cálculos das forças efetuadas durante os movimentos de avanço e de retorno. Os cilindros de ação simples com retorno por mola são empregados, principalmente, nos processos de produção, em trabalhos de fixação, expulsão, prensa, elevação, alimentos etc. Invertendo-se a montagem da mola, o cilindro pode ser utilizado para travamento de sistemas mecânicos em freios de caminhões, ônibus, carretas e vagões

Fundamentos de automação_miolo.indd 14

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

ferroviários, conhecidos como tristop. Nesses sistemas, o travamento do freio é feito pela mola e sua liberação, pelo ar comprimido, como ilustrado na Figura 9.

Avanço pneumático e retorno por mola.

Avanço por mola e retorno pneumático (tristop).

Figura 9 – Avanço e retorno pneumático e por mola.

A vedação é feita por material flexível, alojado em êmbolo metálico ou de material sintético. Os cilindros de ação simples podem ser construídos com elementos elásticos para reposição. É o caso dos cilindros de membrana, ilustrados na Figura 10, cujo movimento de retorno é feito por uma membrana elástica presa à haste.

Figura 10 – Cilindro de ação simples com membrana plana e retorno pela ação da gravidade.

A vantagem da membrana está na redução do atrito, mas a limitação de força nestes casos é uma desvantagem. Esses cilindros são usados especialmente em situações de pequenos espaços disponíveis para operações de fixação de peças ou dispositivos.

Fundamentos de automação_miolo.indd 15

11/11/15 16:33

ATUADORES

Cilindro pneumático de ação dupla Os movimentos de avanço e retorno nos cilindros de ação dupla são produzidos pelo ar comprimido e, por essa razão, podem realizar trabalho nos dois sentidos de movimento pneumaticamente, como mostra a Figura 11.

Figura 11 – Cilindro de ação dupla (avanço e retorno).

Fundamentos de automação_miolo.indd 16

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Cilindro pneumático de ação dupla com haste passante A Figura 12 ilustra o cilindro de ação dupla com haste passante que possui duas hastes, uma de cada lado do êmbolo.

Figura 12 – Cilindro de ação dupla com haste passante.

A haste passante de ambos os lados apresenta vantagens se comparada aos cilindros convencionais: • o cilindro tem a mesma força de atuação nos dois sentidos de movimento, pois as áreas de pressão são iguais em ambos os lados; • a haste é mais bem guiada por causa dos dois mancais de guia, o que possibilita a admissão de uma ligeira carga lateral; • os elementos sinalizadores podem ser montados na parte livre da haste, se esta não estiver sendo utilizada para movimentos mecânicos.

Atuador de tração Este atuador, quando submetido à pressão, retrai e produz força, comportando-se como um músculo pneumático – ilustrado na Figura 13.

Fundamentos de automação_miolo.indd 17

11/11/15 16:33

ATUADORES

Figura 13 – Atuador de tração.

Os atuadores de tração têm as seguintes características: • possuem uma força 10 vezes maior que a de um cilindro convencional de mesmo diâmetro; • produzem movimentos lineares sem torções; • apresentam uma estrutura robusta e são extremamente leves; • não possuem peças móveis, o que não gera atrito. Normalmente, o atuador de tração é fixado à estrutura da máquina pela extremidade do pórtico de entrada de ar comprimido, enquanto a carga a ser movimentada é presa na outra extremidade. Ao ser pressurizado, o corpo flexível do atuador de tração infla, aumentando de diâmetro e, consequentemente, reduzindo o comprimento, o que permite tracionar a carga.

Figura 14 – Atuador de tração (sequência de movimento).

Os atuadores de tração são aplicados para elevar e baixar cargas, como esticadores de correias e de transportadores, além de serem utilizados como uma mola pneumática.

Fundamentos de automação_miolo.indd 18

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Atuadores pneumáticos para sujeição e movimentação de peças Estes atuadores são destinados a pegar e segurar objetos para seu deslocamento dentro do espaço de trabalho do manipulador. Serão apresentadas aqui as garras pneumáticas. Garras pneumáticas

As garras pneumáticas, também conhecidas como grippers, são largamente utilizadas em robôs e manipuladores industriais para movimentação e sujeição de peças, e também para montagem de conjuntos – ver Figura 15.

Garra de fricção.

Garra de abrangimento. Figura 15 – Garra de fricção e de abrangimento.

As garras pneumáticas apresentam as seguintes características: • grande força de fixação, conforme a relação de peso; • rapidez de movimentos por causa dos cursos reduzidos dos movimentos das castanhas de fixação; • podem ser de ação simples, com fechamento pneumático e abertura por mola ou vice-versa; • podem ser de ação dupla, com fechamento e abertura por ar comprimido. No mercado existem diversos tipos de garras, ilustrados na Figura 16. As mais utilizadas são: • • • •

garra de três pontos; garra paralela; garra radial; garra angular.

Fundamentos de automação_miolo.indd 19

11/11/15 16:33

ATUADORES

Garra de três pontos.

Garra paralela.

Garra radial.

Garra angular.

Figura 16 – Tipos de garras.

As castanhas fixadas às garras podem ser confeccionadas para segurar qualquer tipo de perfil de peça a ser sujeitada – ilustradas na Figura 17.

Figura 17 – Tipos de castanhas.

Fundamentos de automação_miolo.indd 20

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Atuadores rotativos e giratórios • De giro contínuo. • De giro limitado.

Atuador para movimentos rotativos É utilizado quando existe a necessidade de movimentos rotativos, movimentos rotativos de giro limitado ou motor para movimentos rotativos contínuos. Este atuador transforma o movimento linear de um cilindro comum em movimento rotativo de giro limitado. O ar atinge o êmbolo do cilindro, movimentando-o. Preso ao êmbolo encontra-se a haste; em sua extremidade, uma cremalheira, que transforma o movimento linear em movimento rotativo. O ângulo de rotação pode ser ajustado com um parafuso. Os ângulos mais utilizados são: 90°, 180°, 360°. As aplicações mais comuns são: • operações de giro de peças; • curvamento de tubos; • abertura e fechamento de válvulas e registros.

Figura 18 – Atuador rotativo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 21

11/11/15 16:33

ATUADORES

Atuador de aleta giratório Este atuador consegue movimentos rotativos ajustáveis até 180°. É utilizado especialmente para abertura e fechamento de válvulas de grande porte e rotação de peças ou dispositivos – ilustrado na Figura 19.

Figura 19 – Atuador de aleta giratório.

Motor pneumático Este motor com campo angular ilimitado é um dos elementos pneumáticos mais usados na indústria moderna. Seu campo de aplicação é muito diversificado, pois executa operações como: • • • • • •

parafusar; furar; rosquear; lixar; polir; rebitar.

Fundamentos de automação_miolo.indd 22

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Figura 20 – Motor pneumático.

Os motores pneumáticos estão classificados como: • • • •

motor de pistão; motor de palhetas ou lamelas; motor de engrenagens; turbomotor.

Motor de pistão

• Radial. • Axial. Motor radial No motor radial, o ar aciona o eixo de motor por pistões em movimento inverso, por meio de uma biela. Para que seja garantido um movimento sem golpes e vibrações são necessários vários pistões. A capacidade dos motores depende de pressão de entrada, número de pistões, área e curso dos pistões.

Fundamentos de automação_miolo.indd 23

11/11/15 16:33

ATUADORES

Figura 21 – Motor pneumático de pistões radiais.

Motor axial O modo de trabalho dos motores de pistão axial é similar aos motores de pistão radial. Um disco oscilante transforma a força de 5 cilindros, axialmente posicionados, em movimento giratório. Dois pistões são alimentados simultaneamente com ar comprimido. Com isso, obtém-se um movimento uniforme de inércia equilibrado e sem vibrações do motor. Existem motores pneumáticos com rotação à direita e à esquerda. A rotação máxima está fixada em 5.000 rpm. A faixa de potência, em pressão normal de ar, está entre 1,5 kw e 19 kw (2 CV a 25 CV).

Figura 22 – Motor pneumático de pistões axiais.

Fundamentos de automação_miolo.indd 24

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Motor de palhetas ou lamelas

Devido à construção simples e ao pequeno peso, geralmente os motores pneumáticos são fabricados com palhetas ou lamelas e seguem o princípio de funcionamento inverso aos compressores rotativos multicelulares. O rotor é fixado excentricamente em um espaço cilíndrico e é dotado de ranhuras. As palhetas colocadas nas ranhuras serão, pela força centrífuga, afastadas contra a parede interna do cilindro e, assim, a vedação individual das câmaras estará garantida. Por meio de pequena quantidade de ar, as palhetas serão afastadas contra a parede interna do cilindro, antes mesmo de se acionar o motor, como mostra a Figura 23.

Figura 23 – Motor de palhetas ou lamelas.

Em tipos de construção diferente, o encosto das palhetas é feito pela pressão de molas. Motores desse tipo têm, geralmente, de três a dez palhetas. Entre elas, formam-se as câmaras de trabalho, nas quais o ar comprimido atua. O ar entra na câmara menor, expande-se com o aumento da câmara e movimenta o rotor. A velocidade do rotor varia de 3.000 rpm a 8.500 rpm, e existem unidades com rotação à direita e à esquerda. A faixa de potência é de 0,1 kw a 17 kw (0,1 CV a 24 CV).

Fundamentos de automação_miolo.indd 25

11/11/15 16:33

ATUADORES

Figura 24 – Parafusadeira pneumática.

Motor de engrenagens

A geração do momento de torção efetua-se pela pressão de ar contra os flancos dos dentes de duas engrenagens engrenadas. Uma engrenagem é fixada em um dos eixos do motor, a outra gira livremente no outro eixo, como mostra a Figura 25.

Figura 25 – Motor pneumático de engrenagens.

Esses motores são empregados no acionamento de máquinas, e estão à disposição com até 44 kw (60 CV). A direção de rotação desses motores, fabricados com engrenagens retas ou helicoidais, é reversível.

Fundamentos de automação_miolo.indd 26

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Turbomotor

Podem ser empregados somente para trabalhos leves. A faixa de rotação, porém, é muito ampla (em equipamentos dentários é de até 500.000 rpm) – ver a Figura 26.

Figura 26 – Turbomotor pneumático.

As principais características dos motores pneumáticos são: • • • • • • • •

regulagem progressiva de rotação e torque; construção leve e pequena; seguro contra sobrecarga; insensível contra poeira, água, calor, frio; seguro contra explosão; grande escala de rotação; pouca conservação e manutenção; sentido de rotação fácil de inverter.

Interface de saída Este dispositivo faz a interconexão entre dois equipamentos que possuem diferentes funções e que não podem conectar-se diretamente. As interfaces de saída são destinadas a processar sinais, tornando-os compatíveis com o equipamento que vão controlar, seja um motor, atuador etc. A Figura 27 mostra um exemplo de utilização de interface de saída.

Figura 27 – Exemplo de utilização de interface.

Fundamentos de automação_miolo.indd 27

11/11/15 16:33

2. Válvulas pneumáticas Simbologia das válvulas Válvulas direcionais Válvulas eletromagnéticas Válvulas reguladoras de fluxo Válvulas controladoras de pressão

As válvulas pneumáticas são elementos de comando para partida, parada, direção ou regulagem, e comandam também a pressão ou a vazão do fluido armazenado em um reservatório. A denominação "válvula" é válida considerando-se a linguagem internacionalmente usada para tipos de construção como: registros, válvulas de esfera, válvulas de assento, válvulas corrediças etc. Esta é a definição da norma DIN/ISO 1.219, conforme recomendação da CETOP (Comissão Europeia de Transmissões Óleo-Hidráulicas e Pneumáticas). Segundo suas funções, as válvulas se subdividem em: • válvulas direcionais: responsáveis pelo controle do sentido de movimento dos atuadores, como avanço e retorno de cilindros e sentido de rotação de motores; • válvulas de fluxo ou de vazão: fazem o controle das velocidades de avanço e de retorno de cilindros, bem como da rotação de motores; • válvulas de pressão: limitam as pressões de trabalho dos atuadores, controlando suas forças de atuação.

Fundamentos de automação_miolo.indd 28

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Simbologia das válvulas Para representar as válvulas direcionais nos esquemas, são utilizados símbolos que não dão a ideia de sua construção interna, somente a função desempenhada, conforme a Tabela 1. Tabela 1 – Símbolos de posição de válvulas (quadrados)

As posições das válvulas são representadas por meio de quadrados. O número de quadrados unidos indica o número de posições que uma válvula pode assumir.

O funcionamento é representado simbolicamente dentro dos quadrados. Na Tabela 2 serão apresentadas as funções de cada símbolo gráfico. Tabela 2 – Funções dos símbolos

As conexões (entrada e saída) são caracterizadas por traços externos, que indicam a posição de repouso da válvula. O número de traços indica o número de vias. As linhas indicam as vias de passagem. As setas indicam o sentido do fluxo. Os bloqueios são indicados dentro dos quadrados com traços transversais. A união de vias (conexões) dentro de urna válvula é simbolizada por um ponto. Outras posições são obtidas deslocando-se os quadrados até que coincidam com as conexões. As posições de comando podem ser indicadas por letras minúsculas (a, b, c, o). Válvula com 3 posições de comando. Posição central = posição de repouso.

Fundamentos de automação_miolo.indd 29

11/11/15 16:33

VÁLVULAS PNEUMÁTICAS

Define-se como "posição de repouso" aquela condição em que, por meio de molas, por exemplo, os elementos móveis da válvula são posicionados enquanto ela não está sendo acionada. A posição de partida é aquela que os elementos móveis da válvula assumem após montagem na instalação e ligação da pressão de rede, bem como a possível ligação elétrica, e com a qual começa o programa previsto. Veja os símbolos na Tabela 3. Tabela 3 – Vias de exaustão

Vias de exaustão sem conexão, escape livre, ou seja, não canalizado (triângulo no símbolo). Vias de exaustão com conexão, escape dirigido, ou seja, canalizado (triângulo afastado do símbolo).

Para garantir uma identificação e uma ligação correta das válvulas, marcam-se as vias com letras maiúsculas, ou números, conforme Tabela 4. Tabela 4 – Identificação das válvulas

Conexão

ISO

DIN

Pressão

Exaustão

3,5

R (3/2) R,S (5/2)

Saída

2,4

B,A

Piloto

14,12,10

Z,Y

A denominação de uma válvula depende do número de vias (conexões) e do número das posições de comando. O primeiro número indica a quantidade de vias e o segundo, a quantidade das posições de comando da válvula. As conexões de pilotagem não são consideradas como vias.

Fundamentos de automação_miolo.indd 30

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Válvulas direcionais São elementos que influenciam o percurso de um fluxo de ar, principalmente nas partidas, nas paradas e nas inversões dos sentidos de movimento dos atuadores. Exemplos • Válvula direcional de 3 vias e 2 posições, como mostra a Figura 1. Essa válvula possui 3 conexões: - uma via de entrada de pressão; - uma via de trabalho; - uma via de escape de ar para a atmosfera.

Figura 1 – Válvula 3/2 vias.

Há também duas versões para esta válvula: normalmente fechada ou normalmente aberta, como mostra a Figura 2.

Figura 2 – Válvulas NF e NA.

A válvula NF é assim chamada porque a entrada de pressão permanece fechada enquanto a válvula não é acionada. A válvula NA, ao contrário, mantém a entrada de pressão aberta, fechando-a somente depois de acionada. Também nesses casos, a posição inicial ou de descanso da válvula é representado sempre pelo quadrado da direita, assim como em todas as válvulas de 2 posições de comando.

Fundamentos de automação_miolo.indd 31

11/11/15 16:33

VÁLVULAS PNEUMÁTICAS

• Válvula direcional de 4 vias e 2 posições, ilustrada na Figura 3. A válvula de 4/2 vias possui uma entrada de pressão, um escape de ar para a atmosfera e duas vias de trabalho.

Figura 3 – Válvula 4/2 vias.

Na posição cruzada, inicial, a pressão do ar é direcionada para a via de trabalho da direita, ao mesmo tempo em que a da esquerda é exaurida para a atmosfera. Acionando-se a válvula para a posição paralela, a pressão do ar passa a ser direcionada para a via de trabalho da esquerda, enquanto a da direita escapa para a atmosfera. Ambas as vias de trabalho são exauridas para a atmosfera pela mesma conexão de escape. •

Válvula direcional de 5 vias e 2 posições, ilustrada na Figura 4.

As válvulas direcionais de 5/2 vias possuem uma entrada de pressão, duas vias de trabalho e dois escapes independentes de ar para a atmosfera. Apresentam as mesmas características de funcionamento das válvulas de 4/2 vias, sendo capazes de realizar as mesmas funções.

Figura 4 – Válvula 5/2 vias.

Fundamentos de automação_miolo.indd 32

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Na posição inicial, a pressão do ar é direcionada para a via de trabalho da direita, enquanto a da esquerda é exaurida para a atmosfera pela conexão de escape esquerda. Acionando-se a válvula, a pressão do ar passa a ser direcionada para a via de trabalho da esquerda, ao mesmo tempo em que a da direita é exaurida para a atmosfera pela conexão de escape direita. Essa é, portanto, a única diferença entre as válvulas de 4 e de 5 vias: nas de 4, as vias de trabalho são descarregadas para a atmosfera por uma única conexão de escape comum; nas de 5, são exauridas por conexões de escape distintas. •

Válvulas direcionais de 5 vias e 3 posições, ilustrada na Figura 5.

Há também duas versões diferentes de posição central inicial para válvulas direcionais de 5/3 vias.

Figura 5 – Válvulas 5/3 vias.

A de centro fechado mantém todas as conexões bloqueadas na posição central. A de centro aberto, por sua vez, bloqueia a entrada de pressão e permite que ambas as vias de trabalho sejam abertas para a atmosfera, por meio de conexões independentes de escape de ar.

Tipos de acionamentos de válvulas Conforme a necessidade, podem ser adicionados às válvulas direcionais os mais diferentes tipos de acionamento. Os símbolos dos elementos de acionamento desenham-se horizontalmente nos quadrados, conforme as Tabelas 5 a 9.

Fundamentos de automação_miolo.indd 33

11/11/15 16:33

VÁLVULAS PNEUMÁTICAS

Tabela 5 – Acionamento por força muscular geral

Geral (sem identificação do modo de operação)

Botão

Alavanca

Pedal

Tabela 6 – Acionamento mecânico

Apalpador ou pino

Mola

Rolete

Rolete, operando em um único sentido (gatilho)

Tabela 7 – Tabela acionamento elétrico

Por solenoide com uma bobina

Com duas bobinas operando em um único sentido

Com duas bobinas operando em sentidos opostos

Fundamentos de automação_miolo.indd 34

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Tabela 8 – Acionamento pneumático direto

Por acréscimo de pressão

Por alívio de pressão

Por diferencial de áreas

Por acréscimo de pressão da válvula servopilotada

Por alívio de pressão da válvula servopilotada

Tabela 9 – Acionamento pneumático combinado

Por solenoide e válvula servopilotada

Por solenoide ou válvula servopilotada

Tempo de acionamento O tempo de acionamento das válvulas pode ser: • contínuo; • momentâneo.

Acionamento contínuo Durante o tempo da comutação, a válvula é acionada mecânica, manual, pneumática ou eletricamente. O retorno efetua-se manual ou mecanicamente por meio da mola.

Fundamentos de automação_miolo.indd 35

11/11/15 16:33

VÁLVULAS PNEUMÁTICAS

A Figura 6 mostra a representação de uma válvula direcional de 3 vias, 2 posições, acionada por botão e retorno por mola.

Figura 6 – Válvula acionada por botão e retorno por mola.

Acionamento momentâneo A válvula é comutada por um breve sinal (impulso), e permanece indefinidamente nessa posição, até que um novo sinal seja dado, repondo a válvula à sua posição anterior. A Figura 7 mostra a representação de uma válvula direcional de 5/2 vias, acionada por duplo solenoide e piloto indireto.

Figura 7 – Válvula direcional de 5/2 vias, acionada por duplo solenoide e piloto indireto.

Válvulas eletromagnéticas São utilizadas quando o comando parte de um sinal elétrico, de uma chave fim de curso, de um pressostato ou de aparelhos eletrônicos. Em circuitos pneumáticos, com distância relativamente grande entre o ponto de comando e a válvula a ser acionada com tempo de comutação curto, escolhe-se, na maioria dos casos, comando elétrico. As válvulas de acionamento eletromagnético dividem-se em: • válvulas de comando direto: usadas apenas para pequenas secções de passagem; • válvula de comando indireto: usadas com servocomando (indireto).

Fundamentos de automação_miolo.indd 36

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Válvula de comando direto A Figura 8 mostra um válvula direcional de 3 vias e 2 posições de comando direto com acionamento eletromagnético.

Figura 8 – Válvula 3/2 vias com acionamento eletromagnético.

O funcionamento desta válvula se dá da seguinte maneira: • quando a bobina é energizada, o induzido é puxado para cima contra a mola. O resultado é a interligação dos canais P e A. A extremidade superior do induzido fecha o canal R; • ao cessar o acionamento da bobina, a mola pressiona o induzido contra a sede inferior da válvula e interrompe a ligação de P para A. O ar do canal de trabalho A escapa por R. Esta válvula tem cruzamento de ar. O tempo de atuação é curto.

Válvula de comando indireto Para poder manter a construção do conjunto eletromagnético pequena são utilizadas válvulas solenoides com servocomando (comando indireto). Estas são formadas por duas válvulas: a válvula solenoide com servo, de medidas reduzidas, e a válvula principal, acionada pelo ar do servo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 37

11/11/15 16:33

VÁLVULAS PNEUMÁTICAS

A Figura 9 mostra uma válvula direcional de 4 vias e 2 posições, com comando indireto equipada com solenoide e servocomando.

Figura 9 – Válvula 4/2 vias com solenoide e servocomando.

O funcionamento desta válvula se dá da seguinte maneira: • com a bobina desenergizada, seu núcleo é pressionado por uma mola contra a sede da válvula piloto, e é alimentada por uma derivação de passagem interligada ao ponto P; • após excitação da bobina, o induzido se ergue e o ar flui para os pistões de comando da válvula principal, afastando o prato da sede. O ar comprimido flui de P para A. O canal de exaustão interliga de B para R. Em válvulas direcionais de 4 vias (4/2), ocorre, simultaneamente, uma inversão, o lado fechado se abre e o lado aberto se fecha; • ao desenergizar a bobina, uma mola pressiona o induzido sobre a sede e fecha o canal do ar piloto. Os pistões de comando da válvula principal são recuados pelas molas para a posição inicial.

Válvulas reguladoras de fluxo A velocidade dos movimentos dos atuadores pneumáticos deve poder ser controlada de acordo com o trabalho a ser realizado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 38

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

As válvulas reguladoras de fluxo, também conhecidas como válvulas controladoras de vazão, ajustam a quantidade de ar comprimido que flui para os atuadores. Ao regular a quantidade de ar, a velocidade de um atuador é ajustada. Mais ar Menos ar

= Maior velocidade = Menor velocidade

Veja na Figura 10 uma válvula reguladora de fluxo.

Figura 10 – Válvula reguladora de fluxo variável unidirecional.

Válvulas controladoras de pressão As válvulas controladoras ou reguladoras de pressão têm por finalidade ajustar a pressão do ar comprimido de acordo com a força de trabalho exigida pela máquina ou pelo equipamento pneumático. Quanto maior a pressão de trabalho, maior a força exercida pelos atuadores pneumáticos. Em sistemas pneumáticos, existem três tipos de válvulas controladoras de pressão: • válvula limitadora de pressão ou válvula de segurança; • válvula redutora de pressão ou regulador de pressão; • válvula de sequência. A válvula limitadora de pressão é utilizada principalmente como válvula de segurança. Sua função é limitar a pressão do ar a um valor máximo aceitável para um sistema pneumático.

Fundamentos de automação_miolo.indd 39

11/11/15 16:33

VÁLVULAS PNEUMÁTICAS

A válvula redutora de pressão, também conhecida como regulador de pressão, tem a função de reduzir a pressão máxima do ar comprimido, servido na rede de distribuição, para valores compatíveis às necessidades específicas de cada máquina ou equipamento pneumático. A válvula de sequência apresenta as mesmas características de construção e os mesmos princípios de funcionamento da válvula de segurança. Trata-se de uma válvula limitadora de pressão, normalmente fechada, que abre quando a pressão do ar comprimido ultrapassa o valor de regulagem. Na verdade, a diferença entre a válvula de sequência e a de segurança está no pórtico de saída. Na válvula de segurança, a saída nada mais é do que um pórtico de escape de ar para a atmosfera. Na válvula de sequência, a saída é conectada a uma linha secundária, para que o ar comprimido possa ser aproveitado na execução de outro trabalho, em sequência ao que já foi realizado. Assim, uma segunda operação pneumática pode ser realizada somente quando a primeira tiver terminado, dando sequência ao processo de trabalho. A válvula de sequência, apresentada na Figura 11, é, na verdade, uma válvula direcional de 3/2 vias NF, pilotada por ar comprimido e reposicionada por uma mola regulável.

Figura 11 – Válvula de sequência.

Enquanto a pressão na linha de pilotagem 12 for inferior à tensão regulada na mola, a válvula permanece na posição inicial, normalmente fechada, bloqueando

Fundamentos de automação_miolo.indd 40

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

o pórtico de entrada de pressão 1 e permitindo o escape do ar da via de trabalho 2 para a atmosfera pelo pórtico de escape de ar 3. Quando a pressão da linha de pilotagem 12 é maior que a tensão ajustada na mola, a válvula é pilotada para outra posição, abrindo a passagem do ar comprimido do pórtico de entrada de pressão 1 para a via de trabalho 2 e fechando o pórtico 3 de escape de ar. A válvula de sequência, apresentada na Figura 12, é do tipo pré-operada. Tratase de mais uma combinação de válvulas montadas dentro de uma única carcaça: uma válvula direcional de 3/2 vias NF e uma válvula limitadora de pressão.

Figura 12 – Válvula de sequência pré-operada.

A válvula limitadora de pressão é montada na linha de pilotagem da válvula direcional de 3/2 vias NF, que passa a ter uma mola de retorno convencional em vez de regulável. Quanto ao funcionamento, é idêntico ao da válvula de sequência anterior: enquanto a pressão na linha de pilotagem 12 for inferior à tensão regulada na mola da limitadora, a direcional permanece na posição inicial, normalmente fechada, bloqueando o pórtico 1 e permitindo o escape do ar de 2 para a atmosfera pelo pórtico 3. Quando a pressão da linha de pilotagem 12 for maior que a tensão ajustada na mola da limitadora, esta abre e pilota a direcional para a outra posição, abrindo a passagem do ar comprimido de 1 para 2 e fechando o pórtico 3. A vantagem da válvula de sequência pré-operada, em relação a anterior, está na redução do tempo de resposta da válvula quando é pilotada.

Fundamentos de automação_miolo.indd 41

11/11/15 16:33

3. Elementos de processamento de sinais Contatores auxiliares Relés auxiliares Contatores de potência Relés temporizadores Relé cíclico Relés contadores Elementos de saída de sinais

Os elementos de processamento de sinais elétricos são aqueles que analisam as informações emitidas ao circuito pelos elementos de entrada, combinando-as entre si para que o comando elétrico apresente o comportamento final desejado. Entre os elementos de processamento de sinais, podemos citar os relés auxiliares, os contatores de potência, os relés temporizadores e os contadores, entre outros, todos destinados a combinar os sinais para energização ou desenergização dos elementos de saída.

Contatores auxiliares Os contatores auxiliares são chaves elétricas de quatro ou mais contatos, acionadas por bobinas eletromagnéticas. A Figura 1 mostra um contator auxiliar e sua simbologia.

Fundamentos de automação_miolo.indd 42

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Figura 1 – Contator auxiliar.

Este contator auxiliar, particularmente, possui dois contatos abertos (13/14 e 43/44) e dois fechados (21/22 e 31/32), que são acionados por uma bobina eletromagnética de 24 Vcc. Quando a bobina é energizada, imediatamente os contatos abertos fecham, permitindo a passagem da corrente elétrica entre eles, enquanto os contatos fechados abrem, interrompendo a corrente. Quando a bobina é desligada, uma mola recoloca imediatamente os contatos nas suas posições iniciais. Além de contatores auxiliares de dois contatos abertos (NA) e dois contatos fechados (NF), existem contatores auxiliares que apresentam o mesmo funcionamento anterior, mas com maior número de contatos ou quantidade e combinação de contatos NA e NF. A Figura 2 mostra um exemplo de contator com três contatos NA e um NF.

Figura 2 – Símbolo de contator auxiliar com três contatos NA e um NF.

Fundamentos de automação_miolo.indd 43

11/11/15 16:33

ELEMENTOS DE PROCESSAMENTO DE SINAIS

Relés auxiliares Estes relés têm o funcionamento semelhante ao do contator auxiliar com a vantagem de disponibilizar maior número de contatos, inclusive contatos comutadores, como mostra a Figura 3.

Figura 3 – Relé auxiliar com contatos comutadores.

Este relé auxiliar utiliza contatos comutadores em vez dos tradicionais contatos abertos e fechados. A grande vantagem deste sobre os anteriores é a versatilidade do uso de seus contatos. Enquanto nos relés anteriores a utilização fica limitada a dois contatos NA e dois NF ou três NA e um NF, no relé de contatos comutadores, pode-se empregar as mesmas combinações, além de, se necessário, todos os contatos abertos ou todos fechados, ou ainda qualquer outra combinação desejada. Quando a bobina é energizada, imediatamente os contatos comuns 11, 21, 31 e 41 fecham em relação aos contatos 13, 24, 34 e 44, respectivamente, e abrem em relação aos contatos 12, 22, 32 e 42. Desligando-se a bobina, uma mola recoloca novamente os contatos na posição inicial, isto é, 11 fechado com 12 e aberto com 14, 21 fechado com 22 e aberto com 24, 31 fechado com 32 e aberto com 34 e, finalmente, 41 fechado com 42 e aberto em relação ao 44.

Fundamentos de automação_miolo.indd 44

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Contatores de potência Os contatores de potência apresentam as mesmas características construtivas e de funcionamento dos relés auxiliares, sendo dimensionados para suportarem correntes elétricas mais elevadas, empregadas na energização de dispositivos elétricos, que exigem maiores potências de trabalho. A Figura 4 mostra as partes de um contator de potência.

Figura 4 – Contator de potência (detalhes).

Fundamentos de automação_miolo.indd 45

11/11/15 16:33

ELEMENTOS DE PROCESSAMENTO DE SINAIS

Relés temporizadores Os relés temporizadores, também conhecidos como relés de tempo, geralmente possuem um contato comutador acionado por uma bobina eletromagnética com retardo na energização ou na desenergização.

Retardo na energização Este relé temporizador possui um contato comutador e uma bobina com retardo na energização, cujo tempo é ajustado por meio de um potenciômetro. Quando a bobina é energizada, ao contrário dos relés auxiliares, que invertem imediatamente seus contatos, o potenciômetro retarda o acionamento do contato comutador de acordo com o tempo nele regulado. Se o ajuste de tempo no potenciômetro for, por exemplo, de 5 segundos, após esse período, a partir do momento em que a bobina for energizada, os contatos são invertidos, abrindo 11 e 12 e fechando 11 e 14. Quando a bobina é desligada, o contato comutador retorna imediatamente à posição inicial. A Figura 5 mostra um relé temporizador e sua simbologia.

Figura 5 – Relé temporizador (retardo na ligação).

Fundamentos de automação_miolo.indd 46

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Retardo na desenergização Este outro tipo de relé temporizador apresenta retardo na desenergização. Quando a bobina é energizada, o contato comutador é imediatamente invertido. A partir do momento em que a bobina é desligada, o período de tempo ajustado no potenciômetro é respeitado e somente então o contato comutador retorna à posição inicial. Veja na Figura 6 a simbologia desse relé.

Figura 6 – Símbolo de relé temporizador (retardo no desligamento).

Relé cíclico Outro tipo de relé temporizador encontrado em comandos elétricos é o cíclico, também conhecido como relé pisca-pisca. Ele possui um contato comutador e dois potenciômetros, que controlam individualmente os tempos de retardo de inversão do contato. Quando a bobina é energizada, o contato comutador é invertido ciclicamente, sendo que o potenciômetro da esquerda controla o tempo de inversão do contato, enquanto o da direita controla o tempo de retorno do contato à sua posição inicial. A Figura 7 mostra um relé temporizador e sua simbologia.

Fundamentos de automação_miolo.indd 47

11/11/15 16:33

ELEMENTOS DE PROCESSAMENTO DE SINAIS

Figura 7 – Relé temporizador e simbologia.

Relés contadores Os relés contadores registram a quantidade de pulsos elétricos enviados pelo circuito e emitem sinais ao comando, quando a contagem desses pulsos for igual ao valor neles programados. Sua aplicação em circuitos elétricos de comando é de grande utilidade, não somente para contar e registrar o número de ciclos de movimentos efetuados por uma máquina, mas, principalmente, para controlar o número de peças a serem produzidas, interrompendo ou encerrando a produção, quando a contagem atingir o valor neles determinado – ver a Figura 8.

Figura 8 – Contador.

Fundamentos de automação_miolo.indd 48

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Elementos de saída de sinais Os componentes de saída de sinais elétricos são aqueles que recebem as ordens processadas e enviadas pelo comando elétrico e, a partir delas, realizam o trabalho final esperado do circuito. Serão apresentados a seguir os indicadores luminosos e sonoros e as resistências elétricas.

Indicadores luminosos São lâmpadas incandescentes ou LEDs, utilizadas na sinalização visual de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer – como mostra a Figura 9. São empregados, geralmente, em locais de boa visibilidade para facilitar a visualização do sinalizador.

Figura 9 – Indicador luminoso.

Indicadores sonoros São campainhas, sirenes, cigarras ou buzinas, empregadas na sinalização acústica de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer – ver exemplo na Figura 10. Ao contrário dos indicadores luminosos, os sonoros são utilizados, principalmente, em locais de pouca visibilidade, em que um sinalizador luminoso seria pouco eficaz.

Fundamentos de automação_miolo.indd 49

11/11/15 16:33

ELEMENTOS DE PROCESSAMENTO DE SINAIS

Figura 10 – Indicador sonoro.

Resistências elétricas Em vários processos industriais é necessária a utilização de resistências para aquecimento ou secagem de materiais ou produtos. As resistências elétricas industriais são fabricadas em vários formatos, tamanhos e materiais, visando atender às necessidades de cada processo de produção.

Tipos de resistências elétricas industriais As resistências elétricas industriais podem ser encontradas em diversos formatos. Segue alguns exemplos: • • • • •

cartucho; aletadas; placas; tubulares; coleiras.

Rafael Paiva

Veja na Figura 11 os vários formatos de resistências.

Figura 11 – Modelos de resistências.

Fundamentos de automação_miolo.indd 50

11/11/15 16:33

4. Componentes de circuitos elétricos Elementos de entrada de sinais elétricos

Elementos de entrada de sinais elétricos Os componentes de entrada de sinais elétricos são aqueles que emitem informações ao circuito por meio de uma ação muscular, mecânica, elétrica, eletrônica ou pela combinação entre elas. Entre os elementos de entrada de sinais, podemos citar os botões, as chaves fim de curso, entre outros, todos destinados a emitir sinais para energização ou desenergização do circuito ou parte dele.

Botões São chaves elétricas acionadas manualmente que apresentam, em geral, um contato aberto e outro fechado, como mostra a Figura 1. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, os botões são caracterizados como pulsadores ou com trava.

Figura 1 – Botão (detalhes).

Fundamentos de automação_miolo.indd 51

11/11/15 16:33

COMPONENTES DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

Botão pulsador O botão pulsador inverte os contatos mediante seu acionamento, e devido à ação de uma mola retornam à posição inicial quando cessa o acionamento. Esse botão possui um contato aberto e outro fechado, sendo acionado por um botão pulsador liso, ilustrado na Figura 2, e reposicionado por mola.

Figura 2 – Botão pulsador liso.

Enquanto o botão não é acionado, os contatos 11 e 12 permanecem fechados, permitindo a passagem da corrente elétrica, ao mesmo tempo em que os contatos 13 e 14 se mantêm abertos, interrompendo a passagem da corrente. Quando o botão é acionado, os contatos invertem-se de forma que o fechado se abre e o aberto fecha-se. Soltando-se o botão, os contatos voltam à posição inicial pela ação da mola de retorno.

Botão com trava O botão com trava, ilustrado na Figura 3, inverte os contatos mediante o acionamento; entretanto, ao contrário do botão pulsador, ele permanece acionado e travado mesmo depois de cessado o acionamento.

Fundamentos de automação_miolo.indd 52

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Figura 3 – Botão com trava.

O botão é acionado por um botão giratório com uma trava, que mantém os contatos na última posição acionada. Como o corpo de contatos e os bornes são os mesmos da Figura 3 e apenas o cabeçote de acionamento foi substituído, o botão possui as mesmas características construtivas, isto é, um contato fechado nos bornes 11 e 12 e um aberto 13 e 14. Quando o botão é acionado, o contato fechado 11/12 se abre e o contato 13/14 se fecha e se mantém travado na posição, mesmo depois de cessado o acionamento. Para que os contatos retornem à posição inicial, é necessário acionar novamente o botão, agora no sentido contrário ao primeiro acionamento.

Botão cogumelo Outro tipo de botão com trava, muito usado como botão de emergência para desligar o circuito de comando elétrico em momentos críticos, é acionado por botão do tipo cogumelo, ilustrado na Figura 4.

Fundamentos de automação_miolo.indd 53

11/11/15 16:33

COMPONENTES DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

Figura 4 – Botão cogumelo.

Mais uma vez, o corpo de contatos e os bornes são os mesmos, sendo trocado apenas o cabeçote de acionamento. O botão cogumelo, também conhecido como botão soco-trava, quando é acionado, inverte os contatos do botão e os mantêm travados. O retorno à posição inicial se faz mediante um pequeno giro do botão no sentido horário, destravando o mecanismo e retornando os contatos à posição inicial.

Botão flip-flop Outro tipo de botão de acionamento manual utilizado é o botão flip-flop, também conhecido como divisor binário, que alterna os pulsos dados no botão; uma vez invertendo os contatos do botão, na outra o traz à posição inicial.

Chaves fim de curso As chaves fim de curso, assim como os botões, são comutadores elétricos de entrada de sinais, porém acionados mecanicamente. Elas são, geralmente, posicionadas no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas e equipamentos industriais, bem como das hastes de cilindros hidráulicos e/ou pneumáticos. O acionamento pode ser realizado por meio de um rolete mecânico ou escamoteável, também conhecido como gatilho. Existem, ainda, chaves fim de curso acionadas por uma haste apalpadora, como as utilizadas em instrumentos de medição, por exemplo, em um relógio comparador. Veja na Figura 5 a composição e o símbolo da chave fim de curso.

Fundamentos de automação_miolo.indd 54

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Figura 5 – Composição e símbolo da chave fim de curso.

Chave fim de curso com rolete mecânico A chave fim de curso acionada por um rolete mecânico possui um contato comutador formado por um borne comum 11, um contato fechado 12 e um aberto 14, como mostra a Figura 6. Enquanto o rolete não é acionado, a corrente elétrica pode passar pelos contatos 11 e 12 e será interrompida entre os contatos 11 e 14. Quando o rolete é acionado, a corrente passa pelos contatos 11 e 14 e é bloqueada entre os contatos 11 e 12. Uma vez cessado o acionamento, os contatos retornam à posição inicial, ou seja, 11 interligado com 12 e 14 desligado.

Figura 6 – Chave fim de curso com rolete mecânico.

Fundamentos de automação_miolo.indd 55

11/11/15 16:33

COMPONENTES DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

Outra chave fim de curso também é acionada por um rolete mecânico, mas diferentemente da anterior, apresenta dois contatos independentes, sendo um fechado, formado pelos bornes 11 e 12, e outro aberto, efetuado pelos bornes 13 e 14, ilustrado na Figura 7. Quando o rolete é acionado, os contatos 11 e 12 se abrem, interrompendo a passagem da corrente elétrica, enquanto os contatos 13 e 14 se fecham, liberando a corrente.

Figura 7 – Fim de curso com rolete mecânico (duas direções).

Os roletes mecânicos anteriormente apresentados podem ser acionados em qualquer direção, e efetuarão a comutação dos contatos das chaves fim de curso.

Chave fim de curso com rolete escamoteável Essa chave, exemplificada na Figura 8, é acionada por roletes que somente comutam os contatos das chaves se forem acionados em determinada direção. São os chamados roletes escamoteáveis, também conhecidos na indústria como gatilhos.

Fundamentos de automação_miolo.indd 56

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Figura 8 – Fim de curso com rolete escamoteável.

Essa chave, acionada por gatilho, somente inverte os contatos quando o rolete é atuado da esquerda para a direita. No sentido contrário, uma articulação mecânica faz com que a haste do mecanismo dobre, sem acionar os contatos comutadores da chave fim de curso. Dessa forma, somente quando o rolete é acionado da esquerda para a direita, os contatos da chave invertem-se, permitindo que a corrente elétrica passe pelos contatos 11 e 14 e seja bloqueada entre os contatos 11 e 12. Uma vez cessado o acionamento, os contatos retornam à posição inicial, ou seja, 11 interligado com 12 e 14 desligado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 57

11/11/15 16:33

5. Conversores elétricos Solenoides Eletroválvulas Pressostatos

Os conversores elétricos são dispositivos que convertem sinais elétricos em movimentos hidráulicos e pneumáticos.

Solenoides Os solenoides são bobinas eletromagnéticas que, quando energizadas, geram um campo magnético capaz de atrair elementos com características ferrosas, comportando-se como um ímã permanente, como mostra a Figura 1.

Figura 1 – Válvula solenoide (detalhes).

Em uma eletroválvula, hidráulica ou pneumática, a bobina do solenoide é enrolada em torno de um magneto fixo, preso à carcaça da válvula, enquanto o magneto móvel é fixado diretamente na extremidade do carretel da válvula.

Fundamentos de automação_miolo.indd 58

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Quando uma corrente elétrica percorre a bobina, um campo magnético é gerado e atrai o magneto, que empurra o carretel da válvula na direção oposta à do solenoide que foi energizado. Dessa forma, é possível mudar a posição do carretel no interior da válvula, por meio de um pulso elétrico.

Eletroválvulas Em eletroválvulas pneumáticas de pequeno porte, do tipo assento, o êmbolo da válvula é o próprio magneto móvel do solenoide. Quando o campo magnético é gerado, em consequência da energização da bobina, o êmbolo da válvula é atraído, abrindo ou fechando diretamente as passagens do ar comprimido no interior da carcaça da válvula. A Figura 2 mostra as partes de uma eletroválvula.

Figura 2 – Eletroválvula.

Funcionamento da eletroválvula 1. Com o solenoide desligado... 2. ... a mola mantém o êmbolo apoiado em seu assento inferior... 3. ... o fluxo do ar comprimido de P para A permanece fechado pela junta de vedação montada na base do êmbolo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 59

11/11/15 16:33

CONVERSORES ELÉTRICOS

3 P

Figura 3 – Solenoide desligado.

1. Quando o solenóide é energizado... 2. ... o campo magnético gerado pela bobina atrai o êmbolo da válvula para cima... 3. ... abrindo a passagem do ar comprimido de P para A.

3 P

Figura 4 – Solenoide energizado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 60

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Pressostatos Os pressostatos, também conhecidos como sensores de pressão, são chaves elétricas acionadas por um piloto hidráulico ou pneumático. Os pressostatos são montados em linhas de pressão hidráulica e/ou pneumática e registram tanto o acréscimo como a queda de pressão nessas linhas, invertendo seus contatos toda vez que a pressão do óleo ou do ar comprimido ultrapassar o valor ajustado na mola de reposição. Veja na Figura 5 um pressostato e sua simbologia.

Figura 5 – Pressostato.

A mola de regulagem deste pressostato pode ser regulada com uma determinada pressão. Enquanto a pressão na linha for inferior ao valor ajustado, o contato 11/12 permanece fechado ao mesmo tempo em que o contato 13/14 se mantém aberto. Quando a pressão na linha ultrapassar o valor ajustado na mola, os contatos invertem-se, abrindo o 11/12 e fechando o 13/14.

Fundamentos de automação_miolo.indd 61

11/11/15 16:33

6. Comandos sequenciais pneumáticos Sequência de movimentos Esquema de comando de sistema

Sempre que houver um comando pneumático a ser instalado ou reparado, é recomendável ter esquemas referentes a esse comando. O esquema vai apontar o local em que poderá ocorrer o defeito, e fornecerá orientação na montagem de um circuito pneumático. Assim, para que se possa entender como é feita a montagem de um circuito pneumático, será apresentada a denominação dos elementos pneumáticos.

Sequência de movimentos Antes de iniciar qualquer montagem ou busca de defeitos, é importante representar as sequências de movimentos e os estados de comutação de maneira correta. Essas representações permitirão realizar um estudo, ganhando tempo no momento de montar ou reparar o equipamento. Exemplo A Figura 1 mostra pacotes que chegam sobre um transportador de rolos e são elevados por um cilindro pneumático A e empurrados por um cilindro B, para um segundo transportador. Assim, para que o sistema funcione corretamente, o cilindro B deverá retornar apenas quando o cilindro A tiver alcançado a posição final.

Fundamentos de automação_miolo.indd 62

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

cilindro B

transportador 2 transportador 1

cilindro A

Figura 1 – Transportador.

Representação do movimento As possibilidades de representação da sequência de trabalho para o exemplo dado são:

Relação em sequência cronológica • • • •

A haste do cilindro A avança e eleva os pacotes. A haste do cilindro B empurra os pacotes no transportador 2. A haste do cilindro A retorna à posição inicial. A haste do cilindro B retorna à posição inicial. Tabela 1 – Sequência de trabalho

Fundamentos de automação_miolo.indd 63

Movimento

Cilindro A

Cilindro B

avança

parado

avança

retorna

parado

retorna

11/11/15 16:33

COMANDOS SEQUENCIAIS PNEUMÁTICOS

Indicação vetorial Diagrama de setas

⇒

avanço retorno

→ ←

A→ B→ A← B←

Indicação algébrica Maneira de escrever ⇒

avanço retorno

+ −

A+, B+, A−, B− ou A+ B+ A− B−

Representação gráfica em forma de diagrama Na representação de sequências de funcionamento, deve-se distinguir: • diagrama de movimento; • diagrama de comando; • diagrama de funcionamento.

Diagrama de movimento É onde se fixam os estados de elementos de trabalho e as unidades construtivas. O diagrama de movimento pode ser: • diagrama de trajeto e passo; • diagrama de trajeto e tempo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 64

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

O diagrama de trajeto e passo representa a sequência de movimentos de um elemento de trabalho e o valor percorrido em cada passo considerado. O passo é a variação do estado de movimento de qualquer elemento de trabalho pneumático. No caso de vários elementos de trabalho para comando, estes são representados da mesma maneira e desenhados uns sob os outros. A correspondência é realizada por meio de passos. A Figura 2 ilustra um exemplo do trajeto de passo.

Figura 2 – Trajeto e passo.

O exemplo citado mostra que do passo 1 até o 2 a haste do cilindro A avança da posição final traseira para posição final dianteira, sendo que esta é alcançada no passo 2. Entre o passo 2 e 4 a haste permanece imóvel. A partir do passo 4, a haste do cilindro retorna e alcança a posição final traseira no passo 5. Para o exemplo apresentado, o diagrama de trajeto e passo possui construção segundo a Figura 3.

Figura 3 – Trajeto e passo 2.

Fundamentos de automação_miolo.indd 65

11/11/15 16:33

COMANDOS SEQUENCIAIS PNEUMÁTICOS

Recomenda-se que, para a disposição do desenho, seja observado: • representação dos passos linear e horizontalmente; • o trajeto não deve ser representado em escala, mas com tamanho igual para todas as unidades construtivas; • visto que a representação do estado é arbitrária, pode-se designar, como no exemplo anterior, por meio da indicação da posição do cilindro ou pelos sinais binários, isto é, 0 para posição final traseira e 1 ou L para a posição final dianteira; • a designação da unidade em questão deve ser posicionada à esquerda do diagrama. No diagrama de trajeto e tempo, o trajeto de uma unidade construtiva é representado em função do tempo, conforme a Figura 4.

Figura 4 – Trajeto e tempo.

Para a representação em desenho também são válidas as recomendações para o diagrama de trajeto e passo. Por meio das linhas pontilhadas (linhas de passo), a correspondência com o diagrama de trajeto e passo torna-se clara. Nesse caso, porém, a distância entre os passos está em função do tempo. Enquanto o diagrama de trajeto e passo oferece a possibilidade de melhor visão das correlações, no diagrama de trajeto e tempo podem ser representadas, mais claramente, sobreposições e diferenças de velocidade de trabalho.

Fundamentos de automação_miolo.indd 66

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Diagrama de comando No diagrama de comando, o estado de comutação de um elemento de comando é representado em dependência dos passos ou dos tempos. Como o tempo de comutação é insignificante ou praticamente instantâneo, esse tempo não é considerado. Exemplo A Figura 5 apresenta o estado de abertura de um relé.

Figura 5 – Comando (abertura do relé).

O relé abre no passo 2 e fecha novamente no passo 5. Na elaboração do diagrama de comando recomenda-se: • desenhar, sempre que possível, o diagrama de comando, em combinação com o diagrama de movimento, de preferência em função de passos; • que os passos ou tempos sejam representados linear e horizontalmente; • que a altura e a distância, que são arbitrárias, sejam determinadas de forma a proporcionar fácil supervisão. Essa representação do diagrama de movimento e de comando em conjunto é chamada de diagrama de funcionamento.

Fundamentos de automação_miolo.indd 67

11/11/15 16:33

COMANDOS SEQUENCIAIS PNEUMÁTICOS

Diagrama de funcionamento O diagrama de funcionamento para o exemplo citado está representado na Figura 6.

Figura 6 – Trajeto e passo e comando.

No diagrama, observa-se o estado das válvulas que comandam os cilindros (1.1 para A, 2.1 para B) e o estado de uma chave fim de curso 2.2, instalada na posição dianteira do cilindro A. Como já mencionado, os tempos de comutação dos equipamentos não são considerados no diagrama de comando. Entretanto, como mostra a Figura 6 (válvula fim de curso 2.2), as linhas de acionamento para válvulas (chaves) fim de curso devem ser desenhadas antes ou depois da linha de passo, uma vez que, na prática, o acionamento não se dá exatamente no fim do curso, mas, sim, certo tempo antes ou depois. Essa maneira de representação determina todos os comandos e seus consequentes movimentos. Esse diagrama permite verificar, com maior facilidade, o funcionamento do circuito e determinar erros, principalmente a sobreposição de sinais.

Fundamentos de automação_miolo.indd 68

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Esquema de comando de sistema Esse esquema é baseado em uma ordenação, na qual todos os símbolos pneumáticos são desenhados em sentido horizontal e em cadeia de comando. A combinação de comandos básicos simples, de funções iguais ou diferentes, resulta em um comando mais amplo, com muitas cadeias de comando. Esse tipo de esquema, em razão da ordenação, além de facilitar a leitura, elimina ou reduz os cruzamentos de linhas. No esquema de comando de sistema, deve-se caracterizar os elementos pneumáticos, em geral numericamente, para indicar a posição que ocupam e facilitar a interpretação.

Noções de composição de esquemas Para composição de esquemas pode-se apresentar duas possibilidades: • método intuitivo com base tecnológica, também denominado convencional ou de experimentação. Nesse método, a intuição e a experiência profissional predominam; portanto, a influência do projetista é marcante; • composição metódica segundo prescrições e diretrizes estabelecidas. Nesse caso, praticamente não haverá influência pessoal do projetista, porque é seguida uma sistemática preestabelecida. Convém ressaltar que, para a composição de esquema independentemente do método ou da técnica, deve-se ter um conhecimento bem fundamentado da tecnologia, das possibilidades de ligação e das características dos elementos utilizados. Ao elaborar um esquema de comando, devem ser considerados aspectos importantes como: • • • • •

conforto na operação; segurança exterior da instalação; segurança de funcionamento; facilidade de manutenção; custo etc.

Fundamentos de automação_miolo.indd 69

11/11/15 16:33

COMANDOS SEQUENCIAIS PNEUMÁTICOS

Outro aspecto a considerar são as condições marginais de funcionamento ou de segurança, como: • ciclo único – ciclo contínuo; • manual – automático; • parada de emergência – desbloqueio de parada de emergência. Em todos os casos de elaboração de esquemas, é recomendável, a partir do problema, fazer um esboço da situação e uma representação gráfica dos movimentos. Pela facilidade de visualização, principalmente das sobreposições de sinais (contrapressão, por exemplo), dá-se preferência ao diagrama de funcionamento, mas, em muitos casos, apenas o diagrama de movimento é suficiente. Em caso de sobreposição de sinais, em que o desligamento de sinais se faz necessário, escolhe-se a maneira mais conveniente para fazê-lo. Podemos optar por válvulas de: • rolete escamoteável (gatilho); • inversão. Ao empregar a válvula de rolete escamoteável, deve-se, no esquema de comando de sistema, identificar com setas o sentido de comando da válvula, como mostra a Figura 7. Exemplo

Figura 7 – Válvulas de rolete no circuito.

As linhas de marcação indicam que na posição final dianteira comanda-se o elemento de sinal 1.3, e no retrocesso do cilindro comanda-se o elemento de sinal 2.2. A seta indica que se trata de uma válvula com rolete escamoteável, que somente é acionada no retrocesso do cilindro.

Fundamentos de automação_miolo.indd 70

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Representação de equipamento Todos os equipamentos devem ser representados no esquema na posição inicial de comando. Caso não se proceda dessa maneira, é necessário fazer uma indicação, como mostra a Figura 8.

Figura 8 – Rolete (representação).

Supondo que a posição inicial de comando seja igual à Figura 8 e a válvula fim de curso de 3/2 vias NF de rolete, devemos representá-la no esquema em estado acionado, por meio de um ressalto, como mostra a Figura 9.

Figura 9 – Válvula 3/2 vias com rolete.

Tratando-se de uma botoeira, podemos representá-la por meio de uma seta, ilustrada na Figura 10.

Figura 10 – Válvula 3/2 vias com botão.

Ordem de composição Para facilitar a composição de esquema de comando, recomenda-se o seguinte procedimento:

Fundamentos de automação_miolo.indd 71

11/11/15 16:33

COMANDOS SEQUENCIAIS PNEUMÁTICOS

• desenhar os elementos de trabalho e suas respectivas válvulas de comando; • desenhar os módulos de sinais (partida, fim de curso etc.); • conectar as canalizações de comando (pilotagem) e de trabalho (utilização), seguindo a sequência de movimento; • numerar os elementos; • desenhar o abastecimento de energia; • verificar os locais onde são necessários os desligamentos de sinais, para evitar as sobreposições de sinais; • eliminar as possibilidades de contrapressão nos elementos de comando; • introduzir, eventualmente, as condições marginais; • desenhar os elementos auxiliares; • certificar-se de que, mesmo colocando pressão nas válvulas, o primeiro movimento do elemento de trabalho somente vai se dar depois de acionada a válvula de partida.

Denominação dos elementos pneumáticos Para denominar os elementos, usamos o seguinte critério: • • • •

elementos de trabalho; elementos de comando; elementos de sinais; elementos auxiliares.

Um elemento de trabalho (cilindros, motores pneumáticos, unidades de avanço etc.), com as correspondentes válvulas, é considerado como cadeia de comando número 1, 2, 3 etc. Por isso, o primeiro número da denominação do elemento indica a qual cadeia de comando pertence o elemento. O número depois do ponto indica de que elemento se trata. De acordo com o esquema anterior temos:

Fundamentos de automação_miolo.indd 72

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Tabela 2 – Numeração dos elementos pneumáticos

Elementos de trabalho;

Elementos de comando;

2, 4,...

Todos os elementos que influenciam o avanço do elemento de trabalho considerado (números pares);

3, 5,...

Todos os elementos que influenciam o retorno (números ímpares);

01, 02,...

Elementos entre o elemento de comando e o elemento de trabalho;

0.1, 0.2,...

Elementos auxiliares (unidade de conservação, válvulas de fechamento) que influenciam todas as cadeias de comando.

A denominação dos elementos de trabalho e de sinais pode ser feita também por meio de letras. Nesse caso, as denominações das chaves fim de curso ou dos elementos de sinal não correspondem ao grupo influenciado por eles, mas a cada cilindro que os aciona. Tabela 3 – Letras para elementos pneumáticos

A, B, C,...

⇒

para elemento de trabalho

a0, b0, c0, ...

⇒

para elementos de sinal acionados, na posição final traseira dos cilindros A, B, C

a1, b1, c1, ...

⇒

para elementos de sinal acionados, na posição final dianteira dos cilindros A, B, C

A Figura 11 mostra um exemplo dos elementos em um diagrama.

Figura 11 – Definição dos elementos pneumáticos.

Fundamentos de automação_miolo.indd 73

11/11/15 16:33

7. Circuitos eletropneumáticos Métodos de projetos de circuitos Técnicas de identificação dos terminais e do estado de funcionamento Instalação e testes de funcionalidade

Neste capítulo serão apresentados alguns exemplos de circuitos eletropneumáticos utilizados em máquinas e equipamentos industriais, detalhando seus princípios de funcionamento e as diversas técnicas empregadas na sua elaboração, tendo como referência os recursos de movimento que a máquina deve oferecer. Os circuitos eletropneumáticos são compostos por componentes pneumáticos e elétricos empregados em máquinas e equipamentos industriais. São representados por esquemas de comando e acionamento que mostram a interação entre esses elementos, para o funcionamento desejado, e os movimentos exigidos do sistema mecânico. Enquanto o circuito pneumático representa o acionamento das partes mecânicas, o circuito elétrico representa a sequência de comando dos componentes pneumáticos, para que as partes móveis da máquina ou do equipamento apresentem os movimentos desejados. Para executar um projeto de circuito eletropneumático, o projetista deve seguir as seguintes etapas: 1. Escrever a sequência de movimentos que deve ser executada. 2. Desenhar o circuito pneumático, representando os atuadores, as válvulas e os fins de curso. 3. Fazer um diagrama da sequência de movimentos indicando os fins de curso, os movimentos a serem feitos e os solenoides a serem acionados.

Fundamentos de automação_miolo.indd 74

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

4. Desenhar um esquema elétrico. 5. Interpretar o funcionamento do circuito e verificar se ele consegue executar a sequência especificada.

Métodos de projetos de circuitos Os projetos de circuitos eletropneumáticos são realizados por meio de métodos. Os principais são: • • • •

método intuitivo; método cascata; método passo a passo; método cadeia estacionária.

Método intuitivo É aquele em que o projetista elabora um circuito sem seguir determinada regra, utilizando a intuição para elaborar o circuito. Os circuitos projetados a partir desse método podem ser muito diferentes uns dos outros, pois existem diversas soluções para um determinado problema. O método intuitivo é mais indicado para circuitos que utilizam somente um atuador ou circuitos para sequências diretas. As sequências diretas não têm repetição de letras, e quando repartidas ao meio aparecem na mesma ordem em ambos os lados. Exemplos de sequências diretas A+/A-; A+B+/A-B-; A+B+C+/A-B-C- etc. Exemplo de um circuito utilizando o método intuitivo 1. Sequência a ser executada A+

Fundamentos de automação_miolo.indd 75

A-

11/11/15 16:33

CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS

2. Circuito pneumático, apresentando atuador, válvulas e fins de curso, como mostra a Figura 1.

Figura 1 – Circuito pneumático.

3. Diagrama indicando fins de curso, movimentos a serem feitos e solenoides a serem acionados, ilustrado na Figura 2.

Figura 2 – Sequência de movimentos.

Fundamentos de automação_miolo.indd 76

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

4. Esquema elétrico, ilustrado na Figura 3.

Figura 3 – Esquema elétrico.

Esse esquema funciona da seguinte forma: a. Quando o operador aciona o botão S3, o solenoide Y1 é acionado, fazendo o cilindro A avançar. Quando o cilindro A avança, o fim de curso S2 é acionado. b. O fim de curso S2 liga o solenoide Y2 e desliga o solenoide Y1, fazendo o cilindro A recuar. Quando o cilindro A recua, o fim de curso S1 é acionado. c. O fim de curso S1 indica o fim da sequência. Ele será utilizado para habilitar o reinício da sequência. Exemplo de circuito utilizando a função retenção 1. Sequência que deve ser executada. A+

A-

2. Circuito pneumático apresentando atuador, válvulas e fins de curso, como mostra a Figura 4.

Fundamentos de automação_miolo.indd 77

11/11/15 16:33

CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS

Figura 4 – Circuito pneumático 2.

3. Diagrama indicando fins de curso, movimentos a serem feitos e solenoides a serem acionados, conforme a Figura 5.

Figura 5 – Sequência de movimentos (retenção).

Esquema elétrico O esquema funciona da seguinte forma: a. Quando o operador aciona o botão S3, o relé K1 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção. Esse relé liga o solenoide Y1, fazendo o cilindro A avançar. Quando o cilindro A avança, o fim de curso S2 é acionado. b. O fim de curso S2 desarma o relé K1. Com isso, o solenoide Y1 é desligado, fazendo o cilindro A recuar. Quando o cilindro A recua, o fim de curso S1 é acionado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 78

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

c. O fim de curso S1 indica o fim de cada sequência. Ele será utilizado para habilitar o reinício da sequência, como mostra a Figura 6.

Figura 6 – Esquema elétrico (retenção).

Método cascata O método cascata é mais indicado para sequências indiretas e circuitos que utilizam válvulas de duplo solenoide. Existem duas formas de elaborar um circuito usando o método cascata: casca-passo e cascativo.

Casca-passo A seguir, os passos da execução de um circuito usando o método cascata (casca-passo). 1. Sequência a ser executada: A+

B+

B-

C+

C-

A-

2. Divisão em grupos sem repetir letras. I A+

II B+

B-

III C+

C-

A-

3. Circuito pneumático, apresentando atuadores, válvulas e fins de curso, como mostra a Figura 7.

Fundamentos de automação_miolo.indd 79

11/11/15 16:33

CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS

S1 A

Y2 Y3

Y4 Y5 5

Y6 5

Figura 7 – Circuito pneumático casca-passo.

4. A Figura 8 apresenta o diagrama indicando acionamento dos sensores e dos solenoides.

Figura 8 – Sequência de movimento casca-passo.

5. Esquema elétrico, o qual funciona da seguinte maneira (Figura 9): a. Quando o operador aciona o botão S7 e o fim de curso S1 (confirmação do último movimento) está acionado, o relé K1 é ativado e se mantém ligado pelo contato de retenção, habilitando o grupo I. Nesse grupo, o solenoide Y1 é acionado diretamente, fazendo o cilindro A avançar. Quando o cilindro A avança, o fim de curso S2 é acionado. b. O fim de curso S2 liga o solenoide Y3 , fazendo o cilindro B avançar. Quando o cilindro B avança, o fim de curso S4 é acionado. c. Quando o fim de curso S4 é acionado e o relé K1 está ligado (grupo I), o relé K2 é ativado e se mantém ligado pelo contato de retenção, desarmando o relé K1. Portanto, há uma mudança do grupo I para o grupo II. Nesse grupo, o solenoide Y4 é acionado diretamente, fazendo o cilindro B recuar. Quando isso acontece, o fim de curso S3 é acionado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 80

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

d. O fim de curso S3 liga o solenoide Y5, fazendo o cilindro C avançar. Quando o cilindro V avança, o fim de curso S6 é acionado. e. Quando o fim de curso S6 é acionado, o relé K2 é desarmado. Agora temos uma mudança do grupo II para o grupo III, uma vez que os relés K1 e K2 estão desarmados. Nesse grupo, o solenoide Y6 é acionado diretamente, fazendo o cilindro C recuar. Quando o cilindro C recua, o fim de curso S5 é acionado. f. O fim de curso S5 liga o solenoide Y2, fazendo o cilindro A recuar. Quando o cilindro A recua, o fim de curso S1 é acionado. g. O fim de curso S1 indica o fim da sequência. Ele é utilizado para habilitar o reinício da sequência.

Figura 9 – Esquema elétrico casca-passo.

Cascativo A seguir os passos da execução de um circuito usando o método cascata (cascativo). 1. Sequência a ser executada. A+

B+

B-

C+

C-

A-

2. Divisão em grupos sem repetir letras. I A+

II B+

B-

III C+

C-

A-

Observação Nº de relé = nº de grupos – 1 (R = G – 1 ⇒ R = 3 – 1 = 2).

Fundamentos de automação_miolo.indd 81

11/11/15 16:33

CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS

3. Circuito pneumático, apresentando atuadores, válvulas e fins de curso, ilustrado na Figura 10. S1 A

Y2 Y3

Y1 5

Y4 Y5 5

Y6 1

Figura 10 – Circuito pneumático cascativo.

4. Diagrama que indica o acionamento dos sensores dos solenoides, como demonstra a Figura 11.

Figura 11 – Sequência de movimento cascativo.

5. Esquema elétrico, veja a seguir como ele funciona (Figura 12). a. Quando o operador aciona o botão S7 e o fim de curso S1 (confirmação do último movimento) está acionado, o relé K1 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção, habilitando o grupo I. Nesse grupo, o solenoide Y1 é ativado diretamente, fazendo o cilindro A avançar. Quando o cilindro A avança, o fim de curso S2 é acionado. b. O fim de curso S2 liga o solenoide Y3, fazendo o cilindro B avançar. Quando o cilindro B avança, o fim de curso S4 é acionado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 82

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

c. Quando o fim de curso S4 é acionado e o relé K1 está ligado, o relé K2 é ativado e se mantém ligado pelo contato de retenção. Portanto, ocorre uma mudança do grupo I para o grupo II. Nesse grupo, o solenoide Y4 é acionado diretamente, fazendo o cilindro B recuar. Quando isso acontece, o fim de curso S3 é acionado. d. O fim de curso S3 liga o solenoide Y5, fazendo o cilindro C avançar. Quando o cilindro C avança, o fim de curso S6 é acionado. e. Quando o fim de curso S6 é acionado, o relé K1 é desarmado e como o relé K2 depende do relé K1 para se manter ligado, o relé K2 também desarma. Portanto, temos uma mudança do grupo II para o grupo III, uma vez que os relés K1 e K2 estão desarmados. Nesse grupo, o solenoide Y6 é acionado diretamente, fazendo o cilindro C recuar. Quando o cilindro C recua, o fim de curso S5 é acionado. f. O fim de curso S5 liga o solenoide Y2, fazendo o cilindro A recuar. Quando o cilindro A recua, o fim de curso S1 é acionado. g. O fim de curso S1 indica o fim da sequência. Ele é utilizado para habilitar o reinício da sequência especificada. A diferença entre o casca-passo e o cascativo está no modo em que os relés são acionados (casca-passo: um de cada vez; cascativo: vai acionando todos até chegar ao último), e na montagem das linhas, uma vez que as linhas devem ser ativadas na sequência e somente uma de cada vez.

Figura 12 – Esquema elétrico cascativo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 83

11/11/15 16:33

CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS

Método passo a passo O método passo a passo, assim como o método cascata, é mais indicado para sequências indiretas e circuitos que utilizam válvulas de duplo solenoide. Os passos da execução de um circuito usando o método passo a passo são descritos a seguir. 1. Sequência a ser executada. A+

A-

B+

B-

Observação Nº de relés = nº de movimentos, portanto, número de relés = 4. 2. Circuito pneumático, colocando atuadores, válvulas e fins de curso, ilustrado na Figura 13.

Figura 13 – Circuito pneumático passo a passo.

3. Diagrama indicando o acionamento dos sensores e dos solenoides, como mostra a Figura 14.

Figura 14 – Sequência de movimento passo a passo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 84

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

4. A Figura 15 apresenta o esquema elétrico.

Figura 15 – Esquema elétrico passo a passo.

A estrutura básica de um esquema elaborado a partir do método passo a passo é apresentada na Figura 16.

Figura 16 – Esquema elétrico passo a passo (detalhes).

5. Veja a seguir como funciona esse esquema: a. Para que a sequência comece, o operador deve acionar o botão de rearme, para ligar o último relé (K4) e iniciar a sequência. b. Quando o operador aciona o botão S5, o fim de curso S3 (confirmação do último movimento) está acionado e o último relé (K4) também. O relé K1 é ativado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K1 desarma o relé K4 e liga o solenoide Y1. Portanto, o cilindro A avança. Quando o cilindro A avança, o fim de curso S2 é acionado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 85

11/11/15 16:33

CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS

c. Quando o fim de curso S2 é acionado e o relé K1 está ligado, o relé K2 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K2 desarma o relé K1 e liga o solenoide Y2. Portanto, o cilindro A recua. Quando o cilindro A recua, o fim de curso S1 é acionado. d. Quando o fim de curso S1 é acionado e o relé K2 está ligado, o relé K3 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K3 desarma o relé K2 e liga o solenoide Y3. Portanto, o cilindro B avança. Quando o cilindro B avança, o fim de curso S4 é acionado. e. Quando o fim de curso S4 é ativado e o relé K3 está ligado, o relé K4 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K4 desarma o relé K3 e liga o solenoide Y4. Portanto, o cilindro B recua. Quando o cilindro B recua, o fim de curso S3 é acionado. f. O fim de curso S3 indica o fim da sequência. Ele é utilizado para habilitar o reinício da sequência.

Método cadeia estacionária É mais indicado para sequências indiretas. Pode ser utilizado em circuitos com válvulas de duplo ou de simples solenoide. Os passos da execução de um circuito usando esse método são descritos a seguir. 1. Sequência a ser executada. A+

A-

B+

B-

Observação Nº de relés = nº de movimentos + 1, portanto, n= 4 + 1 = 5. 2. Circuito pneumático, colocando atuadores, válvulas e fins de curso, conforme a Figura 17.

Fundamentos de automação_miolo.indd 86

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Figura 17 – Circuito pneumático cadeia estacionária.

3. Diagrama indicando o acionamento dos sensores e solenoides, apresentado na Figura 18.

Figura 18 – Sequência de movimento cadeia estacionária.

4. A Figura 19 apresenta o esquema elétrico.

Figura 19 - Esquema elétrico cadeia estacionária.

Fundamentos de automação_miolo.indd 87

11/11/15 16:33

CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS

A estrutura básica de um esquema elaborado por meio do método cadeia estacionária é apresentada na Figura 20.

Figura 20 – Esquema elétrico cadeia estacionária (detalhes).

5. Esse diagrama funciona da seguinte maneira: a. Quando o operador aciona o botão S5 e o relé está desligado, o relé K1 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K1 liga o solenoide Y1, fazendo o cilindro A avançar. Quando o cilindro A avança, o fim de curso S2 é acionado. b. Quando o fim de curso S2 é acionado e o relé K1 está ligado, o relé K2 é ativado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K2 desliga o solenoide Y1 e liga o solenoide Y2, fazendo o cilindro A recuar. Quando o cilindro A recua, o fim de curso S1 é acionado. c. Quando o fim de curso S1 é acionado e o relé K2 está ligado, o relé K3 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K3 liga o solenoide Y3, fazendo o cilindro B avançar. Quando o cilindro B avança, o fim de curso S4 é acionado. d. Quando o fim de curso S4 é acionado e o relé K3 está ligado, o relé K4 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K4 desliga o solenoide Y3, fazendo o cilindro B recuar. Quando o cilindro B recua, o fim de curso S3 é ativado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 88

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

e. Quando o fim de curso S3 é acionado e o relé K4 está ligado, o relé K5 é acionado e se mantém ligado pelo contato de retenção. O relé K5 desarma o relé K1, que desarma o relé K2, que desarma o relé K3, que desarma o relé K4, que desarma o relé K5. Quando o relé K5 é desligado, a sequência pode ser reiniciada.

Técnicas de identificação dos terminais e do estado de funcionamento A identificação dos terminais deve ser realizada com atenção, sempre analisando o manual do fabricante e, se necessário, por meio de aparelhos apropriados, por exemplo, o multímetro, que facilita a verificação do funcionamento correto do sistema. Pode-se citar como exemplo de identificação dos terminais de uma válvula pela norma ISO/DIN, apresentada na Tabela 1. Tabela 1 – Identificação das válvulas

Conexão

ISO

DIN

Pressão

Exaustão

3,5

R (3/2) R,S (5/2)

Saída

2,4

B,A

Piloto

14,12, 10

Z,Y

Instalação e testes de funcionalidade A instalação de circuitos eletropneumáticos em máquinas e equipamentos deve respeitar as características do projeto, obedecendo as normas de segurança e as orientações do fabricante. Os testes de funcionalidade devem ser realizados para verificação e identificação de possíveis falhas no funcionamento adequado do projeto executado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 89

11/11/15 16:33

8. Simbologia

Esta unidade apresenta os símbolos básicos funcionais das áreas de pneumática e hidráulica. Tabela 1 – Relação dos símbolos básicos funcionais

Pneumático

Hidráulico

Descrição Fluxo Fonte de pressão Motor elétrico Motor térmico Silenciador Reservatório aberto à atmosfera Reservatório com linha terminando abaixo do nível de fluido Reservatório pressurizado Bocal de enchimento

Fundamentos de automação_miolo.indd 90

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

A Tabela 2 apresenta os símbolos de linhas de fluxo. Tabela 2 – Símbolos de linhas de fluxo

Pneumático e hidráulico

Descrição Linha de trabalho, de retorno ou de alimentação Linha de pilotagem Linha de dreno ou sangria Mangueira ou tubo flexível Linha elétrica União de linhas Linhas cruzadas, não conectadas Sangria de ar

Veja na Tabela 3 os compressores e as bombas. Tabela 3 – Compressores e bombas

Pneumático

Hidráulico

Compressor

Bomba

Descrição Com um sentido de fluxo

Com dois sentidos de fluxo Bomba hidráulica de deslocamento variável com um sentido de fluxo Bomba hidráulica de deslocamento variável com dois sentidos de fluxo

Fundamentos de automação_miolo.indd 91

11/11/15 16:33

SIMBOLOGIA

A Tabela 4 apresenta os motores/atuadores rotativos. Tabela 4 – Motores/atuadores rotativos

Pneumático

Hidráulico

Descrição Com um sentido de fluxo

Com dois sentidos de fluxo Com um sentido de fluxo e deslocamento variável Com dois sentidos de fluxo e deslocamento variável Motor oscilante Bomba/motor de deslocamento fixo com reversão do sentido de fluxo (funcionamento como bomba ou motor, conforme o sentido de fluxo)

Veja na Tabela 5 os cilindros/atuadores lineares. Tabela 5 – Cilindros/atuadores lineares

Pneumático e hidráulico

Descrição Cilindro de ação simples com retração por uma força não especificada (símbolo geral quando o método de retorno não for especificado) Cilindro de ação simples com retração por mola

Cilindro de ação dupla com haste simples (continua)

Fundamentos de automação_miolo.indd 92

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Pneumático e hidráulico

Descrição Com dois amortecimentos fixos Com dois amortecimentos reguláveis

Cilindro telescópico com intensificador de pressão

Cilindro telescópico com ação simples Cilindro telescópico com ação dupla Cilindro telescópico com conversor hidropneumático Cilindro telescópico com haste dupla Cilindro telescópico com cilindro diferencial Observação O funcionamento do cilindro depende da diferença das áreas efetivas de cada lado do êmbolo Com amortecimento fixo no avanço Com amortecimento fixo na retração Com amortecimento regulável no avanço Com amortecimento regulável na retração

Fundamentos de automação_miolo.indd 93

11/11/15 16:33

SIMBOLOGIA

A Tabela 6 apresenta os símbolos acumuladores. Tabela 6 – Símbolos acumuladores

Hidráulico

Descrição Acumulador (símbolo genérico)

Acumulador por mola(s)

Acumulador por peso

Acumulador por gás (genérico)

Acumulador por gás com bexiga

Acumulador por gás com membrana

Acumulador por gás com êmbolo

A Tabela 7 relaciona os trocadores de calor. Tabela 7 – Trocadores de calor

Pneumático e hidráulico

Descrição Resfriador (símbolo genérico). O sentido das setas no losango indica a dissipação de calor sem representação das linhas de fluxo do meio refrigerante Resfriador (símbolo genérico). O sentido das setas no losango indica a dissipação de calor com representação das linhas de fluxo do líquido refrigerante Resfriador (símbolo genérico). O sentido das setas no losango indica a dissipação de calor com representação das linhas de fluxo do gás refrigerante

Fundamentos de automação_miolo.indd 94

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Veja na Tabela 8 os símbolos de filtros, purgadores e lubrificantes. Tabela 8 – Símbolos de filtros, purgadores e lubrificantes

Pneumático

Hidráulico

Descrição Filtro (símbolo genérico) Purgadores com dreno manual Purgadores com dreno automático Filtro com purgador e dreno manual Filtro com purgador e dreno automático Filtro com purgador e desumidificador de ar Filtro com purgador e lubrificador

Filtro com purgador e unidade condicionadora

Fundamentos de automação_miolo.indd 95

11/11/15 16:33

SIMBOLOGIA

A Tabela 9 apresenta as válvulas direcionais. Tabela 9 – Válvulas direcionais

Pneumático e hidráulico

Descrição 2 vias com 2 posições, posição normal fechada (NF)

2 vias com 2 posições, posição normal aberta (NA)

3 vias com 2 posições, posição normal fechada

3 vias com 2 posições, posição normal aberta

4 vias com 2 posições

4 vias com 3 posições, posição intermediária com saídas livres para R

4 vias com 3 posições, posição intermediária fechada

5 vias com 2 posições

5 vias com 3 posições

Fundamentos de automação_miolo.indd 96

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Veja na Tabela 10 o acionamento das válvulas. Tabela 10 – Acionamento das válvulas

Pneumático

Hidráulico

Descrição Acionamento direto por piloto externo por aplicação ou por acréscimo de pressão Acionamento direto por piloto externo por despressurização Acionamento indireto por acréscimo de pressão Acionamento indireto por despressurização Acionamento indireto por áreas de atuação diferentes (no símbolo, o retângulo maior representa a área de maior atuação) Acionamento combinado por solenoide com piloto e dreno externo (hidráulico) e por exaustão (pneumático) Acionamento combinado por solenoide com piloto e dreno interno Acionamento combinado por solenoide ou piloto Acionamento combinado por solenoide e piloto ou por ação muscular Símbolo básico, sem indicação do modo de operação Botão de acionamento manual Alavanca de acionamento manual (continua)

Fundamentos de automação_miolo.indd 97

11/11/15 16:33

SIMBOLOGIA

Pneumático

Hidráulico

Descrição Pedal

Apalpador ou pino

Mola

Rolete

(continua)

Rolete articulado ou gatilho (operando em um único sentido) Acionamento por solenoide com uma bobina Acionamento por solenoide com duas bobinas, operando em sentido oposto Acionamento por solenoide com uma bobina operando proporcionalmente Acionamento com duas bobinas operando proporcionalmente em sentidos opostos Acionamento por motor elétrico reversível

Fundamentos de automação_miolo.indd 98

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

A Tabela 11 relaciona as válvulas de pressão. Tabela 11 – Válvulas de pressão

Pneumático

Hidráulico

Descrição Válvula de alívio, de segurança, limitadora de pressão ou de sequência diretamente operada Válvula de alívio, de segurança, limitadora de pressão ou de sequência comandada por piloto a distância Válvula de alívio, de segurança ou limitadora de pressão pré-operada com piloto e dreno interno Válvula de alívio, de segurança ou limitadora de pressão pré-operada com piloto externo e dreno interno Válvula de alívio, de segurança ou limitadora de pressão pré-operada com dreno externo e comando a distância Válvula de alívio, de segurança ou limitadora de pressão pré-operada com válvula de sequência (simbologia não normalizada)

Válvula redutora de pressão com conexão de descarga

(continua)

Fundamentos de automação_miolo.indd 99

11/11/15 16:33

100

SIMBOLOGIA

Pneumático

Hidráulico

Descrição Válvula redutora de pressão com conexão de descarga e comando a distância

Normalmente fechada, com um estrangulamento

Normalmente aberta, com um estrangulamento

Normalmente fechada, com dois estrangulamentos

Válvula redutora de pressão diretamente operada

Válvula redutora de pressão, com comando a distância

Válvula redutora de pressão, com válvula reguladora de pressão diferencial

Válvula redutora de pressão, com válvula reguladora de pressão proporcional

Fundamentos de automação_miolo.indd 100

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

101

A Tabela 12 apresenta as válvulas de bloqueio. Tabela 12 – Válvulas de bloqueio

Pneumático

Hidráulico

Descrição Válvula de retenção dupla ou germinada Válvula alternadora (elemento OU) Válvula de escape rápido Válvula de simultaneidade (elemento E) Válvula de retenção sem mola Válvula de retenção com mola

Válvula de retenção pilotada

As Tabelas 13 e 14 relacionam as válvulas de fluxo. Tabela 13 – Válvulas de fluxo pneumático e hidráulico

Pneumático e hidráulico

Descrição Estrangulamento influenciável pela viscosidade Estrangulamento não influenciável pela viscosidade Com orifício de passagem fixo Com orifício de passagem regulável

Fundamentos de automação_miolo.indd 101

11/11/15 16:33

102

SIMBOLOGIA

Tabela 14 – Válvulas de fluxo hidráulico

Hidráulico

Descrição Válvulas reguladoras de vazão, com orifício fixo de passagem Válvulas reguladoras de vazão, com orifício de passagem fixo e descarga no reservatório Observação Igual à anterior, porém, o excesso do fluxo é descarregado no reservatório Válvulas reguladoras de vazão com vazão regulável

Válvulas reguladoras de vazão, com vazão regulável e descarga no reservatório

Válvulas reguladoras de vazão, com controle unidirecional

A Tabela 15 apresenta os instrumentos e acessórios. Tabela 15 – Instrumentos e acessórios

Pneumático e hidráulico

Descrição Manômetro ou vacuômetro (a linha pode ser conectada a qualquer ponto da circunferência) Termômetro

Medidor de vazão

Pressostato

Fluxostato

Fundamentos de automação_miolo.indd 102

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

103

Veja na Tabela 16 os componentes elétricos. Tabela 16 – Componentes elétricos

Símbolo

Descrição Contato NA

Contato comutador

Contato NF

Botão liso tipo pulsador

Botão com trava

Botão giratório com trava

Botão cogumelo com trava

Chave fim de curso tipo rolete

Chave fim de curso gatilho

Sensor indutivo

Sensor capacitivo

Sensor óptico

(continua)

Fundamentos de automação_miolo.indd 103

11/11/15 16:33

104

SIMBOLOGIA

Símbolo

Descrição Relé auxiliar

Relé temporizador, com retardo na ligação Relé temporizador, com retardo no desligamento Contador predeterminado

Indicador luminoso e indicador sonoro

Relé auxiliar comutador

Solenoide

Pressostato

Relé

Fundamentos de automação_miolo.indd 104

11/11/15 16:33

9. Motores Motores de CA monofásicos Motores de CA trifásicos Motor de CC Motor sem escovas Motor de passo

A maior parte da energia elétrica produzida é distribuída em corrente alternada (CA), o que justifica o largo emprego dos motores de CA. A construção mecânica desses motores é mais simples que a dos motores de CC. Por isso, eles são mais usados na indústria.

Motores de CA monofásicos Esses motores possuem apenas um conjunto de bobinas, e sua alimentação é feita por uma única fase de CA. Dessa forma, eles absorvem energia elétrica de uma rede monofásica e transformam-na em energia mecânica. Eles são empregados para cargas que necessitam de motores de pequena potência, como motores para ventiladores, geladeiras e furadeiras portáteis. De acordo com o funcionamento, os motores monofásicos podem ser classificados em dois tipos: • universal; • de indução.

Fundamentos de automação_miolo.indd 105

11/11/15 16:33

106

MOTORES

Motor universal Os motores do tipo universal podem funcionar tanto em CC como em CA; por isso a origem de seu nome. A Figura 1 mostra o estator (parte fixa) e o rotor (parte que gira) de um motor universal.

Figura 1 – Estator e rotor.

O motor universal é o único monofásico cujas bobinas do estator são ligadas eletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escovas), como mostra a Figura 2. Esses dois contatos, por sua vez, ligam em série o estator e o rotor.

Figura 2 – Motor universal (detalhes).

Observação É possível inverter o sentido do movimento de rotação desse tipo de motor, invertendo-se apenas as ligações das escovas, ou seja, a bobina ligada à escova A deverá ser ligada à escova B e vice-versa.

Fundamentos de automação_miolo.indd 106

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

107

Funcionamento Quando o motor universal é alimentado por corrente alternada, a variação do sentido da corrente provoca variação no campo, tanto do rotor quanto do estator. Dessa forma, o conjugado continua a girar no mesmo sentido inicial, não havendo inversão do sentido da rotação.

Motor de indução Os motores monofásicos de indução possuem um único enrolamento no estator, gerando um campo magnético que se intercala com as alternâncias da corrente. Nesse caso, o movimento provocado não é rotativo.

Funcionamento Quando o rotor está parado, o campo magnético do estator, ao se expandir e se contrair, induz correntes no rotor. O campo gerado no rotor é de polaridade oposta à do estator. Assim, a oposição dos campos exerce um conjugado nas partes superior e inferior do rotor, o que tende a girá-lo 180° de sua posição original. Como o conjugado é igual em ambas as direções, pois as forças são exercidas pelo centro do rotor e em sentidos contrários, o rotor continua parado. A Figura 3 representa as linhas de força no rotor (o representa a entrada de corrente e o a saída de corrente).

Figura 3 – Funcionamento do motor de indução.

Fundamentos de automação_miolo.indd 107

11/11/15 16:33

108

MOTORES

Se o rotor está girando, ele continua o giro na direção inicial, já que o conjugado é ajudado pela inércia do rotor e pela indução de seu campo magnético. Como o rotor está girando, a defasagem entre os campos magnéticos do rotor e do estator não será mais que 180°, como ilustra a Figura 4.

Figura 4 – Funcionamento do motor de indução 2.

Os motores de indução são de dois tipos: • motor de campo distorcido; • motor monofásico de fase auxiliar.

Motor de campo distorcido O motor de campo distorcido constitui-se por um rotor do tipo gaiola de esquilo e por um estator semelhante ao do motor universal, como mostra a Figura 5. Contudo, existe na sua sapata polar uma ranhura, onde fica alojado um anel de cobre ou espira em curto-circuito. Por isso, esse motor é conhecido também como motor de anel ou de espira em curto-circuito.

Figura 5 – Motor de campo distorcido (estator e rotor).

Uma vez que, no motor de campo distorcido, o rotor é do tipo gaiola de esquilo, todas as ligações encontram-se no estator, como mostra a Figura 6.

Fundamentos de automação_miolo.indd 108

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

109

Figura 6 – Motor de campo distorcido 1.

Esse tipo de motor não é reversível. Sua potência máxima é de 300 W ou 0,5 cv; a velocidade é constante numa faixa de 900 rpm a 3.400 rpm, de acordo com a frequência da rede e o número de polos do motor. Esses motores são usados, por exemplo, em ventiladores, secadores de cabelo etc.

Motor monofásico de fase auxiliar Esse motor é o de mais larga aplicação. Sua construção mecânica é igual a dos motores trifásicos de indução. No estator há dois enrolamentos: um de fio mais grosso e com grande número de espiras (enrolamento principal ou de trabalho), e outro de fio mais fino e com poucas espiras (enrolamento auxiliar ou de partida). O enrolamento principal fica ligado durante todo o tempo de funcionamento do motor, mas o enrolamento auxiliar somente atua durante a partida. Esse enrolamento é desligado quando um dispositivo automático, localizado parte na tampa do motor e parte no rotor, é acionado. Geralmente, um capacitor é ligado em série com o enrolamento auxiliar, melhorando o conjugado de partida do motor, como mostra a Figura 7.

Figura 7 – Motor de fase auxiliar (estator e rotor).

Fundamentos de automação_miolo.indd 109

11/11/15 16:33

110

MOTORES

Funcionamento

O motor monofásico de fase auxiliar opera em função da diferença entre as indutâncias dos dois enrolamentos, uma vez que o número de espiras e a bitola dos condutores do enrolamento principal são diferentes em relação ao enrolamento. As correntes que circulam nesses enrolamentos são defasadas entre si. Por causa da maior indutância no enrolamento de trabalho (principal), a corrente que circula por ele atrasa em relação à que circula no enrolamento de partida (auxiliar), cuja indutância é menor. O capacitor colocado em série com o enrolamento tem a função de acentuar ainda mais esse efeito e aumentar o conjugado de partida. Isso aumenta a defasagem, aproximando-a de 90º, e facilita a partida do motor. Depois da partida, ou seja, quando o motor atinge aproximadamente 80% de sua rpm, o interruptor automático se abre e desliga o enrolamento de partida, mas o motor continua funcionando normalmente.

Ligação dos motores monofásicos Os motores monofásicos de fase auxiliar podem ser construídos com dois, quatro ou seis terminais de saída e funcionam, geralmente, em tensões de 110 V, 115 V, 127 V, 220 V e 380 V. Os motores de dois terminais funcionam em uma tensão e em um sentido de rotação. Os de quatro terminais são construídos para uma tensão e dois sentidos de rotação, ou duas tensões e um sentido de rotação, que são determinados conforme a ligação efetuada entre o enrolamento principal e o auxiliar. De modo geral, os terminais do enrolamento principal são designados pelos números 1 e 2 e os do auxiliar, por 3 e 4. Para inverter o sentido de rotação, é necessário inverter o sentido da corrente no enrolamento auxiliar, trocar o 3 pelo 4.

Fundamentos de automação_miolo.indd 110

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

111

Figura 8 – Motor de fase auxiliar (enrolamentos).

Os motores de seis terminais são construídos para duas tensões e dois sentidos de rotação. O enrolamento principal é designado pelos números 1, 2, 3 e 4 e o auxiliar pelos números 5 e 6. Para a inversão do sentido de rotação, inverte-se o sentido da corrente no enrolamento auxiliar, ou seja, troca-se o terminal 5 pelo 6. As bobinas do enrolamento principal são ligadas em paralelo, quando se deseja ligar na menor tensão, e em série quando se deseja ligar na maior tensão, como mostra a Figura 9.

Figura 9 – Motor de fase auxiliar (ligações).

O motor de fase auxiliar admite reversibilidade quando se retiram os terminais do enrolamento auxiliar para fora com cabos de ligação. Admite também, chave de reversão, mas, nesse caso, a reversão somente é possível com o motor parado. A potência desse motor varia de 1/6 CV até 2 CV, mas para trabalhos especiais existem motores de potência maior. A velocidade desse tipo de motor é constante e pode variar de 1.425 rpm a 3.515 rpm, de acordo com a frequência e o número de polos.

Fundamentos de automação_miolo.indd 111

11/11/15 16:33

112

MOTORES

Motores de CA trifásicos São motores menos complexos que os motores de CC. Além disso, a inexistência de contatos móveis em sua estrutura garante o funcionamento por um grande período, sem necessidade de manutenção. A velocidade dos motores de CA é determinada pela frequência da fonte de alimentação, o que propicia excelentes condições para o funcionamento a velocidades constantes. Os motores de CA trifásicos funcionam sob o mesmo princípio dos motores monofásicos, ou seja, sob a ação de um campo magnético rotativo gerado no estator, provocando com isso uma força magnética no rotor. Esses dois campos magnéticos agem de modo conjugado, obrigando o rotor a girar. Os motores de CA trifásicos são de dois tipos: • motor assíncrono (ou de indução); • motor síncrono.

Motor de CA assíncrono Esse motor é o mais empregado por ser de construção simples, resistente e de baixo custo. Seu rotor não necessita de conexões externas. É conhecido também como motor de indução, porque as correntes de CA são induzidas no circuito do rotor pelo campo magnético rotativo do estator.

Figura 10 – Estator do motor assíncrono.

Fundamentos de automação_miolo.indd 112

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

113

No estator do motor assíncrono de CA (Figura 10) estão alojados três enrolamentos referentes às três fases. Esses enrolamentos estão montados com uma defasagem de 120°. O rotor é constituído por um cilindro de chapas e em sua periferia existem ranhuras onde o enrolamento rotórico é alojado, como mostram as Figuras 11 e 12.

Figura 11 – Rotor de enrolamento rotórico.

Figura 12 – Rotor tipo gaiola de esquilo.

Funcionamento Quando a corrente alternada trifásica é aplicada aos enrolamentos do estator do motor de CA assíncrono, produz-se um campo magnético rotativo (campo girante). A Figura 13 mostra a ligação interna de um estator trifásico em que as bobinas (fases) estão defasadas em 120° e ligadas em triângulo.

Figura 13 – Ligação interna de um estator trifásico.

O campo magnético gerado por uma bobina depende da corrente que circula por ela. Se a corrente for nula, não haverá formação de campo magnético; se for

Fundamentos de automação_miolo.indd 113

11/11/15 16:33

114

MOTORES

máxima, o campo magnético também será máximo. Como as correntes nos três enrolamentos estão com uma defasagem de 120°, os três campos magnéticos apresentam também a mesma defasagem. Os três campos magnéticos individuais combinam-se, resultando em um campo único cuja posição varia com o tempo. Esse campo, giratório, é que age sobre o rotor e provoca seu movimento. A Figura 14 mostra como agem as três correntes para produzir o campo magnético rotativo em um motor trifásico.

Figura 14 – Ação das correntes no motor trifásico.

No esquema, vemos que: • No instante 1, o valor da corrente A é nulo; portanto, não há formação de campo magnético. Isso é representado pelo 0 (zero) colocado no polo do estator. • As correntes B e C possuem valores iguais, porém sentidos opostos. • Como resultante, forma-se no estator, no instante 1, um campo único direcionado no sentido N → S. • No instante 2, os valores das correntes se alteram. O valor de C é nulo. A e B têm valores iguais, mas A é positivo e B é negativo. • O campo resultante desloca-se em 60° em relação à sua posição anterior. Quando um momento intermediário (d) é analisado, as correntes C e A têm valores iguais e o mesmo sentido positivo. A corrente B, por sua vez, tem valor máximo e sentido negativo. Como resultado, a direção do campo fica em uma posição intermediária, entre as posições dos momentos 1 e 2.

Fundamentos de automação_miolo.indd 114

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

115

Figura 15 – Ação das correntes no motor trifásico 2.

Se forem analisadas as correntes durante um ciclo completo, verifica-se que o campo magnético gira em torno de si. A velocidade do campo girante relacionase com a frequência das correntes, conforme já demonstrado. Para determinar a velocidade de rotação do campo girante (n), é necessário estabelecer a relação entre frequência (f) e o número de pares de polos (p) pela seguinte equação: n=

f . 120 (rpm) p

Onde: n = rotação síncrona; f = frequência; 120 = constante; p = número de polos.

Fundamentos de automação_miolo.indd 115

11/11/15 16:33

116

MOTORES

Esses motores diferenciam-se pelo tipo de enrolamento do rotor. Assim, temos: • motor com rotor gaiola de esquilo; • motor de rotor bobinado.

Motor com rotor gaiola de esquilo O motor com rotor em gaiola de esquilo é constituído por barras de cobre ou de alumínio colocadas nas ranhuras do rotor. As extremidades são unidas por um anel de cobre ou de alumínio. Entre o núcleo de ferro e o enrolamento de barras não há necessidade de isolação, pois as tensões induzidas nas barras do rotor são muito baixas. Veja na Figura 16 um rotor gaiola de esquilo.

Figura 16 – Rotor gaiola de esquilo.

Esse tipo de motor apresenta as seguintes características: • velocidade que varia de 3 a 5% a vazio até a plena carga; • possibilidade de ter duas ou mais velocidades fixas; • baixa ou média capacidade de arranque, dependendo do tipo de gaiola de esquilo do rotor (simples ou dupla). Esses motores são usados para situações que não exigem velocidade variável quando ligados diretamente na fonte. Podem ter sua velocidade controlada utilizando-se de circuitos eletrônicos. Também realizam partida com carga, por isso são utilizados em diversas aplicações. No funcionamento desse tipo de motor, o rotor, formado por condutores de cobre, é submetido ao campo magnético giratório. Como consequência, nesses

Fundamentos de automação_miolo.indd 116

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

117

condutores (barras da gaiola de esquilo) circulam correntes induzidas, devido ao movimento do campo magnético, como mostra a Figura 17.

Figura 17 – Funcionamento do rotor gaiola de esquilo.

Segundo a Lei de Lenz, as correntes induzidas tendem a se opor às variações do campo original. Por esse motivo, as que circulam nos condutores formam um campo magnético de oposição ao campo girante. Como o rotor é suspenso por mancais no centro do estator, ele gira com o campo girante e tenderá a acompanhá-lo com a mesma velocidade. Contudo, isso não acontece, pois o rotor permanece em velocidade menor que a do campo girante. Se o rotor alcançasse a velocidade do campo magnético do estator, não haveria sobre ele tensão induzida, o que levaria o motor a parar. A diferença entre as velocidades do campo magnético do rotor e a do campo do estator é que movimenta o rotor. Essa diferença recebe o nome de escorregamento e é dada percentualmente por: S=

nS − nR nS

. 100%

Onde: • S é o escorregamento; • nS é a velocidade de sincronismo; • nR é a velocidade real do rotor. Quando a carga do motor é aumentada, ele tende a diminuir a rotação e a aumentar o escorregamento. Consequentemente, aumenta a corrente induzida nas barras da gaiola de esquilo e o conjugado do motor. Desse modo, o conjugado do motor é determinado pela diferença entre a velocidade do campo girante e a do rotor.

Fundamentos de automação_miolo.indd 117

11/11/15 16:33

118

MOTORES

Motor de rotor bobinado Esse motor trabalha em rede de corrente alternada trifásica e permite um arranque vigoroso com pequena corrente de partida. É indicado para partida com cargas pesadas e variação de velocidade, como compressores, transportadores, guindastes e pontes rolantes. O motor de rotor bobinado é composto por um estator e um rotor, conforme a Figura 18. O estator é semelhante ao dos motores trifásicos já estudados. Apresenta o mesmo tipo de enrolamentos, ligações e distribuição que os estatores de induzido em curto.

Figura 18 – Motor de rotor bobinado.

O rotor bobinado usa enrolamentos de fios de cobre nas ranhuras, tal como o estator. O enrolamento é colocado no rotor com uma defasagem de 120º, e seus terminais são ligados a anéis coletores pelos quais, por meio das escovas, obtém-se acesso ao enrolamento, como demonstra a Figura 19.

Figura 19 – Estator (bobinado).

Fundamentos de automação_miolo.indd 118

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

119

Ao enrolamento do rotor bobinado deve ser ligado um reostato de partida, que permite regular a corrente nele induzida. Isso torna possível a partida sem grandes picos de corrente e possibilita a variação de velocidade dentro de certos limites. O reostato de partida é composto de três resistores variáveis, conjugados por meio de uma ponte que liga os resistores em estrela, em qualquer posição de seu curso. Na Figura 20 temos um exemplo de um reostato ligado a um motor de rotor bobinado.

Figura 20 – Ligação rotor bobinado com estator.

O motor trifásico de rotor bobinado é recomendado para partidas à plena carga. Sua corrente de partida apresenta baixa intensidade: apenas uma vez e meia o valor da corrente nominal. É também usado em trabalhos que exigem variação de velocidade, pois o enrolamento existente no rotor, ao fazer variar a intensidade da corrente que percorre o induzido, faz variar a velocidade do motor. O motor de rotor bobinado é mais caro que os demais, por causa do elevado custo de seus enrolamentos e do sistema de conexão das bobinas do rotor, como anéis, escovas, porta-escovas e reostato. Em pleno regime de marcha, o motor de rotor bobinado apresenta um deslizamento maior que os motores comuns. É importante saber que há uma relação entre o enrolamento do estator e o do rotor. Essa relação é de 3:1, ou seja, se a tensão do estator for 220 V, a do rotor em vazio será de 220 ÷ 3, ou 73 V, aproximadamente.

Fundamentos de automação_miolo.indd 119

11/11/15 16:33

120

MOTORES

A mesma relação pode ser aplicada às intensidades da corrente. Se a intensidade no estator for 10 A, o rotor será percorrido por uma corrente de 10 × 3 = 30 A. Consequentemente, a seção do fio do enrolamento deve ser calculada para essa corrente. Por esse motivo os enrolamentos do induzido têm fios de maior seção que os do estator. Observação É importante verificar na plaqueta do motor as correntes do estator e do rotor.

Motor de CA síncrono Esse motor apresenta a mesma construção de um alternador, e ambos têm o rotor alimentado por CC. A diferença é que o alternador recebe energia mecânica no eixo e produz CA no estator, e o motor síncrono recebe energia elétrica trifásica CA no estator e fornece energia mecânica ao eixo. Esse tipo de motor apresenta as seguintes características: • velocidade constante (síncrona); • velocidade dependente da frequência da rede; • baixa capacidade de arranque. Por essas características, o motor síncrono é usado quando é necessária uma velocidade constante.

Funcionamento A energia elétrica de CA no estator cria o campo magnético rotativo, enquanto o rotor alimentado com CC age como um ímã. Um ímã suspenso num campo magnético gira até ficar paralelo ao campo. Quando o campo magnético gira, o ímã gira com ele. Se o campo rotativo for intenso, a força sobre o rotor também o será. Ao se manter alinhado ao campo magnético rotativo, o rotor pode girar uma carga acoplada ao seu eixo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 120

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

121

Figura 21 – Funcionamento do motor de indução (fluxo).

Quando parado, o motor síncrono não pode partir com aplicação direta de corrente CA trifásica no estator, o que é uma desvantagem. De modo geral, a partida é feita como a do motor de indução (ou assíncrono). Isso porque o rotor do motor síncrono é constituído, além do enrolamento normal, por um enrolamento em gaiola de esquilo.

Ligação dos motores trifásicos No motor trifásico as bobinas são distribuídas no estator e ligadas de modo a formar três circuitos distintos, chamados de fases de enrolamento. Essas fases são interligadas e formam ligações em estrela (Y) ou em triângulo (∆), para o acoplamento a uma rede trifásica. Deve-se levar em conta a tensão que vão operar. Na ligação em estrela, apresentada na Figura 22, o final das fases se fecha em si, e o início se liga à rede.

Fundamentos de automação_miolo.indd 121

11/11/15 16:33

122

MOTORES

Figura 22 – Ligação estrela.

Na ligação em triângulo, apresentada na Figura 23, o início de uma fase é fechado com o fim da outra, e essa junção é ligada à rede.

Figura 23 – Ligação triângulo.

Os motores trifásicos podem dispor de 3, 6, 9 ou 12 terminais para a ligação do estator à rede elétrica. Assim, eles podem operar em uma, duas, três ou quatro tensões, respectivamente. Todavia, é mais comum encontrar motores com 6 e 12 terminais. Os motores trifásicos com seis terminais apenas podem ser ligados em duas tensões, sendo uma √3 maior do que a outra. Por exemplo: 220/380 V ou 440/760 V. Esses motores são ligados em triângulo na menor tensão, e em estrela na maior tensão. A Figura 24 mostra uma placa de ligação desse tipo de motor.

Fundamentos de automação_miolo.indd 122

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

123

Figura 24 – Placa de motor seis pontas.

Os motores com doze terminais, por sua vez, têm possibilidade de ligação em quatro tensões: 220 V, 380 V, 440 V e 760 V. A ligação à rede elétrica é feita da seguinte maneira: ΔΔ YY

para 220 V para 380 V

Δ Y

para 440 V para 760 V

Veja na Figura 25 a representação da placa de ligação desse tipo de motor.

Figura 25 – Placa de motor com doze terminais.

Padronização da tensão e da dimensão dos motores trifásicos assíncronos e síncronos Os motores trifásicos são fabricados com diferentes potências e velocidades para as tensões padronizadas da rede, ou seja, 220 V, 380 V, 440 V e 760 V, nas frequências de 50 Hz e 60 Hz. No que se refere às dimensões, os fabricantes seguem as normas NEMA, IEC e ABNT.

Fundamentos de automação_miolo.indd 123

11/11/15 16:33

124

MOTORES

Motor de CC Funcionamento O funcionamento do motor de corrente contínua baseia-se no princípio da reação de um condutor colocado em um campo magnético fixo, ao ser percorrido por uma corrente elétrica. A interação entre o campo magnético fixo e o campo magnético produzido pela corrente, que circula no condutor, provoca o aparecimento de uma força. É essa força que expulsa o condutor para fora do campo magnético fixo. A Figura 26 ilustra esse princípio.

Figura 26 – Princípio de funcionamento do motor CC.

De acordo com a Figura 26, de um lado do condutor há uma diminuição das linhas magnéticas. Do lado oposto, um acúmulo dessas linhas, que provocam o aparecimento da força magnética responsável pelo movimento do condutor. O motor de corrente contínua funciona sob o mesmo princípio. Nele, existe um campo magnético fixo formado pelas bobinas de campo. Há também condutores instalados nesse campo (no rotor), os quais são percorridos por correntes elétricas. A Figura 27 mostra como aparece o movimento girante em motores de CC.

Fundamentos de automação_miolo.indd 124

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

125

Figura 27 – Movimento girante em motor CC.

A corrente que circula pela espira faz este movimento nos dois sentidos: por um lado, a corrente está entrando e, por outro, saindo. Isso provoca a formação de duas forças contrárias de igual valor (binário), das quais resulta um movimento de rotação (conjugado), uma vez que a espira está presa ao rotor e suspensa pelo mancal. Essas forças não são constantes em todo giro. À medida que o condutor vai se afastando do centro do polo magnético, a intensidade das forças vai diminuindo. Nos motores, as espiras colocadas nas ranhuras da armadura devem estar defasadas entre si e interligadas ao circuito externo por meio do coletor e da escova, para que haja força constante, conforme a Figura 28.

Figura 28 – Motor CC coletor.

Quando o rotor do motor de CC começa a girar, condutores de cobre cortam as linhas magnéticas do campo. Como consequência, uma força eletromotriz induzida força a circulação de corrente no circuito da armadura, no sentido contrário à corrente de alimentação do motor. Essa força, por ser de sentido contrário à tensão aplicada, recebe o nome de força contraeletromotriz (fcem).

Fundamentos de automação_miolo.indd 125

11/11/15 16:33

126

MOTORES

O valor da força contraeletromotriz induzida (Eο) é dado por: Eο = η . Φ . κ Onde: • η é a rotação; • Φ é o fluxo magnético; • κ é a constante da máquina. A força contraeletromotriz induzida em um motor é a mesma tensão induzida em um gerador, por esse motivo suas equações são idênticas. A corrente total que circulará pela armadura (Ia) será dada por: Iα =

E − Eο Ra

Onde: • • • •

Iα é a corrente de armadura; E é a tensão aplicada; Eο é a força contraeletromotriz; Ra é a resistência.

Como acontece com os geradores, os motores CC também são classificados segundo o tipo de ligação de seus campos, ou seja: • motor de CC em série; • motor de CC em paralelo; • motor de CC misto.

Motor CC em série No motor CC em série, ilustrado na Figura 29, as bobinas são constituídas por espiras de fio relativamente grosso ligadas em série com o rotor (induzido).

Fundamentos de automação_miolo.indd 126

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

127

Figura 29 – Motor CC em série.

Por causa da ação magnética, nesse motor o conjugado é diretamente proporcional ao fluxo indutor e à corrente que circula pelo induzido. Esses motores possuem alto torque de partida. A partida e a regulagem de velocidade podem ser feitas por meio de reostato intercalado no circuito. Na partida, o valor da corrente e o fluxo magnético são elevados. Isso fornece um alto conjugado ao motor. Esse tipo de motor é indicado para casos em que é necessário partir com toda a carga e manter a potência constante. Por essa razão, eles são usados, por exemplo, em guindastes, elevadores e locomotivas. Esses motores tendem a aumentar a rotação bruscamente, podendo até danificar o motor. Portanto, não é recomendado o funcionamento em vazio, ou seja, sem carga.

Motor CC em paralelo Nesse motor, as bobinas de campo são constituídas por muitas espiras de fio relativamente fino e ligadas em paralelo com o induzido, como mostra a Figura 30.

Figura 30 – Motor CC em paralelo.

Esse motor é usado quando é necessário obter ajuste de velocidades com maior precisão, por exemplo, em máquinas-ferramentas.

Fundamentos de automação_miolo.indd 127

11/11/15 16:33

128

MOTORES

Motor CC misto Nesse motor, apresentado na Figura 31, as bobinas de campo são constituídas por dois enrolamentos montados na mesma sapata polar. Um desses enrolamentos é de fio relativamente grosso e se liga em série com o induzido. O outro, de fio relativamente fino, liga-se em paralelo com o induzido.

Figura 31 – Motor CC misto.

Esse tipo de motor apresenta características comuns ao motor em série e ao motor em paralelo. Assim, o torque de partida é alto e a velocidade estável em qualquer variação de carga. Esses motores são empregados em prensas, estamparia etc.

Identificação dos terminais das máquinas de CC Os bornes da placa de ligação das máquinas de CC obedecerão a uma nomenclatura normalizada. A Tabela 1 mostra as designações dos elementos da máquina com seus correspondentes para a norma DIN (alemã) e para a norma ASA (americana). Tabela 1 – Designações dos elementos

Elemento

Normas DIN

ASA

Armadura, rotor ou induzido

A.B.

A1 A2

Campo de derivação

C.D.

F1 F2

Campo de série

E.F.

S1 S2

Veja na Figura 32 um exemplo da placa de máquina de CC conectada para funcionar como motor misto de acordo com a norma ASA.

Fundamentos de automação_miolo.indd 128

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

129

Figura 32 – Placa de máquina CC norma ASA.

Motor sem escovas O desenvolvimento da tecnologia no campo de semicondutores e ligas magnéticas especiais levou ao aparecimento de motores não convencionais, ou seja, com acionamento eletrônico sem escovas (em inglês brushless). Os modernos acionamentos (em inglês, drives) para esses tipos de motores possuem controle de corrente e velocidade e são utilizados, principalmente, em servoacionamentos, para além de atenderem a uma ampla faixa de velocidades e potências. O motor de corrente contínua sem escovas apresenta como características diferenciadas a localização do enrolamento no estator e os ímãs permanentes engastados no rotor. Este motor também pode possuir um transdutor de posição angular acoplado ao rotor ou ter um controle sem sensor (em inglês, sensorless). A Figura 33 mostra um corte transversal de um motor sem escova com transdutor de posição.

Fundamentos de automação_miolo.indd 129

11/11/15 16:33

130

MOTORES

Figura 33 – Partes de um motor sem escovas.

Além dessas características, um motor sem escovas será sempre composto por: • distribuidor de energização dos enrolamentos (comutador); • conversor de pulsos eletrônicos. A Figura 34 representa a construção do acionamento sem escovas. Nele, foram omitidas as malhas de realimentação em corrente e velocidade.

Figura 34 – Construção do acionamento sem escovas.

Funcionamento No motor com escovas, a comutação e a distribuição das correntes aos enrolamentos é realizada pelo comutador. No motor sem escovas, essa tarefa é realizada pelo estágio de controle e pelo comutador de potência (conversor) eletrônico. Os motores sem escovas, quando acionados com controle de malha de corrente e de velocidade, combinados com as caixas de transmissão de folga reduzida, permitem a obtenção de servoacionamentos de alta precisão.

Fundamentos de automação_miolo.indd 130

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

131

O motor sem escovas apresenta uma série de vantagens: • • • • • •

peso e volume reduzidos; inexistência de coletor mecânico; maior vida útil; melhores propriedades dinâmicas; menor inércia do motor; torques elevados.

Motor de passo Esse motor permite que o eixo sofra deslocamentos precisos sem que seja necessária uma realimentação externa feita por algum dispositivo acoplado a ele. Isso caracteriza um sistema aberto. Essa característica de funcionamento em malha aberta é uma das mais importantes, pois permite a rotação e a parada em pontos predeterminados. Por exemplo, se for necessário que o eixo gire meia-volta (180°), basta fornecer sinais adequados, e ele realizará esse deslocamento com precisão. Na Figura 35 é ilustrado um motor de passo de pequenas dimensões que apresenta como característica um passo de 7,5º. Isso significa que, para que seu eixo dê uma volta completa, são necessários 48 passos (ou pulsos elétricos).

Figura 35 – Motor de passo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 131

11/11/15 16:33

132

MOTORES

Funcionamento Normalmente, os motores de passo possuem enrolamentos que, na sua forma mais simples, constituem-se de quatro bobinas dispostas no estator em ângulos de 90º, uma em relação à outra, como se vê na Figura 36. O rotor é uma pequena peça de material ferromagnético como um ímã. 1

estator 4

2 rotor

Figura 36 – Motor de passo didático (rotor).

Ao se energizar a bobina 1 do estator, o rotor é submetido à força do campo magnético e se posiciona na condição de menor relutância, ou seja, alinhada com o eixo da bobina. Se, na sequência, a bobina 1 for desligada, e a bobina 2 energizada, o rotor girará 90º e se posicionará em linha com a segunda bobina. O mesmo acontece com as bobinas 3 e 4, até se completar uma volta de 360°. Observação Essa descrição refere-se a um exemplo com motor de passo didático com quatro passos por revolução e 90º por passo. Verifica-se, assim, que um dos fatores determinantes do número de passos por volta corresponde ao número de bobinas no estator. Se existirem n bobinas, o rotor completará uma volta em n passos. Se, em vez de um elemento ferromagnético, o rotor for constituído de η’ elementos (rotor dentado), o número de passos será η . η’. Outro fator que determina o número de passos é a sequência de comutação das bobinas. No exemplo mostrado, foi excitada uma bobina de cada vez. Se, em

Fundamentos de automação_miolo.indd 132

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

133

vez disso, forem excitadas duas bobinas contíguas de cada vez, o rotor tomará posições intermediárias. Isso dá origem a um conjunto de novas posições intermediárias e a um conjunto de novas posições ou passos. Veja na Figura 37 como é possível obter o dobro dos passos, excitando-se as bobinas.

Figura 37 – Motor de passo (excitação das bobinas).

Essa sequência fará o motor girar em sentido horário, completando uma volta em oito passos. As bobinas do estator são também denominadas fases. Muitas vezes, cada fase é subdividida em um conjunto de bobinas ao longo do estator. Dessa forma, mesmo que existam muitas bobinas no estator, eles normalmente constituem oito fases. Os rotores do motor de passo são divididos em dois tipos: • ímã permanente; • relutância variável.

Rotor de ímã permanente Esse rotor, ilustrado na Figura 38, permite obter maior força de atração entre o estator e o rotor. Todavia, é tecnologicamente mais difícil obter um grande número de elementos do rotor previamente magnetizados e cuja magnetização seja estável. Por causa disso, o número de passos é geralmente menor nesse tipo de motor.

Fundamentos de automação_miolo.indd 133

11/11/15 16:33

134

MOTORES

Figura 38 – Rotor de ímã permanente.

Rotor de relutância variável Esse rotor, embora apresente menor torque, possui características mais estáveis. Ele é apenas uma peça de material ferromagnético não imantado, como mostra a Figura 39.

Figura 39 – Rotor de relutância variável.

Circuitos de acionamento Os circuitos de comando para motor de passo são circuitos de chaveamento sequencial, geralmente seguidos de amplificadores cuja potência é determinada pelas dimensões do motor. Experimentalmente, pode-se realizar a rotação do motor por meio de chaves, comutando as bobinas.

Fundamentos de automação_miolo.indd 134

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

135

Os modos de operação de um motor de passo podem ser: Passo completo (em inglês, full-step), descrito nas Tabelas 2 e 3: • Com uma bobina energizada: -- maior velocidade; -- menor torque. Tabela 2 – Full-step

Bobina

Passo

• Com duas bobinas energizadas: -- maior velocidade; -- maior torque. Tabela 3 – Full-step 2

Bobina

Passo

• Meio passo (em inglês, half-step), descrito na Tabela 4: -- alterna entre uma e duas bobinas energizadas; -- a combinação do passo completo com uma bobina energizada e do passo completo com duas bobinas energizadas gera um efeito de meio passo; -- é muito mais preciso que os passos anteriores; - o torque é intermediário aos motores de passo completo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 135

11/11/15 16:33

136

MOTORES

Tabela 4 – Half-step

Bobina

Passo

Fundamentos de automação_miolo.indd 136

11/11/15 16:33

10. Sensores Termopar Termorresistência Termistor Sensores de pressão Sensores de posição e velocidade Encoder Resolver Sensores de vazão Sensor capacitivo Sensor indutivo Sensor óptico Sensor fotoelétrico com fibra óptica Configuração elétrica de alimentação e saídas dos sensores Identificação dos terminais e estado de funcionamento Instalação e testes de funcionalidade Sensores são tipos de transdutores, ou seja, conversores de grandezas físicas em sinais elétricos. Os transdutores ou sensores podem ser classificados em: • autoalimentados: produzem um sinal elétrico de saída sem necessidade de alimentação externa, tendo como exemplo um termopolar; • com alimentação externa: requerem entrada de energia para se obter um sinal de saída. Um exemplo é a termorresistência, que requer uma entrada de energia para excitar o resistor.

Fundamentos de automação_miolo.indd 137

11/11/15 16:33

138

SENSORES

Existem basicamente dois tipos de sensores no que se refere ao sinal de saída: • contínuo: proporciona sinais de saída proporcionais a uma determinada faixa de medição de uma variável analógica. Por exemplo, a célula capacitiva como sensor de pressão que fornece infinitos pontos de uma medição de 0 a 100% de uma determinada faixa de pressão; • discreto: fornece condições digitais de saída a ser acionadas. Por exemplo, o sensor capacitivo de proximidade que detecta a presença de um corpo no seu campo de atuação e abre ou fecha uma chave eletrônica. Existem também os sensores de temperatura – sensores, detectores ou elementos primários de temperatura – que são transdutores que alteram algumas de suas características físicas ao se equalizar com o meio a ser determinada a temperatura. Como exemplo pode ser citado a dilatação do mercúrio em um termômetro de vidro, a geração de tensão em um termopar, a variação de resistência ôhmica em um termistor, entre outras. Dos inúmeros tipos de sensores de temperatura existentes, como termômetros de vidro, termômetros bimetálicos, termômetros de gás, termistores, termômetros de quartzo, termopares, termorresistências, termômetros de germânio e outros; os mais utilizados industrialmente são: • termopar; • termorresistência; • termistor.

Termopar Um termopar ou par termométrico consiste de dois condutores metálicos de natureza distinta, na forma de metais puros ou ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo, ao qual se dá o nome de junção de medição, e a outra extremidade, junção de referência, é levada ao instrumento medidor por onde flui a corrente gerada. Convencionou-se dizer que o metal A é positivo e o B é negativo, pois a tensão e corrente geradas em um termopar são contínuas (cc), como mostra a Figura 1.

Fundamentos de automação_miolo.indd 138

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

139

A junção na qual é utilizada para medição da temperatura é chamada junção de medição ou “junta quente”. Os pontos de conexão do instrumento medidor é chamado junta de referência ou junta fria. O aquecimento de dois metais diferentes com temperaturas diferentes em suas extremidades gera o aparecimento de uma F.E.M. (da ordem de mV). Esse princípio, conhecido como efeito seebeck, propiciou a utilização de termopares para medição de temperatura.

T1 B( - )

Rafael Paiva

A( + )

Figura 1 – Termopar.

Os termopares são sensores de maior uso industrial para medição de temperatura. Eles cobrem uma faixa bastante extensa de temperatura, que vai de –200 °C a 2.300 °C aproximadamente, com uma boa precisão e repetibilidade aceitável, tudo isso a um custo que, se comparado com outros tipos de sensores de temperatura, é mais econômico. Os termopares são classificados em três grandes categorias: • básicos; • nobres; • especiais.

Básicos São os mais usados na indústria, tendo preços mais acessíveis e precisão compatíveis com a maioria dos processos. a. Tipo T. b. Tipo J. c. Tipo E. d. Tipo K.

Fundamentos de automação_miolo.indd 139

11/11/15 16:33

140

SENSORES

Nobres São utilizados em processos com temperaturas superiores a 1.200 °C ou quando é requerida alta precisão. a. Tipo S. b. Tipo R. c. Tipo B.

Especiais São utilizados em laboratórios. a. Tungstênio-tungstênio 74% Ródio 26%. b. Irídio 60% Ródio 40%. c. Ouro-ferro/cromel. d. Tipo N. Veja na Tabela 1 os tipos de termopares e suas especificações. Tabela 1 – Tipos de termopares e suas especificações

Tipo

Elemento positivo

Elemento negativo

Faixa de temperatura usual

Cobre (+)

Constantan (-)

-184 a 370 °C

Ferro (+)

Constantan (-)

0 a 760 °C

Características Podem ser usados em atmosferas oxidantes, redutores, inertes e no vácuo. Adequados para medições abaixo de zero grau. Podem ser usados em atmosferas oxidantes, redutores, inertes e no vácuo. Não devem ser usados em atmosferas sulfurosas e não se recomenda o uso em temperaturas abaixo de zero grau. Apresenta baixo custo.

Restrições • Oxidação do cobre acima de 310°C.

• Limite máximo de utilização em atmosfera oxidante de 760°C devido à rápida oxidação do ferro. • Utilizar tubo de proteção acima de 480°C.

(continua)

Fundamentos de automação_miolo.indd 140

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

Tipo

Elemento positivo

Elemento negativo

Faixa de temperatura usual

Niquel Cromo (+)

Cobre Níquel 0 a 870 °C (+)

Chromel (+)

Alumel (+)

Platina Platina 100% 90% (-) 10% Rhódio (+)

0 a 1.600 °C

Platina Platina 100% 87% (-) 13% Rhódio (+)

0 a 1.600 °C

Platina Platina 94% 70% 6% Rhódio 30% (+) Rhódio (+)

870 a 1.795 °C

0 a 1.200 °C

141

Características

Restrições

Podem ser usados em atmosferas oxidantes e inertes. Em ambientes redutores ou vácuo perdem suas características termoelétricas. Adequados para o uso em temperaturas abaixo de zero grau. Recomendáveis em atmosferas oxidantes ou inertes. Ocasionalmente podem ser usados abaixo de zero grau. Não devem ser utilizados em atmosferas sulfurosas. Seu uso no vácuo é por curto período de tempo. Recomendáveis em atmosferas oxidantes ou inertes. Não devem ser usados abaixo de zero grau no vácuo, em atmosferas redutoras ou atmosferas com vapores metálicos. Apresentam boa precisão em temperaturas elevadas. Recomendáveis em atmosferas oxidantes ou inertes. Não devem ser usados abaixo de zero grau no vácuo, em atmosferas redutoras ou atmosferas com vapores metálicos. Apresentam boa precisão em temperaturas elevadas. Recomendáveis em atmosferas oxidantes ou inertes. Não devem ser usados no vácuo, em atmosferas com vapores metálicos. Mais adequados para altas temperaturas que os tipos S/R.

• Baixa estabilidade em atmosfera redutora.

• Vulneráveis em atmosfera sulfurosa e gases como SO2 e H2S1, requerendo substancial proteção quando utilizado nessas condições.

• Vulneráveis à contaminação em atmosferas que não sejam oxidantes. • Para altas temperaturas, utilizar isoladores e tubos de proteção de alta alumina.

• Vulneráveis à contaminação em atmosferas que não sejam oxidantes. • Utilizar isoladores e tubos de proteção de alta alumina. (continua)

Fundamentos de automação_miolo.indd 141

11/11/15 16:33

142

Tipo N

SENSORES

Elemento positivo

Elemento negativo

Nicrosil (+)

Faixa de temperatura usual 0 a 1.260 °C

Características

Restrições

Excelente resistência • Melhor desempenho à oxidação até na forma de termopar 1200 °C. Curva FEM de isolação mineral. x temperatura similar ao tipo K, porém possui menor potência termoelétrica. Apresenta maior estabilidade e menor driftx tempo.

Fios e cabos de extensão e compensação Fios e cabos de extensão e compensação são condutores que apresentam uma resposta à temperatura similar à do termopar, a fim de que possa ser efetuada a correção da junta de referência. A utilização desses condutores é necessária porque, na maioria das aplicações de medição de temperatura por meio de termopares, o elemento sensor encontra-se afastado do instrumento receptor.

Termorresistência São sensores cuja resistência elétrica varia com a alteração da temperatura. As termorresistências, ou RTD (do inglês, Resistance Temperature Detector), são sensores que usam o princípio da variação da resistência ôhmica em função da temperatura. Elas são usadas nos processos industriais por ter condições de alta estabilidade, repetibilidade, resistência a contaminação, pequena variação em relação ao tempo, menor influência de ruídos e altíssima precisão de leitura. A termorresistência pode ser construída de platina, níquel e cobre. A platina é a mais utilizada, por causa de suas propriedades, como: • alta resistividade, que permite maior sensibilidade; • alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura; • linearidade resistência x temperatura.

Fundamentos de automação_miolo.indd 142

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

143

Quando se fala de uma termorresistência, ela é identificada pelo material que a constitui e pela resistência que apresenta a 0 °C. Por exemplo, uma Pt-100 será uma termorresistência de platina que a 0 °C apresenta uma resistência de 100 Ω, ao passo que uma Ni-500 será uma termorresistência de níquel que a 0 °C apresenta uma resistência de 500 Ω.

bulbo filme

Rafael Paiva

A Figura 2 mostra o aspecto típico desses componentes e os símbolos.

Figura 2 – Termorresistência.

Características gerais da termorresistência de platina A termorresistência de platina é a mais usada industrialmente por sua grande estabilidade e precisão. Essa termorresistência tem a curva padronizada conforme norma DIN-IEC 7511985 e como características uma resistência de 100 Ω a 0 °C. Convencionou-se chamá-la de Pt-100 (fios de platina com 100 Ω a 0 °C). Sua faixa de trabalho varia de –200 °C a 650 °C, porém, a ITS-90 padronizou seu uso até 62 °C aproximadamente.

Vantagens e desvantagens da termorresistência x termopar No Quadro 1 são indicadas as vantagens e desvantagens do sensor termorresistência em relação ao sensor termopar.

Fundamentos de automação_miolo.indd 143

11/11/15 16:33

144

SENSORES

Quadro 1 – Vantagens e desvantagens

Vantagens

Desvantagens

a. Possui maior precisão dentro da faixa de utilização do que os outros tipos de termopares. b. Tem características de estabilidade e repetibilidade melhores do que os termopares. c. Com ligação adequada, não existe limitação para distância de operação. d. Dispensa o uso de fios e cabos de extensão e compensação para ligação, sendo necessários somente fios de cobre comuns. e. Se adequadamente protegido (poços e tubos de proteção), permite a utilização em qualquer ambiente. f. Curva de Resistência x Temperatura mais linear. g. Menos susceptível a interferências elétricas.

a. Tem custo mais elevado que os termopares utilizados nesta mesma faixa. b. Range: faixa de medida de temperatura menor do que os termopares. c. Deteriora-se com mais facilidade, caso se ultrapasse a temperatura máxima de utilização. d. É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura estabilizada para a correta indicação. e. Possui um tempo de resposta mais alto que os termopares. f. Mais frágil mecanicamente. g. Autoaquecimento, exigindo instrumentação sofisticada.

Termistor São dispositivos semicondutores que variam a resistência conforme a temperatura do corpo. Dependendo da forma como a resistência se altera com a temperatura, os termistores podem ser do tipo PTC ou NTC. A Figura 3 mostra o aspecto típico desses componentes e seus símbolos.

Figura 3 – Termistores.

Os termistores podem ser utilizados tanto em CC como em CA.

Fundamentos de automação_miolo.indd 144

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

145

Termistor PTC É um termistor com coeficiente de temperatura positivo (Positive Temperature Coefficient), ou seja, a resistência aumenta com a elevação da temperatura. A Figura 4 ilustra o comportamento de um termistor PTC. Observa-se entre 70° e 100° comportamento típico do PTC.

Figura 4 – Curva PTC.

Cada PTC tem uma faixa de temperatura em que existe grande variação de resistência em função das variações de temperatura. É nessa faixa que se situa a aplicação ideal do termistor.

Termistor NTC É um termistor com coeficiente de temperatura negativo (Negative Temperature Coefficient), ou seja, a resistência diminui com o aumento de temperatura. A Figura 5 mostra o gráfico típico de um NTC ilustrando a variação de resistência em função da temperatura.

Fundamentos de automação_miolo.indd 145

11/11/15 16:33

146

SENSORES

Figura 5 – Curva NTC.

Sensores de pressão A pressão entre todas as variáveis de processo se ressalta pela sua importância, pois diversas outras variáveis são medidas utilizando-se indiretamente a pressão: • as temperaturas podem ser medidas pela utilização de bulbo de enchimento cuja pressão interna relaciona-se à temperatura; • a vazão pode ser medida relacionando-se a diferença entre pressões de entrada e de saída de uma placa de orifício com o fluxo por meio dela; • o nível de um tanque geralmente é medido pela pressão exercida pelo líquido na base inferior do tanque. Os sensores de pressão são elementos de medição que convertem a pressão de entrada em sinal elétrico proporcional. O sinal gerado pode ser em tensão (mV), corrente (mA) e resposta de frequência (ms), que são causados pela mudança da propriedade física dos transdutores ao serem alimentados por uma fonte de energia de corrente contínua ou alternada. Os tipos de sensores de pressão são: • • • •

indutivo; capacitivo; piezoelétrico; piezoresistivo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 146

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

147

Indutivo O mais frequentemente utilizado para medição de pressão é o transformador diferencial de núcleo variável, conhecido por LVDT. Consiste em uma bobina primária (bp) disposta em forma concêntrica, em duas bobinas secundárias (bs1 e bs2). Estando o núcleo de ferro doce em posição simétrica com relação às duas bobinas secundárias, haverá indução de tensão idêntica nessas bobinas, como mostra a Figura 6. pressão

V2 v2 a

bs1

núcleo deslocável

v2 b

bs2

Rafael Paiva

Figura 6 – Sensor de pressão.

Esse tipo de sensor pode medir ampla faixa de pressão, porém é sensível à vibração e aos campos magnéticos. Produz variações de sinal até 1,5 V, o que dispensa o uso de pré-amplificadores.

Capacitivo Baseado no princípio dos capacitores, foi desenvolvida a célula capacitiva para medição de pressão (ou pressão diferencial), que é formada por duas placas fixas em estrutura isolante (vidro) e entre as placas um diafragma sensor, conforme a Figura 7.

Fundamentos de automação_miolo.indd 147

11/11/15 16:33

148

SENSORES

diafragma sensor

fluido de enchimento

diafragma isolador cerâmica

superfície metalizada Rafael Paiva

vidro aço

Figura 7 – Sensor capacitivo.

Piezoelétrico Determinados cristais desenvolvem em sua rede cristalina cargas elétricas quando submetidos a um esforço mecânico. Os cristais mais utilizados nesse tipo de transdutor são o quartzo, a turmalina e o monofosfato de amônia. A carga é gerada por deformação, sem necessidade de uma fonte externa, porém com níveis muito baixos, o que torna necessário um circuito condicionador para amplificar e padronizar o sinal. Na prática, são indicados para medir pressões que variam rapidamente, ou seja, medições dinâmicas, uma vez que perdem a carga com o tempo. A capacidade desse sensor em responder rapidamente a choques de pressão pode tornar-se um fator limitante para algumas aplicações. Porém, possui algumas características vantajosas como alta estabilidade térmica e capacidade para medir pressões na faixa de 1mbar até mais de 10Kbar.

Piezoresistivo A alteração da resistência de um condutor elétrico sob carga mecânica é denominado “efeito piezoresistivo”. É produzido em razão da alteração das características físicas de um fio metálico fino ou uma bolha metálica delgada colocada em uma base de baquelite ou cerâmica. São conhecidos popularmente por strain gage e são usados como sensores de pressão e célula de carga (peso), como mostra a Figura 8.

Fundamentos de automação_miolo.indd 148

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

149

Figura 8 – Strain gage.

Sensores de posição e velocidade São dedicados à medição de velocidade ou posicionamento nos movimentos de máquinas e equipamentos, podendo ser lineares ou rotativos. Os lineares, também conhecidos como réguas digitais, são instalados diretamente no barramento onde se realiza o movimento, e fornecem medidas de posicionamento direto e instantâneo. Os rotativos são acoplados diretamente ao eixo de motores para medir a posição ou velocidade.

Encoder Um encoder é um dispositivo eletromecânico que pode monitorar movimento ou posição. Pode ser linear e rotativo. Um encoder típico usa sensores ópticos para fornecer uma série de pulsos que são traduzidos em movimento, posição ou direção. A Figura 9 ilustra um encoder e na sequência apresenta-se a descrição do seu funcionamento.

Fundamentos de automação_miolo.indd 149

11/11/15 16:33

150

SENSORES

Encoder Óptico Incremental Rotativo Fonte de Luz

Disco

Figura 9 – Encoder (detalhes).

Como se vê, o disco da Figura 9 é bem fino. Uma fonte de luz (LED) fixa é montada para que a luz seja continuamente focada por meio das fendas do disco. Um fototransistor é montado do outro lado do disco para detectar a luz do LED. O disco é montado no eixo do motor ou do dispositivo que terá sua posição medida. Quando o eixo gira, o disco gira também. A luz do LED focada no fototransistor vai produzir um trem de pulsos. Nesse tipo de encoder, utilizado desde as primeiras aplicações, o tamanho das fendas no disco metálico limitou a precisão que poderia ser obtida. Se mais fendas fossem abertas no disco, a resolução do encoder aumentaria, mas ele iria se tornar muito frágil para uso industrial. Os modernos discos de encoder são feitos de vidro com segmentos opacos (barras) gravados neles. Assim que o disco do encoder gira, os segmentos opacos bloqueiam a luz e, onde o vidro é translúcido, a luz passa fornecendo um trem de pulsos similar ao disco de encoder que possui furos. Encoders típicos de vidro possuem de 100 a 6.000 segmentos. Isso significa que um encoder de 100 segmentos pode fornecer 3,6° de resolução, e um encoder com 6.000 segmentos pode fornecer 0,06° de resolução. Se o eixo do encoder é conectado a um eixo de acionamento de um motor, que por sua vez é conectado a um fuso de esferas ou a uma engrenagem de redução, o número de graus de resolução pode ser convertido em posição linear.

Fundamentos de automação_miolo.indd 150

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

151

Encoder rotativo incremental O princípio descrito anteriormente é usado como referência para os encoders. A cada movimento na posição é incrementado um valor de pulso. Um encoder com um único set de pulsos (canal) não consegue identificar o sentido de rotação. Para resolver esse problema, um segundo trem de pulsos é desenvolvido nesse tipo de encoder, colocando-se uma segunda fonte de luz e um segundo fototransistor (fotossensor) a um ângulo diferente do primeiro set. Esse sistema com os dois conjuntos de fotossensores, chamados de Canal A e B, pode ser visto na Figura 10.

detector A

ligado desligado

detector B

ligado desligado

A B Rafael Paiva

Figura 10 – Fotossensor,

Na Figura 11 são mostrados os dois sinais gerados como descrito, em que o segundo está defasado do primeiro set de pulsos (canais A e B); além disso, ele gera um pulso adicional para indicar cada vez que o encoder faz uma volta completa (canal C).

Figura 11 – Pulsos do encoder.

Fundamentos de automação_miolo.indd 151

11/11/15 16:33

152

SENSORES

O pulso gerado a cada revolução completa do encoder é também chamado pulso de comando. Ele é usado para contar as voltas completadas pelo eixo onde o encoder estiver conectado. Uma característica desse tipo de encoder, que pode significar uma desvantagem, é o fato de que, quando ele é energizado, deve-se realizar um processo de posicionamento para se buscar a referência do sistema em uma posição de origem, também conhecido como home position (ou ponto de referência). Da mesma forma, uma das maiores desvantagens do encoder incremental é que o número de pulsos contados é armazenado em um buffer ou contador externo. Se ocorrer falta de energia, a contagem é perdida. O encoder incremental usa uma rotina de referência (ou home routine), que força o motor a se mover até que um switch seja acionado, quando o buffer, ou contador, é zerado e o sistema sabe onde está com relação aos pontos fixos de posição.

Encoder rotativo absoluto Esse encoder foi projetado para corrigir as desvantagens apresentadas pelo encoder incremental, de tal modo que a máquina sempre saberá sua posição. Na Figura 12 podemos ver a estrutura de um encoder absoluto.

Figura 12 – Encoder absoluto.

Esse tipo de encoder possui segmentos opacos e transparentes, como o encoder incremental. Esses segmentos formam múltiplos grupos em círculos concêntricos no disco de encoder, semelhante a um alvo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 152

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

153

Na Figura 13 é apresentado um esquema do disco do encoder absoluto, em que cada segmento representa um bit, conforme detalhado.

Figura 13 – Disco do encoder absoluto.

Os círculos concêntricos começam no meio do disco do encoder, e à medida que se dirigem do centro para a borda, o número de segmentos aumenta. Esses segmentos estão distribuídos em determinada ordem, de modo que em uma posição angular fixa tem-se um conjunto de bits únicos, determinando a posição absoluta. Como já citado, os segmentos formam números para um sistema de contagem binária. Nesse tipo de encoder haverá uma fonte de luz e um receptor para cada anel no disco. Isso significa que o encoder com 10 anéis tem 10 sets de fontes luminosas e receptores, e o encoder com 16 anéis tem 16 fontes de luz e receptores. Uma vez que o encoder absoluto produz somente um número distinto ou código binário padrão para cada posição dentro de seu range, ele sabe onde estará em cada ponto entre os pontos extremos de seu trajeto. Por isso, não necessitará ser deslocado para o home position da máquina toda vez que a energia elétrica for desligada.

Encoder linear Esse tipo de encoder tem operação similar ao encoder absoluto rotativo. Tem duas peças idênticas de vidro retangular que são gravadas com segmentos opacos e transparentes. Uma das peças de vidro é fixada e a outra se move por um braço deslizante preso à parte móvel de uma máquina ou de um robô. Quando a máquina ou o robô se movem, o braço move a peça deslizante de vidro em frente à peça fixa.

Fundamentos de automação_miolo.indd 153

11/11/15 16:33

154

SENSORES

A cada ponto ao longo do movimento, os segmentos opacos e transparentes de vidro criarão um único padrão de luz (segmentos on/off), que serão decodificados em um número binário, indicando a posição da parte móvel da máquina ou do robô. A principal vantagem desse tipo de encoder é que o tamanho das placas de vidro será o mesmo da distância total do trajeto da máquina. Isso garante que a máquina saberá exatamente onde estará a cada ponto ao longo de sua trajetória, mesmo que sua alimentação elétrica seja descontínua. A Figura 14 mostra um encoder linear.

Figura 14 – Encoder linear.

Esses encoders são necessários para usinagem de precisão, solda ou aplicações que usam laser.

Resolver Um resolver é um transdutor que usa um enrolamento de estator e um de rotor para produzir formas de onda e medir o ângulo de um eixo. O termo genérico para todos esses tipos de transdutores é sincro. A Figura 15 mostra em (a) um exemplo de um resolver com o rotor removido do estator. Em (b), podemos ver um estator que usa três enrolamentos conectados em Y. Em (c), vemos um estator que usa dois enrolamentos montados com 90° de diferença um do outro. Quando um transdutor usa três bobinas conectadas em Y, é geralmente denominado sincro; quando o estator tem dois enrolamentos, é geralmente denominado resolver.

Fundamentos de automação_miolo.indd 154

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

155

construção de um resolver brushless

enrolamento do sincro transformador de rotação circuito de um resolver brushless

estator

Rafael Paiva

estator

Figura 15 – Resolver.

Na operação do resolver, o rotor é excitado com uma tensão AC. O estator e o rotor funcionarão como gerador, uma tensão será produzida entre os enrolamentos S1 e S3 e outra tensão, defasada de 90°, será produzida entre os enrolamentos S2 e S4, como mostra a Figura 16.

Figura 16 – Defasagem no resolver.

Cada forma de onda representa uma revolução completa do eixo do rotor (360º). Um resolver pode determinar a posição do rotor dentro de um ângulo qualquer em uma revolução. Para determinar a posição de um eixo do motor, o resolver deve ser preso a ele diretamente ou por meio de um conjunto de engrenagens. Resolveres são tipicamente usados em aplicações robóticas e máquinas-ferramenta, em que a posição do eixo de um robô ou de uma máquina deve ser determinada continuamente.

Fundamentos de automação_miolo.indd 155

11/11/15 16:33

156

SENSORES

Outro avanço na tecnologia de resolveres ocorreu quando amplificadores operacionais (AO) tornaram-se mais refinados. O AO tem capacidade de comparar a tensão entre duas formas de onda dos estatores, determinando a posição exata do eixo de rotação dentro de 0,001 grau. O AO pode também ser usado para detectar se a forma de uma onda está adiantada ou atrasada com relação à outra. Isso indica se a rotação do eixo está no sentido horário ou anti-horário. Problemas com um resolver são simples de ser solucionados porque ele atua como um gerador e seus enrolamentos como um transformador. Um problema comum é o rompimento de fios dos enrolamentos. O teste mais simples para o resolver é aplicar uma tensão de excitação CA nos terminais R2 e R4 do rotor. Se a tensão de excitação estiver presente, ela deve estar entre os terminais S1 - S3 e S2 - S4 do estator, porque a relação entre os enrolamentos do rotor e os do estator é essencialmente a mesma entre os enrolamentos do primário e do secundário de um transformador. Essa relação estará presente se o eixo do rotor estiver girando ou não. Quando o resolver estiver girando, a forma de onda da tensão de estator será uma senoide, como a de um alternador CA, que pode ser medida em um osciloscópio. Se uma tensão de excitação estiver presente, mas uma ou ambas as tensões do estator não estiverem, os enrolamentos do rotor ou do estator estarão abertos. Pode-se desconectar o resolver e testar ambos os enrolamentos do rotor ou do estator quanto à sua continuidade. Se qualquer um dos enrolamentos estiver aberto, o resolver deve ser substituído. O segundo tipo de problema que ocorre com o resolver é em razão dos fios que ligam os enrolamentos do estator e do rotor a seu circuito de controle, que podem estar abertos. Visto que o resolver deve ser montado próximo ao eixo do motor e o circuito de detecção é mostrado próximo aos controles, a quantidade de fios entre os dois pode ser significativa e podem ter dois ou mais terminais de conexão entre eles. Os fios podem se soltar em qualquer um desses conectores ou eles podem estar interrompidos em algum ponto entre eles. Deve-se determinar se a fiação tem

Fundamentos de automação_miolo.indd 156

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

157

algum problema pelo teste da tensão de excitação na fonte (circuito de controle de resolver) e no resolver. Se houver tensão na saída do circuito, um dos dois fios pode estar interrompido. O circuito do estator pode ser testado de maneira similar, exceto se a tensão for desenvolvida no estator e ele usa os fios para chegar ao controlador. Nesse caso, a tensão deve ser testada no estator e no controlador. Se a tensão estiver presente no estator, mas não no controlador, há indícios de que o fio esteja interrompido.

Sensores de vazão Os sensores para medição de vazão são dispositivos desenvolvidos para a determinação da velocidade em que fluem líquidos em tubulações, e baseiam-se na medição entre dois pontos, onde são colocados sensores de pressão de tal forma que, por diferença de pressão, sejam calculadas a velocidade do líquido fluente e a vazão da tubulação. O princípio físico adotado pela maioria desses sensores é o mesmo que o utilizado nos sensores de pressão. A maioria dos equipamentos que realizam a medição dessa variável utiliza-se de outras variáveis relacionadas fisicamente com a vazão.

Sensor capacitivo São sensores que efetuam a comutação quando qualquer tipo de material corta a face sensível do sensor, conforme ilustração da Figura 17.

Rafael Paiva

Dentre os materiais que alteram as condições físicas de um sensor capacitivo podem ser citados o vidro, os metais, a madeira, os granulados, o pó, os líquidos etc.

Figura 17 – Sensor capacitivo e símbolo gráfico.

Fundamentos de automação_miolo.indd 157

11/11/15 16:33

158

SENSORES

Princípio de funcionamento Um objeto qualquer, ao ser aproximado da face sensível, altera a capacitância de um capacitor de placas, que é colocado na face sensível do sensor. A alteração da capacitância é sentida por um circuito eletrônico que efetuará a comutação eletrônica, ou seja, mudará o estado lógico do sensor. A Figura 18 mostra a representação esquemática da construção básica desse tipo de sensor.

Figura 18 – Representação esquemática do sensor capacitivo.

Observação Pelo fato de os sensores capacitivos funcionarem por meio da alteração da capacitância de um capacitor, a distância efetiva de comutação depende do tipo de material bem como da massa a ser detectada. Devido a tais características, os sensores capacitivos podem ser utilizados para detectar certos materiais por meio de outros, como água dentro de um tubo de PVC.

Sensor indutivo Esse sensor, ilustrado na Figura 19, efetua a comutação quando um material metálico corta a face sensível do sensor.

Figura 19 – Sensor indutivo e símbolo gráfico.

Fundamentos de automação_miolo.indd 158

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

159

Princípio de funcionamento Os sensores indutivos efetuam uma comutação eletrônica, quando um objeto metálico entra em um campo eletromagnético de alta frequência, produzido por um oscilador eletrônico direcionado para fora do campo do sensor. A bobina do oscilador situa-se na região denominada face sensível, onde estão montados os elementos sensíveis do sensor. A Figura 20 apresenta a representação esquemática.

Figura 20 – Representação esquemática do sensor indutivo.

Quando o corpo metálico está diante da face sensível, dentro da faixa denominada distância de comutação, amortece a oscilação, provocando, por meio de diversos estágios eletrônicos, a comutação, ou seja, a mudança do estágio lógico do sensor. Observação Distância de comutação (S) é a distância registrada quando ocorre uma comutação ao se aproximar o atuador padrão (elemento que determina a distância de comutação de um sensor) da face sensível do sensor.

Sensor óptico Esse sensor tem como princípio de funcionamento a emissão e recepção de irradiação infravermelha, que detecta qualquer material que reflita, absorva ou desvie a luz, como mostra a Figura 21.

Fundamentos de automação_miolo.indd 159

11/11/15 16:33

160

SENSORES

Figura 21 – Simbologia do sensor óptico.

Os tipos de sensores ópticos são: • ópticos alinhados; • ópticos reflexivos; • ópticos com reflexão difusa.

Ópticos alinhados São formados por um conjunto de dois elementos: emissor e receptor, colocados frente a frente, como mostra a Figura 22. São acionados quando o feixe de luz é interrompido.

Figura 22 – Sensor óptico alinhado.

Ópticos reflexivos São aqueles em que o emissor e o receptor estão em um único encapsulamento, conforme a Figura 23. O feixe de luz é direcionado para um espelho prismático, que produz uma atuação semelhante à do sensor óptico alinhado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 160

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

161

Figura 23 – Sensor óptico reflexivo.

Ópticos com reflexão difusa Nesses sensores, os raios infravermelhos emitidos pelo emissor refletem sobre a superfície do objeto e retornam ao receptor, provocando o seu chaveamento, como mostra a Figura 24.

Figura 24 – Sensor óptico reflexão difusa.

Sensor fotoelétrico com fibra óptica Esse sensor apresenta a vantagem de detectar objetos com dimensões reduzidas, como terminais de componentes eletrônicos, furos de centralização em placas, marcas em materiais de embalagem etc. A fibra óptica consiste em um guia de luz formado por um ou mais fios de vidro de alta densidade óptica encapados com material de baixa densidade, o que transforma o conjunto em condutor de luz, como mostra a Figura 25.

Fundamentos de automação_miolo.indd 161

11/11/15 16:33

SENSORES

núcleo de fibra óptica

torção de metal

reforço traçado

manta de silicone

Rafael Paiva

162

Figura 25 – Sensor fotoelétrico com fibra óptica.

A fibra óptica pode ser aplicada em dois sistemas: • por barreira; • por difusão.

Por barreira Nesse sistema, a fibra óptica é composta de dois cabos, sendo um transmissor e outro, receptor de luz, conforme a Figura 26. O objeto é detectado quando o feixe de luz é interrompido.

Figura 26 – Sensor fotoelétrico com fibra óptica por barreira.

Por difusão Nesse sistema, ilustrado na Figura 27, o cabo é composto por dois condutores, dos quais um é procedente do transmissor e o outro, do receptor de luz. A detecção acontece quando o objeto é aproximado da ponta sensora.

Figura 27 – Sensor fotoelétrico com fibra óptica por difusão.

Fundamentos de automação_miolo.indd 162

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

163

Configuração elétrica de alimentação e saídas dos sensores Os sensores podem ser alimentados em CC ou CA e podem, ainda, ser interligados em série ou em paralelo.

Identificação dos terminais e estado de funcionamento A identificação dos terminais deve ser realizada com atenção, sempre analisando o manual do fabricante e, se necessário, por meio de aparelhos apropriados, como o multímetro, facilitando a verificação do funcionamento correto do sistema. Os condutores dos sensores podem ser identificados por cores, conforme Cores dos Condutores e Identificação, da norma IEC 60757 Ed. 1.0 b, descrita na Tabela 2. Tabela 2 – Cores dos Condutores e Identificação

Cor

Inglês

Abreviação

Função

Marrom

Brown

+ ou ~

Azul

Blue

- ou ~

Preto

Black

Saída

Branco

White

Saída

A seguir são apresentados diferentes tipos de sensores e suas interligações.

Sensores com alimentação CC São classificados quanto ao tipo de saída, ou seja: • chave PNP; • chave NPN; • chave NPN e PNP.

Fundamentos de automação_miolo.indd 163

11/11/15 16:33

164

SENSORES

Chave PNP Nesse tipo de saída, existe um transistor PNP e a carga é ligada ao polo negativo, como mostra a Figura 28.

Figura 28 – Chave PNP.

Chave NPN Nesse tipo de saída existe um transistor NPN e a carga é ligada ao polo positivo, conforme a Figura 29.

Figura 29 – Chave NPN.

Chave NPN e PNP Nesse tipo de saída existem dois transistores: NPN e PNP. Uma saída é positiva e a outra, negativa. As interfaces de entrada são destinadas a processar sinais dos sensores, transformando-os em sinais compatíveis com o equipamento, que controlarão, seja

Fundamentos de automação_miolo.indd 164

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

165

um CLP, um contator etc., e serão escolhidas de acordo com o sinal de saída do sensor, ou seja, PNP ou NPN.

Sensores com alimentação CA Os sensores com saída a dois fios devem ser ligados em série com a carga, como uma chave fim de curso mecânica. Sua alimentação se dá por meio da carga. Podem ser de dois tipos: • chave NF; • chave NA.

Chave NF Nesse tipo de chave, a saída permanece em baixa impedância e a carga fica ligada, conforme a Figura 30. Ao ser atuada, passa para alta impedância e a carga se desliga.

Figura 30 – Chave NF.

Chave NA Nesse tipo de chave, a saída permanece em alta impedância e a carga fica desligada, como mostra a Figura 31. Quando é atuada, passa para baixa impedância e liga a carga.

Fundamentos de automação_miolo.indd 165

11/11/15 16:33

166

SENSORES

Figura 31 – Chave NA.

Para a utilização dessas chaves, aconselha-se o emprego de fusível de ação rápida. Observação Uma pequena corrente flui através da carga para alimentar o sensor com alimentação CA quando está na condição aberto. Essa corrente, porém, não é suficiente para energizar a carga. Na condição fechado, ocorre uma pequena queda de tensão no sensor. A diferença entre a alimentação e essa queda de tensão fica sobre a carga. Os sensores com alimentação CA, com saída de três ou quatro fios, apresentam funcionamento e aplicações semelhantes ao modelo de dois fios. Porém, nesses tipos de sensor a alimentação é feita independentemente da carga. Assim, quando a chave está aberta, a corrente pela carga é nula, e quando a chave está fechada, a tensão sobre a carga é praticamente a tensão de alimentação. As Figuras 32, 33 e 34 mostram os três tipos de configuração dos sensores CA de três e quatro fios.

Figura 32 – Sensor CA com contato NA.

Fundamentos de automação_miolo.indd 166

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

167

Figura 33 – Sensor CA com contato NF.

Figura 34 – Sensor CA com saídas complementares (contatos NA e NF).

Instalação e testes de funcionalidade A instalação dos sensores em máquinas e equipamentos deve respeitar as características do projeto, obedecendo às normas de segurança e as orientações do fabricante. Os testes de funcionalidade devem ser realizados para verificação e identificação de possíveis falhas no funcionamento adequado do projeto executado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 167

11/11/15 16:33

11. Controladores programáveis Histórico e conceito do Controlador Lógico Programável Estrutura de um Controlador Lógico Programável Princípio de operação do CLP Configuração de hardware do Controlador Lógico Programável Uso da interface de programação Interface homem–máquina Fluxograma e lista de tarefas Instalação e testes de funcionalidade

Histórico e conceito do Controlador Lógico Programável O Controlador Lógico Programável (CLP), nascido na indústria automobilística americana, especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 1968, sob a liderança do engenheiro Richard Morley, veio atender às necessidades de muitos usuários de circuitos e relês, não apenas da indústria automobilística como de toda a indústria manufatureira e indústrias que utilizam processos contínuos (petroquímica, química, alimentícia, farmacêutica etc.). O CLP pode ser considerado um equipamento bastante versátil e de fácil utilização. Vem sendo aprimorado constantemente, diversificando-se cada vez mais sua aplicação nos setores industriais. O equipamento baseia-se no hardware de um computador, ou seja, processa informações de entrada e atualiza as saídas. É um sistema com memória programável para armazenamento e execução de instruções de controle industrial.

Fundamentos de automação_miolo.indd 168

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

169

Segundo a norma da National Electrical Manufactures Association Standards (NEMA ICS3-1978), o CLP pode ser definido como: um equipamento de lógica digital que, operando eletronicamente, usa memória programável para armazenamento interno das instruções de implementação específica, como lógica sequencial, lógica combinatória, temporização, contagem, operações aritméticas, algoritmos PID para controle de máquinas e processos industriais com vários módulos de entradas e saídas digitais e analógicas. O hardware de um CLP inicialmente era composto de circuitos eletrônicos à base de transistores e Cis. Na década de 80, a evolução dos microprocessadores, memórias com grande capacidade de armazenamento e o desenvolvimento de software solucionaram problemas iniciais, como limitação de pontos de entrada/ saída e incompatibilidade entre módulos de um mesmo fabricante. No início dos anos 90, graças aos baixos custos das CPUs, deu-se grande ênfase no desenvolvimento de CLP, com microprocessadores comuns. Além disso, o preço desses componentes baixou muito, principalmente pela atuação da microeletrônica e otimização de hardware (equipamentos com muitos recursos, espaço físico reduzido e baixo consumo de potência). Desde o seu aparecimento até os dias atuais, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos, como a variedade de tipos de entradas e saídas, o aumento da velocidade de processamento, a inclusão de blocos lógicos complexos para tratamento das entradas e de módulos de interface com o usuário. Atualmente, os CLPs são compactos, porém com grande capacidade e velocidade de processamento, e não se limitam somente ao controle lógico como no início. Por essa razão, é denominado Controlador Programável (CP), podendo ser aplicado em controle de máquinas, controle de variáveis analógicas, sistemas de segurança, controle predial, controle de energia etc. A evolução também teve de ser acompanhada pela normalização, tanto que a busca de uniformização de todos os aspectos envolvidos nos Controladores Lógicos Programáveis levou a International Electrotechnical Commission (IEC), em 1992, a desenvolver uma regulamentação denominada de IEC 61131.

Fundamentos de automação_miolo.indd 169

11/11/15 16:33

170

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

Com a globalização, a IEC 61131 está sendo aplicada mundialmente como padrão para os CLPs, o que traz inúmeros benefícios para a comunidade tecnológica, pois permite transferência do conhecimento adquirido em vários tipos de CLP, independente de serem de fabricantes diferentes. Além disso, houve uma redução significativa de custos de desenvolvimento e de manutenção dos equipamentos.

Estrutura de um Controlador Lógico Programável É importante o entendimento da forma como um controlador programável recebe, processa e envia sinais em um sistema automatizado. Dizemos que um CLP é um computador “dedicado”, pois possui a CPU similar a de um computador convencional, com fonte de alimentação interna e memórias conectadas a um terminal de programação e aos módulos de entrada/saída, como mostra a Figura 1.

Figura 1 – Estrutura de um controlador lógico programável.

Fundamentos de automação_miolo.indd 170

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

171

Princípio de operação do CLP Um CLP opera lendo e processando os sinais de entrada provenientes de elementos localizados no processo e fornecendo os sinais de saída para os atuadores e dispositivos de saída. Quando são detectadas mudanças na entrada, o CLP reage de acordo com a lógica de programação para a atualização dos sinais de saída. Esse ciclo contínuo denomina-se Ciclo de Varredura, ilustrado na Figura 2.

Figura 2 – Ciclo de varredura.

Tempo de varredura é o tempo total requerido por um CLP para executar todas as operações internas do microprocessador, como: • • • • •

operação do circuito Cão de Guarda (Watch Dog Timer); teste da memória do sistema; leitura das entradas; execução das instruções; atualização das saídas.

Esse tempo varia de acordo com o número de instruções de um programa.

Fundamentos de automação_miolo.indd 171

11/11/15 16:33

172

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

Configuração de hardware do Controlador Lógico Programável A parte física, também conhecida como hardware do controlador lógico programável, é constituída por: • • • • •

fonte de alimentação; unidade central de processamento; memórias; módulo de entrada; módulo de saída.

Fonte de alimentação Converte a tensão da rede elétrica (CA) para tensão contínua (CC) e é especificada de acordo com a configuração e consumo do sistema. Um exemplo de fonte de alimentação e o diagrama em blocos de como ela se integra ao CLP podem ser vistos nas Figuras 3 e 4.

Figura 3 – Fonte CLP.

Figura 4 – Diagrama de blocos CLP.

Fundamentos de automação_miolo.indd 172

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

173

Em caso de falta de energia elétrica, a bateria interna mantém o programa do usuário (memória RAM da CPU) e é recarregada automaticamente pelo sistema, quando se encontra em operação.

Unidade central de processamento (CPU) A Unidade Central de Processamento contém os elementos que compõem a inteligência do sistema. Sua arquitetura pode se diferenciar, ligeiramente, de acordo com o fabricante. Nas Figuras 5 e 6 podem ser vistos um exemplo com a foto da CPU e seu diagrama simplificado.

Figura 5 – CPU CLP.

Figura 6 – Diagrama de blocos.

Fundamentos de automação_miolo.indd 173

11/11/15 16:33

174

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

Observando a Figura 6, pode-se analisar seus componentes: • O microprocessador interage continuamente com o sistema de memórias, interpreta e executa o programa do usuário que vai controlar uma máquina ou um processo. • O sistema de alimentação estabilizado interno provê os níveis de tensão necessários à operação adequada das memórias e microprocessador. • O cérebro do microprocessador é a Unidade Lógica e Aritmética (ULA), que efetua as operações lógicas (decisões) e aritméticas, além de manipular dados armazenados no registrador interno com altíssima velocidade. • As instruções e os comandos programados e armazenados na memória do usuário são interpretados pelo decodificador de instruções do microprocessador e tratados pela ULA, para que se inicie a ação correta de processamento, de acordo com a presente instrução.

Memória A memória de um CLP é o local onde todas as informações do processo são armazenadas. Essas informações podem ser gravadas, acessadas ou alteradas a qualquer momento.

Memória do sistema ou executiva Traz a versão atualizada do software responsável pela operação do Controlador Programável. Esse software tem capacidade de sequenciar o Programa do Usuário. • Executa as instruções específicas. • Controla os procedimentos padrões do CLP como varredura de entradas/ saídas. • Controla a comunicação da CPU com o terminal de programação. O programa executivo é gravado na fábrica (EPROM) e não pode ser alterado pelo usuário.

Fundamentos de automação_miolo.indd 174

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

175

Memória do usuário O programa do usuário pode ser armazenado por uma memória RAM, por meio de uma EPROM gravada no próprio terminal de programação, ou por meio de uma FLASH-EPROM. A utilização da FLASH-EPROM torna o sistema de programação mais prático e flexível, uma vez que não existe necessidade de aparatos de gravação como na programação e no apagamento da EPROM.

Memória imagem A memória imagem armazena o estado dos operandos do CLP. As imagens de entradas correspondem aos valores binários obtidos pela varredura de todos os pontos de entrada do CLP. As imagens de saída correspondem aos resultados obtidos, considerando o estado das entradas e o programa do usuário. Essas áreas de memória estão se alterando constantemente a cada ciclo de varredura.

Memória de dados É uma área reservada para controle do Programa do Usuário. Nessa área estão os dados relativos ao processamento do programa do usuário como resultado de operações aritméticas, constantes, de temporização e contagem.

Módulos de entrada O subsistema de entrada é responsável pela compatibilização dos sinais provenientes dos elementos situados no processo para que sejam interpretados adequadamente pela CPU. São interfaces ou cartões eletrônicos com capacidade para receber certo número de variáveis.

Interface de entrada digital e analógica Os dispositivos de entrada são conectados fisicamente ao módulo pelo “barramento de entrada”. De acordo com a natureza, os sinais (CC, CA, Digital, Analógico, 5 ou 24 Vcc) são tratados adequadamente por meio de circuitos de entrada para garantir níveis baixos de tensão.

Fundamentos de automação_miolo.indd 175

11/11/15 16:33

176

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

Para manter a isolação elétrica entre a CPU e os elementos de entrada, cada sinal ativará um circuito optoacoplado. Em caso de erro na instalação ou na especificação dos sinais de trabalho, as entradas podem danificar-se sem comprometer o funcionamento da CPU. De acordo com a configuração do sistema e o tipo de elementos de entrada, são encontrados diversos tipos de módulos de entrada, como exemplificado na tabela a seguir. Analógico

Digital

Especiais

110/127 Vca

0 a 5 Vcc

Contador rápido

1 a 5 Vcc

5 Vcc

Termopar

-10 a + 10 Vcc

12 Vcc

Termorresistência

0 a 20 mA

24 Vcc

Chave thumbweel

4 a 20 mA

48 Vcc

Teclado

Interfaces de saída digital e analógica Assim como as interfaces de entrada, as de saída permitem a comunicação adequada do processador aos elementos de saída e são instaladas de forma modular junto à CPU e à fonte de alimentação. Veja na Figura 7 um módulo de saída.

Figura 7 – Módulo de saída.

Os sinais de comando provenientes do processador chegam ao módulo na forma serial e são direcionados às respectivas saídas. O circuito de retenção (latch) me-

Fundamentos de automação_miolo.indd 176

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

177

moriza e retém as “imagens” já recebidas do bloco anterior. Também possuem circuito fotoacoplado para isolar os sinais de controle do circuito de saída. O estágio de potência converte os níveis lógicos em sinais de potência, capazes de acionar os dispositivos de saída localizados no processo. Pode ser transistorizado por triac ou por contato de relê. Por meio do módulo de saída, pode-se acionar os elementos do processo, como válvulas solenoides, contatores, lâmpadas, sirenes etc. Dependendo do tipo de sinal de controle e da natureza do dispositivo atuador, encontramos os seguintes módulos de saída: Analógico

Digital

Especiais

0 a 5 Vcc

Contato Seco NA ou NF

1 a 5 Vcc

5 Vcc

Motor de Passo

- 10 a + 10 Vcc

12 Vcc

Display

0 a 20 mA

24 Vcc

4 a 20 mA

48 Vcc

Resolução de um conversor A/D As tensões aplicadas nas entradas analógicas são convertidas em um número digital por intermédio de um conversor A/D, que é armazenado em uma memória do CLP. Dessa forma, esse valor poderá ser tratado de várias maneiras, por exemplo, por meio de comparações, operações matemáticas e outras aplicações. A resolução de um conversor A/D é algo importante e deve ser levado em consideração, pois é necessário conhecer o valor que será convertido pelo CLP dependendo da tensão ou corrente que será aplicada na entrada analógica. A resolução é o menor aumento possível de tensão ou corrente capaz de alterar o valor digital convertido em uma unidade. Segue abaixo as fórmulas de resolução: Resolução: (Vmáx-Vmín)/(2n) para entrada de tensão. Resolução: (Imáx-Imín)/(2n) para entrada de corrente.

Fundamentos de automação_miolo.indd 177

11/11/15 16:33

178

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

Onde: Vmín: tensão mínima permitida na entrada analógica do CLP; Vmáx: tensão máxima permitida na entrada analógica do CLP; Imín: corrente mínima permitida na entrada analógica do CLP; Imáx: corrente máxima permitida na entrada analógica do CLP; n: número de bits do conversor A/D. Podemos entender melhor a teoria mencionada pelo exemplo a seguir. Exemplo Temos um CLP com uma entrada analógica de 4mA a 20mA e com 10 bits. Se aplicarmos uma corrente de 15mA, qual será o valor convertido? Imín = 4mA Imáx = 20mA n = 10 Resolução: (20-4)/(210)= 15,625µA Ou seja, a cada 15,625µA aplicado na entrada analógica, será acrescentada uma unidade no número digital convertido. Ou seja, devemos dividir 15mA por 15,625µA, o resultado será o valor da conversão. Número digital convertido = 15mA /15,625µA = 960 Nesse caso, o CLP converterá a corrente recebida para o número digital 960 e armazenará em uma memória para um tratamento posterior.

Uso da interface de programação Para que o CLP realize sua função, ou seja, aja nos atuadores com base nas informações fornecidas pelos sensores e outros tipos de entradas, é necessário que

Fundamentos de automação_miolo.indd 178

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

179

sejam informadas qual a sequência e o que ele deve fazer. Isso é feito por meio da interface de programação. A programação pode ser dividida em duas partes: • configuração ou parametrização; • programação de controladores lógicos programáveis.

Configuração ou parametrização de CLPs Fazer configuração ou parametrização em sistemas de controle, assim como em informática, é definir para a “máquina” o tipo de estrutura básica que ela terá, com quais dispositivos poderá se comunicar e quais serão as especificações da via e do formato dos dados na comunicação. Também informa ao aplicativo de edição e monitoração de programação o endereço em que poderá encontrar arquivos para operacionalizar o trabalho, onde deverá guardar as informações de trabalho e os arquivos, e como deve ser sua interface com o usuário etc. Para um CLP, essas informações podem ser divididas em três categorias principais: • comunicação; • estrutura de I/O (entradas e saídas); • interface e modo de execução. Existem no mercado muitos CLPs que possuem parametrização automática do tipo plug and play.

Comunicação Normalmente, nesse ponto é necessário determinar para o equipamento o padrão de estrutura de comunicação de dados com que trabalhará (RS-232C, RS-485, RS-422, Profibus, Fieldbus, Alnet, Modbus, Modbus+ etc.). A partir daí, especificam-se os parâmetros. A velocidade de comunicação pode ser definida como a velocidade com que os dados fluirão entre o CLP e o terminal de programação, ou entre os CLPs. A velocidade dependerá do tipo de estrutura de comunicação adotado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 179

11/11/15 16:33

180

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

Por exemplo, no RS-232C tem-se as velocidades: 300, 600, 900, 1.200, 2.400, 4.800, 9.600, 19.200, 28.800, 33.600bps (bits por segundo) ou bauds (baud-rate), que é a unidade de taxa de transmissão. O enlace físico, ou seja, a parte física da comunicação pode se dar por cabos de 2 fios, 4 fios, fibra óptica, cabos proprietários, cabos para Fieldbus etc. É necessário o endereço do equipamento na rede, quando se trabalha com vários equipamentos interligados, para que as informações trocadas entre os equipamentos e dispositivos não sejam enviadas ou recebidas pelo componente errado nem perdidas na rede. Em relação ao formato do pacote de dados (conjunto de bytes), em que a comunicação dos dispositivos se dá de modo serial, é importante determinar o formato dos pacotes de comunicação entre CLPs e sistema programador, entre CLP e CLPs e entre CLP e dispositivos. Nos formatos dos padrões seriais normalmente temos: • • • •

o(s) bit(s) de início – o(s) start bit(s); a sequência de bits de dados; os bits que conferem a integridade dos dados – bits de paridade; o(s) bit(s) de parada – o(s) stop bit(s).

A estrutura da rede de CLPs e demais equipamentos de controle podem ser do tipo proprietária (de um único fabricante) ou estabelecida em norma, portanto, normalizada como Modbus+, Fieldbus, Profibus etc.

Estrutura de I/O Essa estrutura refere-se aos tipos de entradas e saídas do CLP. O CLP pode trabalhar com variáveis que mudam de valor continuamente no tempo (variáveis analógicas) e variáveis que mudam de valor de forma discreta (variáveis digitais). Nos CLPs que precisam ser configurados, é necessário definir se as entradas ou as saídas são digitais ou analógicas e o endereço em que elas se encontram. Esse endereço se dá, normalmente, de duas formas:

Fundamentos de automação_miolo.indd 180

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

181

• modo físico: é necessário identificar o local físico no painel ou barramento do CLP que corresponde ao endereço da placa. Isso pode ser feito por meio de bloco de microchaves ou estrapes. Esses endereços normalmente são decodificados de modo binário e devem ser únicos para a placa; • modo lógico: no aplicativo de parametrização ou configuração deve ser assinalado em qual endereço físico se encontra determinada placa, seu tipo (se trabalha com sinais digitais ou analógicos) e função, além de especificar se é uma entrada ou saída etc. Deve-se ter o cuidado de nunca colocar duas placas ou módulos com o mesmo número lógico ou físico, evitando-se, assim, o conflito de endereços.

Modos de execução Os CLPs podem executar um programa que está em sua memória e não aceitar outro nem realizar alterações do programa em execução enquanto não se alterar o seu estado para o modo de programação. Essa forma de programação chama-se off-line. Quando o CLP aceita um novo programa ou alterações no programa em execução, com o processo de varredura em andamento, denomina-se programação on-line. É importante salientar que quando se programa on-line, qualquer alteração ocorrerá de forma imediata, sendo necessário ter absoluta certeza dos resultados das alterações que estão sendo implementadas.

Programação de controladores lógicos programáveis A norma IEC 6113-3 especifica as linguagens de programação utilizadas nos controladores programáveis. Nela, são encontradas as linguagens gráficas e as linguagens textuais. As linguagens gráficas são: • Linguagem Ladder (LD). • Linguagem de Blocos de Funções (FBD). • Linguagem de Fluxo Sequencial (SFC).

Fundamentos de automação_miolo.indd 181

11/11/15 16:33

182

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

As linguagens textuais são: • Linguagem de Lista de Instruções (IL). • Linguagem de Texto Estruturado (ST).

Linguagem Ladder A Linguagem Ladder (LD) – em português, Linguagem de Diagramas de Contatos – é a mais antiga delas e foi baseada na lógica de relês. Essa linguagem é comum na maioria dos controladores e tem sua representação bastante parecida com os símbolos encontrados em esquemas elétricos. Veja na Figura 8 a lógica “E” montada nessa linguagem.

Figura 8 – Lógica E.

Linguagem de Blocos de Funções A Linguagem de Blocos de Funções (FBD, Function Block Diagram) – em português, Esquema de Blocos Funcionais – é classificada como uma linguagem gráfica, pois permite a análise de sua lógica por meio de blocos, não necessitando de análise da lógica interna. Essa linguagem foi elaborada para atender os profissionais que trabalhavam com projetos e análise de circuitos lógicos digitais e passaram a trabalhar com CLPs. Veja na Figura 9 uma lógica montada nessa linguagem. 2.1 (1)

2.2 (2)

%100001 %000001

AND_BOOL %000001

%100002 %100003 FBI_2_3 (3) SR %100004 %100005

S1 R

%000002

Gabriela Casellato

OR_BOOL

Figura 9 – Lógica de Blocos Funcionais.

Fundamentos de automação_miolo.indd 182

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

183

Linguagem de Fluxo Sequencial A Linguagem SFC (Sequential Function Chart) – em português, Sequenciamento Gráfico de Funções – foi regulamentada pela norma IEC 61131-3. Essa linguagem tem um diferencial em relação às anteriores: mostra o fluxo de funcionamento do processo. A representação dessa linguagem é realizada por blocos, o que permite o uso de qualquer uma das outras linguagens dentro do processo. É usada para controlar processos contínuos, como a produção de alimentos em grande escala, bebidas etc. Veja na Figura 10 um exemplo de fluxo montado nessa linguagem. Início

Início do processo de partida

1 Ver_Segur

Segurança

Ver_Ch_Liga

Verificar o sistema de segurança

Sistema de segurança-emergência e relé de sobrecarga

Verificar chave liga motor

Chave liga motor

Liga_Motor

Ligar motor do exaustor

Ver_Segur

Retorno para reiniciar o processo

Gabriela Casellato

%100001

Figura 10 – Lógica de Fluxo Sequencial.

Linguagem de Lista de Instruções A Linguagem de Lista de Instruções, Instruction List (IL), é classificada como linguagem descritiva, pois se apresenta na forma de um texto. É bem semelhante à linguagem usada por programadores “assembler” e utiliza os operadores mais comuns encontrados nos CLPs industriais.

Fundamentos de automação_miolo.indd 183

11/11/15 16:33

184

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

LD Sobrecarga OR BT Desl OR Lâmpada Bloqueio ST Desliga JMPC inicio

(* Relê Térmico atuou? (* Botão Desligar pressionado? (* Limite de sobrecargas atingido? (* Desligue o circuito !

*) *) *) *)

Gabriela Casellato

Veja na Figura 11 um exemplo de lógica montada nessa linguagem.

Figura 11 – Linguagem de Lista de Instruções.

Linguagem de Texto Estruturado A Linguagem de Texto Estruturado, Structured Text (ST), é uma linguagem textual de alto nível. É muito flexível e intuitiva para escrita de controle de algoritmo. O texto estruturado usa operadores, como ramos lógicos, ramos múltiplos e de laços (loops). A linguagem ST é ideal para as tarefas que requerem matemática complexa, algoritmos ou tomada de decisão. Seu formato conciso permite que um algoritmo grande seja indicado de maneira simplificada. Essa linguagem é aplicada em grandes processos da indústria química e petroquímica. VAR ChaveGeral : RS; Contador : CTU; ExpediçãoRS : RS; EVD_VAR ChaveGeral (S := (Liga OR reinício) R1 := (Desliga OR Rele de Sobrecarga OR saída contador)); auxiliarSR :=ChaveGeral.Q1; motor:= auxiliarSR;

Gabriela Casellato

Veja na Figura 12 um exemplo de lógica montada nessa linguagem.

Figura 12 – Linguagem de Texto Estruturado.

Interface homem–máquina A interface homem–máquina (IHM) controla e permite a comunicação do usuário com o CLP para que tenha a possibilidade de verificar (visualizar) ou interferir (alterar) nos valores de preset em variáveis do processo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 184

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

185

As formas mais usuais de se comunicar com o CLP são: • • • •

frontais de teclado e display de sete segmentos; frontais de teclado de cristal líquido (LCD); terminais de vídeo ou LCD; softwares de supervisão.

Frontais de teclado e display de sete segmentos São dispositivos compostos de display, LEDs de sinalização e teclado, que permitem a verificação e/ou alteração de valores instantâneos das variáveis do processo. Com esses dispositivos é possível obter maior flexibilidade operacional na alteração das variáveis. Sem o uso do frontal é necessário trocar “memórias de variáveis” nos equipamentos para cada mudança de matéria-prima ou para cada mudança definida para as características do produto final. Com o frontal, pode-se visualizar valores de preset, imagens de entrada, imagens de saída e estados internos, por meio de códigos especiais.

Frontais de teclado e display de cristal líquido Os dispositivos compostos de display de cristal líquido e teclado permitem verificar e/ou alterar os valores instantâneos das variáveis de processo, e também elaborar telas que contenham mensagens para o usuário.

Terminais de vídeo ou LCD São dispositivos compostos por teclado e vídeo que realizam as mesmas funções de um frontal, com a vantagem de permitir maior clareza na visualização de uma quantidade maior de valores de parâmetros. Nas telas editadas pelo usuário, além da visualização, é possível modificar os valores de parâmetros de maneira mais rápida e ordenada, como também monitorar variáveis de processo.

Fundamentos de automação_miolo.indd 185

11/11/15 16:33

186

CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS

Os terminais com display planos têm a mesma aplicação do terminal de vídeo, porém têm construção em menor profundidade, peso e volume. Outra característica é o menor consumo de potência. Os tipos mais comuns de displays planos são: tela de cristal líquido (LCD) e tela de cristal líquido com matriz ativa.

Fluxogramas e lista de tarefas Para executar um projeto em que será utilizado um controlador lógico programável, é recomendável iniciá-lo com a construção de um fluxograma que descreva a sequência de funcionamento da máquina seguido de uma lista de tarefas explicando a sequência. Veja na Figura 13 um exemplo de fluxograma. início

Abrir a válvula de saída Fechar a válvula de entrada

O botão liga está pressionado?

não

sim Abrir a válvula de entrada Fechar a válvula de saída

O tanque está cheio?

sim

Abrir a válvula de saída Fechar a válvula de entrada

não

O botão de parada está pressionado?

não sim

O tanque está vazio? sim

Gabriela Casellato

não

Figura 13 – Fluxograma.

Fundamentos de automação_miolo.indd 186

11/11/15 16:33

FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO

187

Lista de tarefas A lista de tarefas descreve a sequência de funcionamento da máquina. • Inicialmente a máquina apresentará: -- válvula de saída aberta; - válvula de entrada fechada. • Ao pressionar o botão liga: -- a válvula de entrada se abre; - a válvula de saída se fecha. • Com o tanque cheio: -- sensor de nível máximo atuado; -- a válvula de saída se abre; - a válvula de entrada se fecha. • Ao pressionar o botão de parada: -- a válvula de saída se abre; - a válvula de entrada se fecha. • Com o tanque vazio: -- o sensor de nível mínimo é atuado e o botão liga, pressionado; -- a válvula de entrada se abre; - a válvula de saída se fecha.

Instalação e testes de funcionalidade A instalação dos CLPs deve respeitar as características do projeto, obedecendo às normas de segurança e as orientações do fabricante. Os testes de funcionalidade devem ser realizados para verificação e identificação de possíveis falhas no funcionamento adequado do projeto executado.

Fundamentos de automação_miolo.indd 187

11/11/15 16:33

Fundamentos de automaĂ§ĂŁo_miolo.indd 188

11/11/15 16:33

Referências

SENAI-ES. Instrumentação básica II: Vazão, temperatura e analítica – Instrumentação. Espírito Santo, 1999. 242 p. SENAI-SP. Controlador programável. São Paulo, 2009. 85 p. ______. Controladores lógicos programáveis. São Paulo, Centro de Educação a Distância, 2004. ______. Mecatrônica – Controlador programável. 2a ed. Seleção de conteúdos e elaboração de ensaios: Antonio Carlos Serradas Pontes da Costa. 2009. 85 p. ______. Pneumática e hidráulica. São Paulo, 2003. 228 p.

Sites consultados <http://www.exacta.ind.br/>. Acesso em: 28 ago. 2012. <http://www.nuovaelva.it/files/docs/Bosh%20Rexroth/Tecnologie%20e%20prodotti%20per%20il%20controllo%20del%20movimento/07230504.pdf>. Acesso em: 13 set. 2012. <http://www.smsresistencias.com.br/termopares.asp>. Acesso em: 14 jul. 2012. <http://www.termopares.com.br/teoria_sensores_temperatura_termopares_tipo_j_feco/>. Acesso em: 29 ago. 2012.

Fundamentos de automação_miolo.indd 189

11/11/15 16:33

Fundamentos de automaĂ§ĂŁo_miolo.indd 190

11/11/15 16:33

Conselho Editorial Paulo Skaf Walter Vicioni Gonçalves Débora Cypriano Botelho Ricardo Figueiredo Terra Roberto Monteiro Spada Neusa Mariani

Editor-chefe Rodrigo de Faria e Silva Produção editorial Letícia Mendes de Souza Edição Izabel Rego de Andrade Monique Gonçalves Tania Mano Preparação Fernanda Rizzo Revisão Tania Mano Citrino Comunicação e Consultoria Produção gráfica Camila Catto Sirlene Nascimento Valquíria Palma Diagramação Estúdio DAÓ Capa Inventum Design Ilustrações Acervo SENAI-SP Administrativo e financeiro Valéria Vanessa Eduardo Flávia Regina Souza de Oliveira Comercial Ariovaldo Camarozano Bruna Mataran Volpe © SENAI-SP Editora, 2015

A SENAI-SP Editora empenhou-se em identificar e contatar todos os responsáveis pelos direitos autorais deste livro. Se porventura for constatada omissão na identificação de algum material, dispomo-nos a efetuar, futuramente, os possíveis acertos.

Fundamentos de automação_miolo.indd 191

23/11/16 18:11

Este livro foi composto em Minion Pro e impresso em papel Offset alta alvura 90 g/m2 pela gráfica Serrano, em junho de 2017.

Fundamentos de automação_miolo.indd 192

20/06/17 15:32

Esta publicação integra uma série da Editora SENAI-SP especialmente criada para apoiar os alunos dos cursos técnicos e dos cursos de formação inicial e continuada. O mercado de trabalho em permanente mudança exige que o profissional se atualize continuamente ou, em muitos casos, busque novas qualificações. É para esse profissional, sintonizado com a evolução tecnológica e com as inovações nos processos produtivos, que o SENAI-SP oferece muitas opções em cursos, nas diversas áreas tecnológicas.

ISBN 978-85-8393-217-8

788583

932178