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a a S A A A Escola Superior de Tecnologia de Abrantes Instituto Politécnico de Tomar Departamento de Engenharia e Gestão Industrial - DEGI A A u u t t o o m m a a ç ç ã ã o o I I n n d d u u s s t t r r i i a a l l Ano Lectivo 2008/2009 Toni dos Santos Alves

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    Escola Superior de Tecnologia de Abrantes

    Instituto Politcnico de Tomar

    Departamento de Engenharia e Gesto Industrial - DEGI

    AAuuttoommaaoo IInndduussttrriiaall

    Ano Lectivo 2008/2009

    T o n i d o s S a n t o s A l v e s

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 1

    nnddiiccee

    AAuuttoommaaoo IInndduussttrriiaall ....................................................................................... 4

    Definio ..................................................................................................................................................... 4

    O Porqu da Automao ............................................................................................................................. 4

    Objectivos .................................................................................................................................................... 4

    Tipos de Automao ................................................................................................................................... 5

    Componentes da automao ....................................................................................................................... 6

    Tecnologias dos Automatismos .................................................................................................................. 7

    Aplicaes da automao ............................................................................................................................ 8

    SSeennssoorreess ee aaccttuuaaddoorreess ....................................................................................... 9

    Apresentao ............................................................................................................................................... 9

    Sensor 9

    Classificao .............................................................................................................................................. 10

    Classificao quanto ao funcionamento .................................................................................................... 11

    Tipos de Sensores ...................................................................................................................................... 11

    Posio e velocidade (acelerao) ............................................................................................................. 12

    Tipos de Sensores de Posio e Velocidade .............................................................................................. 12 Influncia da Resistividade ................................................................................................................................................. 12 Variao da resistncia com a temperatura .............................................................................................................. 13

    Sensores de Contacto ................................................................................................................................ 14

    Sensores Lineares Resistivos e Indutivos .................................................................................................. 15

    Sensor Potenciomtrico ............................................................................................................................. 16

    Sensor LVDT ............................................................................................................................................. 17

    Detectores de proximidade ....................................................................................................................... 18 Sensor Indutivo .................................................................................................................................................................. 19 Sensor Capacitivo .............................................................................................................................................................. 20

    Sensor Extensomtrico .............................................................................................................................. 21

    Sensores pticos ....................................................................................................................................... 22

    Clulas fotoelctricas ................................................................................................................................. 22

    Sensores Lineares pticos ......................................................................................................................... 24

    Sensores Rotativos pticos ........................................................................................................................ 25 Encoders Incrementais ................................................................................................................................................... 25 Encoders absolutos........................................................................................................................................................... 26

    Sensor de velocidade por efeito de Hall .................................................................................................... 27

    Sensor Magntico ...................................................................................................................................... 28

    Termopar ................................................................................................................................................... 28

    Sensor de luminosidade - LDR ................................................................................................................. 29

    Sensor Ultra-Sonicos ................................................................................................................................. 30

    Actuadores ................................................................................................................................................. 31 Actuadores Pneumticos .................................................................................................................................................... 31 Actuadores Hidrulicos ....................................................................................................................................................... 32 Actuadores Elctricos .......................................................................................................................................................... 32

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 2

    Rels 33

    Contactor Translao e Acessrios ........................................................................................................... 34

    Exerccio Prticos Sensores .................................................................................................................... 36

    CCiirrccuuiittoo SSeeqquueenncciiaaddoorr ddee RReellss ..................................................................... 39

    Vlvulas de comando elctrico (electrovlvulas) ....................................................................................... 39

    Introduo ao circuito sequenciador de rels............................................................................................ 39

    Circuito elctrico Sequenciador rels ..................................................................................................... 40

    Esquema de cablagem .............................................................................................................................. 41

    Tabela de cablagens .................................................................................................................................. 41

    Exerccio: Circuitos Sequenciadores ......................................................................................................... 42

    AAuuttmmaattooss PPrrooggrraammvveeiiss ............................................................................... 43

    Vantagens do autmato programvel ........................................................................................................ 43

    Desvantagens do autmato programvel .................................................................................................. 44

    Estrutura do autmato .............................................................................................................................. 44

    Sistemas Automtico ................................................................................................................................. 45

    Dilogo Homem Mquina ..................................................................................................................... 45

    Comunicao do autmato programado com os programadores ............................................................. 47

    Comunicao do autmato programado com os programadores ............................................................. 47

    Programao de Autmatos Programveis ............................................................................................... 49 Linguagens de programao ......................................................................................................................................... 49

    Autmatos CPM ........................................................................................................................................ 53 Endereos dos terminais de entradas e sadas ........................................................................................................ 54 Instrues bsicas ............................................................................................................................................................. 55 Smbolo das instrues bsicas .................................................................................................................................... 56 Blocos funcionais (CSF) ................................................................................................................................................. 57 Temporizadores (TIM) ................................................................................................................................................... 58 Contadores (CNT) ............................................................................................................................................................ 58 Comparao ........................................................................................................................................................................ 59

    Exerccios Iniciao Programao ......................................................................................................... 60

    Exemplo: Arranque directo Motor assncrono trifsico de rotor em curto-circuito ............................... 68

    Exerccios Programao Autmatos ...................................................................................................... 72 1. Cancelas do caminho-de-ferro ...................................................................................................................................... 72 2. Banho de pintura ............................................................................................................................................................. 73 3. Ciclos pneumticos .......................................................................................................................................................... 75

    Sistema manual/automtico ..................................................................................................................... 77

    CCoonnttrroolloo AAuuttoommttiiccoo ...................................................................................... 78

    Introduo aos Sistemas de Controlo ........................................................................................................ 78

    Tipos de Sistemas ...................................................................................................................................... 78

    Variveis de um Processo de Controlo ...................................................................................................... 79

    Diagramas de Blocos................................................................................................................................. 81

    Controladores ............................................................................................................................................ 84

    Estabilidade............................................................................................................................................... 85 Exerccios Sistemas Controlo .................................................................................................................................... 85

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 3

    Laboratrio de avaliao n. 4 Controlo Automtico de um parque de estacionamento, por programao de autmatos ....................................................................................................................... 86

    Bibliografia ................................................................................................................................................ 87

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 4

    AAuuttoommaaoo IInndduussttrriiaall

    DDeeffiinniioo

    A automao a tecnologia relacionada com a aplicao de sistemas

    mecnicos, elctricos e electrnicos, apoiados em meios computacionais,

    na operao e controlo dos sistemas de produo.

    OO PPoorrqquu ddaa AAuuttoommaaoo

    O conceito de automao impe-se, cada vez mais, nas empresas preocupadas em

    melhorar a sua produtividade, reduzindo ao mesmo tempo os custos. Convm notar que, quanto mais um processo se encontrar automatizado, maiores sero

    os benefcios da automao na regularidade da qualidade de um produto, na

    economia de energia, passando pela flexibilidade e segurana de

    funcionamento e, consequentemente, pela melhoria da produtividade. Esta nova caracterstica s pode ser obtida recorrendo a novos processos de trabalho que

    deixem s pessoas envolvidas, margem de manobra e de deciso indispensveis a um

    melhor aproveitamento dos seus graus de qualificao.

    OObbjjeeccttiivvooss

    - Diminuio dos custos; - Maior produtividade; - Maior flexibilidade; - Maior segurana; - Melhor qualidade; - Maior capacidade tecnolgica.

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    TTiippooss ddee AAuuttoommaaoo

    Fixa

    - Altos investimentos; - Altas taxas de produo; - Configurao rgida (alterao difcil); - Operaes simples; - Equipamento especfico (mquinas de colocar tampas da cerveja).

    Programada

    - Altos investimentos; - Taxas mdias de produo; - Configurao semi-flexvel (possibilidade de reprogramao); - Equipamento genrico (mquina de controlo numrico).

    Flexvel

    - Investimento muito elevado; - Produo continua; - Configurao flexvel (alterao por software); - Equipamento geral.

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    CCoommppoonneenntteess ddaa aauuttoommaaoo

    A maioria dos sistemas modernos de automao, como os utilizados nas indstrias

    automobilstica, petroqumica e nos supermercados, extremamente complexa e requer

    muitos ciclos de repetitivos.

    Cada sistema de automao compe-se de cinco elementos:

    Accionamento - prov o sistema de energia para atingir determinado objectivo. o caso dos motores elctricos, pistes hidrulicos etc.;

    Sensoriamento - mede o desempenho do sistema de automao ou de uma propriedade particular de algum dos seus componentes. Exemplos: termopares

    para medio de temperatura e encoders para medio de velocidade;

    Controlo - utiliza a informao dos sensores para regular o accionamento. Por exemplo, para manter o nvel de gua num reservatrio, usamos um controlador

    de fluxo que abre ou fecha uma vlvula, de acordo com o consumo. Mesmo um

    rob requer um controlador, para accionar o motor elctrico que o movimenta;

    Comparador ou elemento de deciso - compara os valores medidos com valores preestabelecidos e toma a deciso de quando actuar no sistema. Como exemplos,

    podemos citar os termstatos e os programas de computadores;

    Programas - contm informaes de processo e permitem controlar as interaces entre os diversos componentes.

    Nota: Programas - tambm chamados softwares, so conjuntos de instrues lgicas, sequencialmente organizadas. Indicam ao controlador ou ao computador o que fazer.

    Fluxo de um possivel sistema de controlo

    Elemento

    Controle

    Elemento

    Accionamento

    Elemento

    Sensoreamento

    Elemento

    Comparador

    Sada

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    TTeeccnnoollooggiiaass ddooss AAuuttoommaattiissmmooss

    Os automatismos, de acordo com a sua tecnologia, podem-se classificar em dois

    grandes grupos:

    - Tecnologias cabladas; - Tecnologias programadas.

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    AApplliiccaaeess ddaa aauuttoommaaoo

    Produtos de consumo

    - Electrnicos, como videocassetes, televisores e microcomputadores.

    Indstrias mecnicas

    - Robs controlados por computador; - CNC.

    Bancos

    - Caixas automticas.

    Comunicaes

    - Automatizao dos correios.

    Transportes

    - Controle de trfego de veculos.

    Medicina

    - Diagnstico e exames.

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    SSeennssoorreess ee aaccttuuaaddoorreess

    AApprreesseennttaaoo

    Num processo automtico pode-se utilizar dois tipos de variveis analgicas

    ou digitais, para que, aps o processamento das informaes contidas nessas variveis, o controlador tome decises como: ligar/desligar um motor, acender uma lmpada,

    ligar/desligar um sistema de aquecimento, entre outras.

    O elemento que "sente" o que ocorre no processo, fornecendo informaes sobre

    o estado das variveis monitoradas chamado de sensor.

    O elemento que executa a tarefa designada pelo controlador chamado de

    actuador.

    SSeennssoorr

    Definio: Dispositivo de entrada que converte um sinal de qualquer

    espcie em outro sinal que possa ser transmitido ao elemento indicador,

    para que este mostre o valor da grandeza medida.

    Ou seja,

    O sensor um elemento que "sente" uma grandeza fsica e a traduz para que ela

    possa ser vista ou utilizada por um sistema elctrico ou electrnico.

    Por exemplo, um termmetro de mercrio um dispositivo que utiliza

    como elemento sensor o metal mercrio. A grandeza fsica a ser medida, neste caso, a temperatura e a grandeza fsica do elemento sensor, que varia

    proporcionalmente com a temperatura o volume, que far com que o mercrio se

    dilate com o aumento da temperatura. Conhecendo-se a proporo dessas variaes,

    podemos medir e identificar o valor da temperatura. Todo elemento sensor tambm

    denominado de transdutor, pois converte a grandeza de entrada em sinal elctrico, que

    pode ser medido (indicar a grandeza medida atravs de um medidor, ou utilizado por

    um circuito que vai efectuar o controlo do processo).

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    CCllaassssiiffiiccaaoo

    A primeira classificao que podemos fazer quanto ao tipo de varivel

    controlada.

    Assim temos:

    Sensores contnuos efectuam medies contnuas de variveis, fornecendo valores contnuos (figura - 1);

    Sensores discretos podem apresentar somente dois estados: actuados ou no (figura - 2).

    Figura 1 sensor contnuo

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    Figura 2 sensor discreto

    CCllaassssiiffiiccaaoo qquuaannttoo aaoo ffuunncciioonnaammeennttoo

    Auto alimentados: Estes produzem um sinal elctrico de sada sem a

    necessidade de alimentao externa. Um termopar um exemplo deste tipo de sensor.

    Com alimentao externa: Estes requerem entrada de energia para poder-se

    obter um sinal de sada. Um exemplo o termo resistncia, a qual requer uma entrada

    de energia.

    TTiippooss ddee SSeennssoorreess

    Em processos industriais para monitorizar um dado sistema, temos de levar em

    conta trs tipos de variveis como:

    - Posio;

    - Velocidade (acelerao);

    - Fora.

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    PPoossiioo ee vveelloocciiddaaddee ((aacceelleerraaoo))

    Estes sensores so dedicados medio de velocidade, acelerao e/ou

    posicionamento nos movimentos de mquinas e equipamentos. Podendo ser lineares ou

    rotativos.

    Os lineares, tambm conhecidos como rguas digitais, so instalados

    directamente no local onde se realiza o movimento e fornecem medidas de

    posicionamento directo e instantneo do mesmo.

    Os rotativos so acoplados directamente ao eixo de motores para medir a

    posio do eixo.

    TTiippooss ddee SSeennssoorreess ddee PPoossiioo ee VVeelloocciiddaaddee

    IInnfflluunncciiaa ddaa RReessiissttiivviiddaaddee

    Resistividade de um material a resistncia elctrica de um fio desse material

    com um metro de comprimento e um metro quadrado de seco.

    Legenda:

    - comprimento (m) sR

    .

    S - seco (m2)

    - resistividade do material R - resistncia

    O valor da resistividade difere de material para material, pois depende da maior ou

    menor facilidade com que se deixam circular os electres livres.

    Nota:

    - Quanto mais comprido o condutor maior a sua resistncia; - Quanto mais elevada a seco do condutor menor a sua resistncia; - A resistncia depende tambm da estrutura atmica do material (o que influencia

    o nmero de choques dos electres) e do nmero de electres livres que este

    fornece.

    m1 S = 1m2

    S

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    VVaarriiaaoo ddaa rreessiissttnncciiaa ccoomm aa tteemmppeerraattuurraa

    A resistividade e portanto a resistncia de qualquer condutor metlico no

    constante mas aumenta medida que a sua temperatura se eleva.

    A expresso desta variao dada Por:

    Legenda:

    R1resistncia inicial

    R2resistncia final

    coeficiente de temperatura

    ( t2 - t1) variao da temperatura

    Coeficiente de temperatura () de um material a variao sofrida pela

    resistncia de 1 desse material quando a sua temperatura aumenta de 1C.

    1212 1. ttRR

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    SSeennssoorreess ddee CCoonnttaaccttoo

    Simples botes que so accionados quando o rob

    bate em algum obstculo. Uma prtica comum usada em

    vrios robs mveis a instalao de pra-choques

    ligados a vrios micro-botes que detectam uma possvel

    coliso.

    - Destinam-se, como o nome indica, a assinalar quando determinada parte em movimento atingiu certa posio.

    NF ou NC NA ou NO

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    SSeennssoorreess LLiinneeaarreess RReessiissttiivvooss ee IInndduuttiivvooss

    Os sensores resistivos e os indutivos so mais baratos e mais simples.

    Consistem na colocao de indutores ou resistncias ( figura - 3 ), conforme o caso, ao

    longo dos eixos de movimentao, sobre os quais so aplicadas tenses fixas.

    O colector mvel mede as tenses em pontos intermedirios. Devido presena

    de contactos elctricos mveis, a vida til destes sensores muito curta (no superior a

    1 milho de operaes) e preciso nas medidas pequena, sendo ainda sujeita a erros

    causados por rudos induzidos, como, por exemplo, rudos de rede de alimentao e

    rudo branco (rudo ambiente, que cobre todo o espectro de frequncias).

    Figura 3 Sensores Lineares: (A) Resistivos, (B) Indutivos

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    SSeennssoorr PPootteenncciioommttrriiccoo

    O sensor potenciomtrico simples sensor que opera como um divisor de

    tenso, onde existe contacto fsico entre as partes fixa e mvel. Sendo o seu tempo de

    vida til limitado, aplicando-se a situaes normalmente estticas.

    VD

    Vs

    R1

    R2 SDV

    RR

    RV .

    21

    2

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    SSeennssoorr LLVVDDTT

    O LVDT um dispositivo electromecnico que produz um sinal elctrico de

    sada proporcional ao deslocamento da sua parte mvel ncleo magntico. composto por trs enrolamentos cilndricos, um primrio (excitado normalmente por

    uma corrente a.c., normalmente na regio dos 1 at 10kHz a 0.5 at 10V r.m.s.) e dois

    secundrios espaados de forma simtrica relativamente ao primrio e ligados entre si

    em srie e em oposio. O ncleo magntico cilndrico no interior dos enrolamentos

    encaminha o fluxo magntico atravs destes. Quando o ncleo se encontra na posio

    central (posio zero) relativamente aos enrolamentos secundrios, as amplitudes das

    tenses induzidas em cada um dos enrolamentos secundrios so iguais, sendo contudo

    as respectivas polaridades de sinais opostos, resultando assim num sinal de sada nulo.

    O output de um LVDT uma forma de onda de corrente a.c. e por isso, no tem

    polaridade. A magnitude do output aumenta independentemente da direco do

    movimento, a partir da posio zero estabelecida de incio.

    Aplicaes:

    - Sistemas de suspenses de automveis

    - Sistemas de medidas de peso

    - Manipuladores robticos

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 18

    DDeetteeccttoorreess ddee pprrooxxiimmiiddaaddee

    - Destinam-se a detectar a presena ou a ausncia de peas.

    o Sensor Indutivo; o Sensor capacitivo.

    Sensor indutivo

    - Baseiam-se na variao da indutncia; - Exigem peas de metais ferrosos, normalmente de ao.

    Sensor capacitivo

    - Baseiam-se na variao da capacitncia; - Permite deteco de materiais ferros e no ferrosos (vidro, gua, madeira,

    plstico, etc.)

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 19

    SSeennssoorr IInndduuttiivvoo

    Os sensores ou transdutores indutivos associam a variao de uma grandeza no

    elctrica a uma alterao da indutncia ou coeficiente de auto-induo de uma bobina.

    Apesar de a indutncia de uma bobina ser uma funo da permeabilidade magntica do

    ncleo e da forma e dimenses fsicas respectivas, a primeira destas variveis que

    geralmente se utiliza para detectar as variaes nas grandezas a medir. A variao da

    indutncia uma consequncia da variao do fluxo magntico total gerado pela

    corrente elctrica na bobina, seja devido variao da posio do ncleo no interior,

    seja devido variao da distncia entre aquela e um objecto externo constitudo por

    uma material de elevada permeabilidade magntica.

    Num indutor, a indutncia depende do nmero de espiras, da largura do

    enrolamento, ou rea da espira, do comprimento do enrolamento e da permeabilidade do

    ncleo:

    Legenda:

    L indutncia

    m permeabilidade do ncleo

    N nmero de espiras

    A largura do enrolamento

    L comprimento do enrolamento

    ANmL

    .. 2

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 20

    SSeennssoorr CCaappaacciittiivvoo

    Funcionam analogamente como os sensores indutivos, porm para alterar as

    condies fsicas da regio sensvel, qualquer material pode ser usado, tais como, vidro,

    madeira, gros, ps, at mesmo lquidos, pois ao invs de variarmos um campo

    magntico, o objecto alterar a capacitncia de um condensador.

    em que,

    K - constante dielctrica

    0 - permitividade = 8,85pF/m

    S - rea comum das placas

    d separao das placas

    A capacitncia depende da rea das placas S, da constante dielctrica do meio,

    K, e da distncia entre as placas,d.

    Curva Capacitncia

    Analisando o grfico capacitncia, podemos

    observar a quase total linearidade da variao

    da capacitncia devido a variao da humidade.

    Existir uma pequena diferena de valores se

    tomarmos o sentido inverso da curva devido a

    efeitos de histerese (cerca de 2%).

    0 K

    d

    AKC .. 0

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 21

    SSeennssoorr EExxtteennssoommttrriiccoo

    Estes tipos de sensores so utilizados para medir deformaes de corpos slidos,

    baseando-se no princpio em que a resistncia de um condutor proporcional ao seu

    comprimento.

    A tenso aplicada tende alongar os filamentos, aumentando assim, o seu

    comprimento e diminuindo a sua seco.

    Relembramos ento a lei ohm, assim, , a resistncia do

    filamento dever aumentar.

    Legenda:

    G - factor de alongamento

    K - constante do extensmetro

    - Variao do comprimento do extensmetro

    - comprimento inicial do extensmetro

    R - variao da resistncia

    R - resistncia inicial

    I

    UR

    SR

    .

    GK

    R

    R;.

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 22

    SSeennssoorreess ppttiiccooss

    Empregam foto-dodos ou foto-transistor e uma fonte luminosa, lmpada, LED ou laser.

    H dois tipos bsicos:

    - Sensor de reflexo;

    - Interrupo de luz.

    No sensor de reflexo um feixe luminoso atinge um disco com um furo ou marca de cor contrastante, que gira. O sensor recebe o feixe reflectido, mas na passagem do furo a

    reflexo interrompida (ou no caso de marca de cor clara a reflexo maior), onde

    gerado um pulso pelo sensor.

    O sensor de interrupo de luz usa tambm um disco com furo, onde a fonte de luz e o

    sensor ficam em lados opostos. Na passagem pelo furo, o feixe atinge o sensor, gerando

    um pulso.

    A frequncia destes pulsos igual velocidade em rps nos dois tipos.

    As vantagens destes sensores so o menor tamanho e custo, a maior durabilidade e a

    leitura distncia. Aplicando -se a sistemas de controlo e em tacmetros portteis.

    CClluullaass ffoottooeellccttrriiccaass

    - Baseiam-se em foto-dodos que permite a passagem de corrente elctrica quando

    sob um feixe de fotes (raio de luz);

    - Destinam-se a detectar a passagem de partes em movimento;

    - So constitudas por um elemento emissor e um receptor;

    - Existem trs tipos de montagem:

    o Sistema barragem; o Sistema reflex; o Sistema de proximidade.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 23

    * Sistema barragem

    - O emissor e o receptor esto separados; - Utilizados para distncias longas, deteco de objectos opacos e reflectores.

    * Sistema reflex

    - O emissor e o receptor esto dentro do mesmo invlucro e existe um espelho

    que reflecte os raios luminosos;

    - Utilizados para objectos no reflectores.

    * Sistema de proximidade

    - O emissor e o receptor esto dentro do mesmo invlucro, mas no existe

    espelho, sendo a reflexo produzida pela passagem do objecto;

    - Est indicado para objectos transparentes ou translcidos, para a deteco etiquetas e marcas.

    E R

    Feixe Luminoso

    E

    R

    Feixe Luminoso

    Espelho

    E

    R

    Feixe Luminoso

    Objecto

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 24

    SSeennssoorreess LLiinneeaarreess ppttiiccooss

    So muito mais precisos e apresentam uma vida til praticamente infinita se alguns

    cuidados elementares forem tomados em relao sua utilizao.

    O princpio de funcionamento consiste na colocao de emissores e receptores de luz na

    parte mvel de uma rgua graduada, fixa base do movimento ou vice-versa, que

    permite a passagem ou a reflexo apenas de feixes selectivos de luz emitidos. Estes

    sero detectados pelos receptores e indicaro a posio da parte mvel em relao

    fixa.

    Sensores Linear ptico ou rgua ptica

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 25

    SSeennssoorreess RRoottaattiivvooss ppttiiccooss

    Tambm conhecidos como encoders, tm o funcionamento aparecido com o caso

    linear, com o sensor em forma de disco com marcas ou perfuraes. Possui

    caractersticas semelhantes ao sensor ptico linear, ou seja, longa vida til, alta preciso

    e mdio custo. Estes sensores fornecem medidas absolutas ou incrementais, de acordo

    com as necessidades de cada aplicao.

    EEnnccooddeerrss IInnccrreemmeennttaaiiss

    Este tipo de encoder fornece informaes sobre o movimento executado e a

    direco da rotao do motor. Encoders incrementais geram um certo nmero de

    impulsos por rotao. O nmero de cada impulso a medida da distncia movida

    (angular ou linear), ou seja:

    - Contando os pulsos e conhecendo o ngulo inicial, obtm-se por clculo a posio;

    - O sentido de rotao determinado fornecendo um segundo sinal desfasado aproximadamente de 90, em avano ou atrasado em funo da direco

    Um disco codificado montado no eixo. O disco dividido em segmentos separados

    que so alternadamente opacos ou transparentes.

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 26

    EEnnccooddeerrss aabbssoolluuttooss

    Os encoders absolutos fornecem informaes mais rigorosas que os encoders

    incrementais. Possuem a capacidade de informar a posio fsica de um elemento, assim

    que ele activado, sem a necessidade de fixao da posio inicial. Isto possvel

    porque o encoder transmite, para o controlador um sinal diferente para cada posio da

    junta.

    O disco dividido em 2n sectores com n bits ( Leds) a serem detectados por n

    foto-transistores alinhados radialmente, permitindo definir 2n ngulos distintos.

    Neste tipo de sensor utilizado o cdigo gray e no o binrio para codificar os

    nmeros.

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 27

    Exemplo:

    SSeennssoorr ddee vveelloocciiddaaddee ppoorr eeffeeiittoo ddee HHaallll

    Os sensores magnticos de efeito Hall tm seu princpio de funcionamento

    baseado na colocao de um im fixo no eixo rotor e sensores de efeito Hall que

    detectam a passagem do campo magntico pelos mesmos, detectando velocidade e

    posio do eixo em movimento. Sua vida til longa, so robustos e baratos, no

    entanto, sua instalao difcil, o que limita sua aplicao, alm de possuir srias

    restries quanto temperatura de operao.

    decimal binrio gray

    1 001 001

    2 010 011

    3 011 010

    4 100 110

    5 101 111

    6 110 101

    7 111 100

    ...

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 28

    SSeennssoorr MMaaggnnttiiccoo

    So sensores que efectuam um accionamento electrnico mediante a presena de

    um campo magntico externo, prximo e dentro da zona sensvel do sensor, proveniente

    na maioria dos casos de um man permanente. Estes sensores podem ser sensveis aos

    dois plos do man NORTE ou SUL ou ser sensvel a apenas um plo.

    TTeerrmmooppaarr

    Define-se como termopar o conjunto de dois fios de metais ou ligas metlicas

    diferentes, unidos em uma das extremidades. O ponto de unio dos fios denominado

    junta de medida ou junta quente. A outra extremidade chamada junta de referncia ou

    junta fria.

    Quando

    submetemos as juntas a

    diferentes temperaturas, h

    uma gerao de tenso (

    Fora Electromotriz ou

    f.e.m.), facilmente

    detectvel por um

    voltmetro ligado junta de

    referncia. Verifica-se que

    quanto maior for a

    diferena de temperatura,

    maior ser a f.e.m. gerada.

    Os termopares so classificados em trs grandes categorias:

    Bsicos - So os mais usados na indstria, tem preos mais acessveis e preciso compatveis com a maioria dos processos.

    Nobres - So utilizados em processos com temperaturas superiores a 1.200C ou quando requerida alta preciso.

    Especiais - So utilizados em laboratrio.

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 29

    SSeennssoorr ddee lluummiinnoossiiddaaddee -- LLDDRR

    O LDR um pequeno sensor capaz de detectar o grau de luminosidade que

    incide sobre a sua superfcie. Ele tem um comportamento idntico a uma resistncia que

    varia o seu valor de maneira inversamente proporcional quantidade de luz que incide

    sobre a sua superfcie sensvel. Com a mxima luminosidade quase no haver

    resistncia elctrica entre os dois terminais, elevando-se a muitos milhes de ohms na

    escurido. Este geralmente aplicado na regulao de luminosidade de lmpadas.

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 30

    SSeennssoorr UUllttrraa--SSoonniiccooss

    Os ultra-sons so sensores formados por um emissor e um receptor que utilizam

    a variao da frequncia para detectar a distncia de um obstculo. Estes tm aplicao

    na micro-robtica onde so muito eficazes na deteco de obstculos e para ajudar na

    tomada de decises, conforme a distncia em relao ao objecto.

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 31

    AAccttuuaaddoorreess

    Dentro de uma malha de controlo, o elemento de controlo final, tem o objectivo de

    reposicionar uma varivel, de acordo com um sinal gerado por um controlador,

    chamado de actuador, pois actua directamente no processo, modificando as suas

    condies. So dispositivos utilizados para a converso de sinais elctricos provenientes

    dos controladores, em aces requeridas pelos sistemas que esto a ser controlados.

    AAccttuuaaddoorreess PPnneeuummttiiccooss

    Este tipo de actuador normalmente empregado em sistemas onde se requer altas

    velocidades nos movimentos, onde requerido pouco controlo sobre o posicionamento

    final, em aplicaes onde o binrio exigido relativamente baixo.

    Os actuadores pneumticos mais conhecidos e utilizados, so distribudos pelos

    seguintes processos:

    1. Processos de Manufacturados

    Lineares Cilindros de simples e duplo efeito.

    Rotativos Motores pneumticos.

    O accionamento bastante simples, comandado feito por electrovlvulas que

    controlam os fluxos de ar, controlando os movimentos.

    O controlo neste tipo de actuador restringe-se ao comando destas vlvulas e ao seu

    accionamento (circuito de rels).

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 32

    2. Processos Contnuos

    Em processos contnuos, a vlvula de controlo um actuador capaz de regular a

    quantidade de um fludo (lquido, gs ou vapor) que escoa atravs de uma tubagem, por

    meio do posicionamento relativo. Nestas vlvulas a actuao feita, na maioria das

    vezes, por dispositivos pneumticos, por isto so chamadas tambm de vlvulas de

    controlo pneumticas.

    AAccttuuaaddoorreess HHiiddrruulliiccooss

    So utilizados principalmente em sistemas onde so requeridos elevados binrios,

    sobretudo no accionamento de mquinas de grande porte. Assim como no caso dos

    actuadores pneumticos, estes podem ser lineares (cilindros simples ou duplo efeito) ou

    rotativos (motores hidrulicos).

    O accionamento, assim como no caso dos pneumticos, bastante simples, o comando

    feito por electrovlvulas que controlam os fluxos de leo, controlando os movimentos.

    O controlo neste tipo de actuador restringe-se ao comando destas vlvulas e ao seu

    accionamento (circuito de rels).

    AAccttuuaaddoorreess EEllccttrriiccooss

    Este tipo de actuador o mais empregado em aplicaes industriais de uma forma geral.

    As facilidades de instalao, os baixos custos de instalao e o desenvolvimento de

    circuitos electrnicos para o seu accionamento, fizeram deste tipo de actuador o mais

    popular, no apenas de uso industrial mas tambm para uso geral.

    Aplicaes

    Bombas; Vlvulas de controlo (actuador elctrico); Eixos de mquinas ferramenta; Articulaes de Robs; etc.

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 33

    RReellss

    Um rel caracterizado por uma varivel de comando (excitao da bobina) e

    por uma varivel comandada (contactos que podem abrir ou fechar).

    Numerao nos contactos rels

    Contacto Normalmente aberto Contacto Norm. fechado Bobina

    R1

    14

    11

    R1

    12

    11

    A2

    A1

    R1

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    Eng. Toni Dos Santos Alves 34

    CCoonnttaaccttoorr TTrraannssllaaoo ee AAcceessssrriiooss

    Aparelho de corte e comando, accionado em geral por meio de um electroman,

    concebido para executar elevado nmero de manobras.

    Permite a interrupo ou estabelecimento de correntes e potncias elevadas,

    mediante correntes e potncias fracas.

    Permite tambm ser comandados distncia por meio de contactos diminutos e

    sensveis, tais como botes de presso, manipuladores e ainda automaticamente, por

    meio detectores: termstatos, interruptores de fim curso, bias, etc.

    Vantagens contactor:

    - Permite fazer o comando de receptores com um consumo reduzido nas bobinas;

    - Permite efectuar o comando local e distncia de determinados circuitos comando simultneo a partir de certos locais;

    - Permite efectuar o comando automtico e semi-automtico de circuitos utilizando os sensores adequados;

    - Permite o comando manual (utilizando botoneiras) e o comando automtico (utilizando sensores).

    Partes do contactor:

    - Contactos auxiliares; - Contactos principais; - Circuito electromagntico; - Suporte ou estrutura do aparelho.

    1- Cmara de grelhas; 2- Contacto mvel; 3- Contacto fixo; 4- Espira de frager; 5- Bobina;

    I0 Corrente cortada.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 35

    Contactos auxiliares - so aqueles que servem para o comando e sinalizao do contactor.

    Contactos principais servem para realizar o fecho ou abertura do circuito principal (circuito potncia), pelo qual fornecida a corrente ao circuito de utilizao.

    CCiirrccuuiittoo eelleeccttrroommaaggnnttiiccoo

    Pode ser para corrente alternada ou continua.

    O circuito magntico constitudo essencialmente por:

    - Ncleo; - Armadura; - Bobina.

    KM1

    11 13

    5

    12 14

    6

    A1

    A2

    KM1

    1 3 5

    2 4 6

    A1

    A2

    F

    Armadura

    Bobina Ncleo

    Bobina

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 36

    EExxeerrcccciioo PPrrttiiccooss SSeennssoorreess

    SSeennssoorreess rreessiissttiivvooss

    1 O elemento aquecedor de um irradiador, constitudo por um fio de cromonquel de 0,5mm de dimetro dever ter uma resistncia de 40. Determine o comprimento que o fio deve ter.

    Resoluo:

    d = 0,5mm

    R = 40

    = 1,1.mm2/m L = ?

    2 O fio de cobre da bobina de um electroman tem um comprimento de 100m e uma seco de 0,5mm

    2. Em funcionamento a bobina aquece at 60C.

    Sabendo que a resistividade do cobre a 20C de 0,017.mm2/m e com um coeficiente temperatura de 0,004. Calcule o valor da resistncia a 20C e a 60C.

    Resoluo:

    L = 100m Resistncia a 20C R1 = S = 0,5mm

    2

    = 0,017.mm2/m

    = 0,004 t2 = 60C

    Resistncia a 60C R2 =

    3 Numa estufa temos uma termorresistncia de nquel que tem a 20C uma resistncia de 50. Em funcionamento normal da estufa a resistncia de 65. Calcule a temperatura atingida nesta em funcionamento normal, sabendo que o coeficiente de

    temperatura do nquel de 0,006.

    2

    2

    2 196,02

    5,0.14,3. mmrS

    mSR

    13,71,1

    196,0.40.

    4,35,0

    100.017,0.

    s

    94,32060004,014,31. 121 ttR

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 37

    4 Num divisor de tenso (como na figura abaixo) tem R1=10K e Vs = 5V. Supondo que R2 um transdutor cuja a resistncia varia de 4 a 12K com a variao numa certa

    gama de uma varivel dinmica. Determine a variao de VD.

    SSeennssoorr PPootteenncciioommttrriiccoo

    5 - Um transdutor potenciomtrico de deslocamento vai ser usado para medir o

    movimento da pea na fresa entre 0 e 10cm. A resistncia varia linearmente em toda a

    gama de 0 a 1K. Desenvolva o condicionamento de sinal para dar uma sada linear entre 0 e 10V.

    Resoluo:

    Podemos utilizar um circuito de Ampop, porque o ganho e portanto a tenso de sada

    depende linearmente da resistncia de realimentao.

    VD

    Vs

    R1

    R2

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 38

    SSeennssoorr CCaappaacciittiivvoo

    6 Pretende-se medir o nvel de lcool etlico entre 0 e 5m usando um sistema capacitivo como na figura abaixo. O sistema definido pelas especificaes seguintes:

    - Para o lcool etlico: K = 26 (para o ar, K = 1);

    - Separao dos cilindros d = 0,5cm;

    - rea das placas: A = 2..R.L; em que

    R = 5,75cm = raio mdio

    L = distncia ao longo do eixo do cilindro

    Determine a gama de variaes da capacidade quando o nvel do lcool varia de 0 a 5m.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 39

    CCiirrccuuiittoo SSeeqquueenncciiaaddoorr ddee RReellss

    VVllvvuullaass ddee ccoommaannddoo eellccttrriiccoo ((eelleeccttrroovvllvvuullaass))

    So vlvulas que recebem um sinal de comando elctrico (bobina ca ou dc), para

    permitir a comutao desta, de forma haver fluxo de ar para alimentao determinados

    elementos de um automatismo.

    IInnttrroodduuoo aaoo cciirrccuuiittoo sseeqquueenncciiaaddoorr ddee rreellss

    - Nome que se d ao circuito formado por rels.

    - Est dividido em duas partes:

    - inputs;

    - outputs.

    - Numerao dos terminais 1x1.1x n para quadro elctrico;

    - Numerao dos terminais 2x1.2x n sempre que temos sensores;

    - Numerao dos terminais 3x1.3x n sempre que temos actuadores;

    - Numerao dos terminais 4x1.4x n sempre que temos painel de comando (botes).

    A+ A

    -

    A+ A

    -

    Solenide

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 40

    EExxeemmpplloo:: CCiicclloo ((AA++ AA--))

    Diagrama de funcionamento / Equaes / Circuito electro-pneumtico

    CCiirrccuuiittoo eellccttrriiccoo SSeeqquueenncciiaaddoorr rreellss

    Inputs

    0 1 2

    1

    A 0

    a1

    a0

    A+

    A-

    Equaes:

    A+ = St.a0

    A- = a1

    Elementos activos: a1; a0

    Elementos passivos: St

    a0 a1

    A

    A+ A-

    St

    1 2 3

    R2 R3 R1

    St a1 a0

    R2

    1x1

    2x1

    2x2

    1x2 2x3

    1x3

    4x2

    1x4

    4x1 13

    14

    13

    14

    13

    14

    14

    11

    A F

    3

    A F

    5

    A F

    4

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 41

    Outputs

    EEssqquueemmaa ddee ccaabbllaaggeemm

    TTaabbeellaa ddee ccaabbllaaggeennss

    1x2 ---W1---2x2

    1x3 ---W1 ---2x3

    1x4 ---W3 ---4x2

    1x5 ---W2 ---3x2

    1x6 ---W2 ---3x3

    4x1 --- 2x1

    4 5

    A+ A-

    R3 R1

    3x1

    2x1

    1x5

    3x2 1x6

    3x3

    14

    11

    14

    11

    Sensores

    2x1 2 3

    a0 a1

    Painel de comando

    St

    4x 1 2

    Actuadores

    A+ A-

    3x1 2 3

    W1

    W3 W2

    Quadro elctrico

    1x 1 2 3 4 5 6

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 42

    EExxeerrcccciioo:: CCiirrccuuiittooss SSeeqquueenncciiaaddoorreess

    Dado o ciclo A+B

    +(A

    -B

    -), responda s seguintes alneas:

    a. Represente o diagrama de funcionamento;

    b. Obtenha as equaes pneumticas;

    c. Construa o circuito electro-pneumtico;

    d. Construa o circuito sequenciador de rels;

    e. Faa a representao do esquema de cablagem, da alnea d);

    f. Estabelea a tabela cablagem, da alnea e).

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 43

    AAuuttmmaattooss PPrrooggrraammvveeiiss

    Autmato programado um aparelho electrnico digital que utiliza uma memria programada para armazenar

    instrues e para implementar funes especficas tais

    como, operaes lgicas, sequenciais, temporizadas e

    aritmticas para controlo de mquinas e processos.

    VVaannttaaggeennss ddoo aauuttmmaattoo pprrooggrraammvveell

    - Flexibilidade o mesmo autmato pode ser utilizado em

    aplicaes distintas, bastando para tal reprogram-lo;

    - Expansibilidade pode ser alterado o nmero de entradas e sadas (dependendo do tipo autmato);

    - Baixo custo largo desenvolvimento tecnolgico, possibilita solues mais baratas;

    - Simulao o programa de um autmato pode ser testado off-line;

    - Observao pode ser observada o funcionamento do programa passo a passo e a online;

    - Velocidade executa as instrues rapidamente, permitindo controlar diversas mquinas em simultneo;

    - Facilidade de programar permite a utilizao de vrias linguagens de programao, fceis e simples (STL, LAD, CSF,

    Grafcet);

    - Fiabilidade os componentes electrnicos so mais fiveis que outros componentes;

    - Segurana o programa s pode ser alterado por um operador autorizado;

    - Documentos permite a impresso do programa atravs de uma vulgar impressora, em contraste com outros mtodos em que uma

    alterao obriga a efectuar outro esquema de funcionamento.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 44

    DDeessvvaannttaaggeennss ddoo aauuttmmaattoo pprrooggrraammvveell

    - Tecnologia devido a ser utilizada tecnologia recente mais difcil a obteno de operadores aptos para programar;

    - Ambiente no pode ser utilizados em condies ambientais adversas (alta temperatura, vibraes e em zonas de trovoadas

    constantes);

    - Preo depende da aplicao. Existem situaes em que a utilizao de autmatos programados desnecessria.

    EEssttrruuttuurraa ddoo aauuttmmaattoo

    Dito de uma forma simplista, os autmatos programveis, so constitudos por um

    "crebro", o CPU (Unidade Central de Processamento), por memria e por blocos de

    entradas e sadas, quer sejam do tipo digital quer do tipo analgico, que permitem ao

    sistema receber informaes provenientes da instalao (via sensores e/ou

    instrumentao de medida e/ou redes de comunicao industriais) e tambm actuar

    sobre esta. So compactos, modulares, multifunes ou para arquitecturas de

    automatismos complexas, funes especiais, entradas/sadas distancia...

    Os autmatos programveis, cada vez mais compactos, descentralizam a inteligncia,

    aproximando-a das mquinas. Softwares especializados e terminais industriais

    asseguram a programao, explorao, controlo e superviso de um modo totalmente

    compatvel. As redes entre automatismos geram a comunicao.

    Toda a arquitectura modular, permitindo que o sistema de automao "cresa", no

    caso de as variveis a controlar aumentarem em nmero ou em complexidade.

    Todas as funes so implementadas atravs da programao, o que determina uma

    grande versatilidade do sistema, podendo este sempre ser optimizado e melhorado no

    futuro.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 45

    SSiisstteemmaass AAuuttoommttiiccoo

    Um sistema automtico constitudo por duas grandes partes, uma a parte

    operativa ( ou parte de potncia), outra a parte de comando.

    EEssttrruuttuurraa ddooss ssiisstteemmaass AAuuttoommttiiccooss

    DDiillooggoo HHoommeemm MMqquuiinnaa A automao de um processo industrial resulta, em termos de

    hardware, da interligao e coordenao de diversas disciplinas.

    Podem-se destacar:

    -- Sensores e Instrumentao de Medida

    Os sensores so os rgos de viso da automao, transmitindo ao COMANDO as

    informaes relativas ao estado do processo industrial. Podem ser divididos nas

    seguintes classes:

    - Detectores; micro-interruptores, fins de curso, detectores de proximidade (indutivos, capacitivos, ultra-snicos, etc.) clulas

    fotoelctricas, detectores de identificao (leitores cdigo de

    barras), etc.

    Parte

    Operativa

    Amplificadores

    Sensores

    Parte

    Comando

    Actuadores

    Processamento

    Comunicao

    Processo

    Outros Automatismos

    D

    i

    l

    o

    g

    o

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 46

    - Sensores; de posio (medidores de posio absoluta e/ou incremental), de temperatura (termopares, PT1000, termstatos

    bimetlicos, sondas resistivas de platina ou nquel), de presso (de

    efeito capacitivo, piezelctrico ou clulas de tenso, de caudal (de

    princpio electromagntico, ultra-snico e mssico), de peso, etc.

    Actuadores

    No sistema, os actuadores funcionam como "mos", executando as ordens de

    COMANDO, actuando directamente sobre o equipamento envolvido no processo

    industrial, incluem-se neste grupo os seguintes:

    - Rels auxiliares; - Contactores e conversores electrnicos; - Variadores de velocidade/frequncia; - Electrovalvulas e vlvulas motorizadas; - Servomecanismos de posicionamento; - Pneumticos, hidrulicos ou elctricos.

    Equipamento de Comando

    O equipamento de comando funciona como o "crebro" do sistema de automao,

    recebendo as informaes dos sensores e, em funo delas e de acordo com

    parmetros pr-definidos, transmite "ordens" aos actuadores.

    Dilogo Homem/Mquina

    Este tipo de equipamento, tambm denominado de Terminal de Dilogo permite a

    comunicao do(s) operador(es) com a(s) mquina(s) ou processo(s),

    nomeadamente para escolher programas e alter-los se necessrio (e permitido),

    visualizar as variveis mais importantes do processo, definir e alterar parmetros,

    reagir a alarmes, iniciar e parar o processo, etc. Existe uma vasta gama de produtos

    no mercado com estas funes, Existem desde as simples consolas (terminais

    industriais) alfanumricos, at s mais evoludas (grficas, com touch scren). sendo

    que umas privilegiam o preo, outras a funcionalidade e interoperacionalidade com

    outros sistemas, com maior ou menor individualizao do equipamento e outras

    ainda uma maior personalizao.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 47

    CCoommuunniiccaaoo ddoo aauuttmmaattoo pprrooggrraammaaddoo ccoomm ooss pprrooggrraammaaddoorreess

    Consolas programao manual onde a comunicao feita por um cabo directo para o autmato (a consola destina programao e regulao dos

    autmatos, permitindo a programao em linguagem lista de instrues);

    PCs cabo com conversor da ligao RS 232 do computador para a ligao RS 485 do autmato.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 48

    Edio de programas

    - todos os programadores permitem STL, base de todas as outras linguagens;

    - linguagens grficas, (LAD, CSF e Grafcet) com base em PCs e terminais;

    - linguagens de alto-nvel (C++, Pascal, etc.) tambm possveis mas pouco utilizadas.

    Exemplo de um autmato (entradas, sadas e alimentao)

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 49

    PPrrooggrraammaaoo ddee AAuuttmmaattooss PPrrooggrraammvveeiiss

    LLiinngguuaaggeennss ddee pprrooggrraammaaoo

    STL Statement List lista de instrues;

    LAD Ladder Diagram lgica de contactos;

    CSF Control System Flow-Chart blocos funcionais;

    Grafcet grfico funcional de comando etapa transio.

    STL lista de instrues

    Obedece norma Din 19239;

    Os nomes das operaes lgicas, instrues, variam de fabricante para fabricante de autmatos programados;

    As operaes lgicas so efectuadas em funo dos valores lgicos das entradas, sadas, contadores, temporizadores, etc. Sendo atribudo o resultado a outra

    varivel.

    LAD lgica de contactos

    Linguagem grfica;

    Verifica a passagem de corrente por diversos sensores com o objectivo de fazer actuar uma sada (actuador).

    Contactos abertos e fechados

    --> contacto aberto ==> valor lgico = 0

    --> contacto fechado ==> valor lgico = 1

    --> Produto lgico ==> a . b

    a

    a

    a b

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 50

    --> Soma lgica ==> a + b

    Diagrama LAD

    Funo lgica : F = a . b

    CSF blocos funcionais

    Simbologia grfica semelhante aos circuitos electrnicos.

    Funo --> F = a . b . c + d

    a

    b

    a b

    F

    + -

    &

    1 F

    a

    b

    c

    d

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 51

    Grafcet

    No uma linguagem propriamente dita, sim, uma representao grfica da evoluo do programa, socorrendo-se de smbolos que definem as diferentes

    etapas do processo.

    Etapa

    Define um bloco de instrues a executar, quando est activa;

    Est activa quando a transio anterior tomar o valor lgico 1;

    Est terminada quando a transio posterior tomar valor lgico 1.

    Inicial Normal

    0

    1

    m

    A+ B+

    Aces

    Transies

    Etapa inicial

    Etapa

    1 2

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 52

    Transio

    condio de evoluo de uma etapa para a outra;

    actuao de uma transio, implica desactivar a etapa anterior e activar a seguinte.

    Execuo paralela

    Execuo alternativa

    3

    4 5

    3

    4 5

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 53

    AAuuttmmaattooss CCPPMM

    Modelo de autmato fabricado pela empresa Omron, que pode ser programado

    atravs de:

    Consola em linguagem lista de instrues;

    Computador em linguagem de contactos ou em linguagem lista de instrues.

    Autmato CPM1A 20 E/S

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 54

    Sinalizadores

    EEnnddeerreeooss ddooss tteerrmmiinnaaiiss ddee eennttrraaddaass ee ssaaddaass

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 55

    IInnssttrruueess bbssiiccaass

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 56

    SSmmbboolloo ddaass iinnssttrruueess bbssiiccaass

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 57

    BBllooccooss ffuunncciioonnaaiiss ((CCSSFF))

    Lgica

    &

    &

    &

    &

    >=1

    >=1

    S

    R

    S

    R

    >=1

    LD

    LD NOT

    AND

    AND NOT

    OR

    OR NOT

    SET

    RSET

    OUT

    Instrues Blocos Funcionais

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 58

    TTeemmppoorriizzaaddoorreess ((TTIIMM))

    CCoonnttaaddoorreess ((CCNNTT))

    S TX Tempo

    t

    R 0

    S TX Tempo

    t

    R 0

    ST inicializar

    RT anular

    Blocos Funcionais Instrues

    I S

    +1

    D R

    I S

    +1

    D R

    I S

    +1

    D R

    I S

    +1

    D R

    IC incrementar

    DC decrementar

    SC inicializar

    RC anular

    Instrues Blocos Funcionais

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 59

    CCoommppaarraaoo

    >

    =

    <

    = igual

    diferente

    > maior

    < menor

    >= maior ou igual

    =

    <

    Val.1

    Val.2

    >=1

    >

    =

    <

    Val.1

    Val.2

    >

    =

    <

    Val.1

    Val.2

    >

    =

    <

    Val.1

    Val.2

    >=1

    >

    =

    <

    Val.1

    Val.2 >=1

    FIM End (01) Fim de um programa

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 60

    EExxeerrcccciiooss IInniicciiaaoo PPrrooggrraammaaoo

    1. (Exemplo) circuito que activa uma sada se a entrada estiver ligada.

    Lgica de contactos:

    Lista de instrues:

    END

    2. Circuito que activa duas sadas se a entrada estiver ligada. Atravs da lgica de

    contactos construa as listas de instrues e a respectiva equao.

    Lista de instrues: ?

    Equao: ?

    3. Circuito srie que activa uma sadas se uma entrada estiver ligada e outra desligada. Atravs da lista de instrues construa a lgica de contactos listas e a

    respectiva equao.

    END Lgica de contactos: ?

    Equao: ?

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 61

    4. Circuito paralelo que activa a sada se uma de duas entradas, ou ambas, estiverem ligadas. Atravs da lista de instrues construa a lgica de contactos

    listas e a respectiva equao.

    END Lgica de contactos: ?

    Equao: ?

    5. (Exemplo) Temporizador com atraso operao (temporizador ao trabalho) que vai a 1 5 s aps se ligar a condio de comando (000.00).

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 62

    6. (Exemplo) temporizador com atraso desoperao (temporizador ao repouso), que desliga a sada (010.00) 3 s aps se desligar a entrada (000.00).

    Contadores

    1. O contador activa uma sada quando o valor da contagem for igual a 5.

    Lista de instrues: Diagrama de contactos:

    LD 000.00

    LD 000.01

    CNT 001 #0005

    LD CNT001

    OUT 010.00

    CNT

    001

    #0005

    0005 bcd

    000.00

    000.01

    CNT001 010.00

    Contagem

    Reset

    Sada

    Contador

    N. do contador

    Valor da contagem

    pr-seleccionada

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 63

    2. Contador reversvel CNTR002 que active uma sada de forma intermitente quando o valor da contagem for a 6.

    Lista de instrues: Diagrama de contactos:

    LD 000.00

    LD 000.01

    LD 000.02

    CNTR 002 #0005

    LD CNT002

    AND 255.02

    OUT 010.00

    7. Dado o seguinte ciclo (A- A+), construa o esquema electro-pneumtico e as

    programaes possveis (STL, LAD, CSF e em grafcet) .

    CCiicclloo ((AA-- AA++))

    a0 a1 A

    A+

    Start

    CNTR(12)

    002

    #0005

    0005 bcd

    000.00

    000.01

    CNT002 010.00

    Incrementa

    Decrementa

    Sada

    Contador Reversvel

    N. do contador

    Valor da contagem

    pr-seleccionada

    000.02 Reset

    255.02

    Clock_T=1s

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 64

    Legenda

    Inputs: Outputs:

    Start %I0.2 A+ %Q0.0 a0 %I0.0 a1 %I0.1

    Inicio do ciclo

    Se %I0.2 =0 liga A+ = Set %Q0.0

    Bloco (A-)

    Se %I0.2=1 e %I0.1 =1 desliga A+ = Reset %Q0.0

    Bloco (A+)

    Se %I0.0 =1 liga A+ = Set %Q0.0

    PPrrooggrraammaaoo GGrraaffcceett

    0

    1

    2

    St.a1

    a0

    A+

    A-

    A+

    Inic.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 65

    PPrrooggrraammaaoo SSTTLL (( LLiissttaa ddee iinnssttrruueess ))

    LDN %F0

    AND %I0.2

    S %Q0.0

    S %F0

    S %F1

    ------------------

    LD %F1

    AND %I0.2

    AND %I0.1

    R %Q0.0

    R %F1

    S %F2

    ------------------

    LD %F2

    AND %I0.0

    S %Q0.0

    R %F2

    S %F1

    Inicializao

    A-

    A+

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 66

    PPrrooggrraammaaoo LLAADD ((LLggiiccaa ddee ccoonnttaaccttooss))

    + -

    %Q0.0

    S %F0

    %F0

    S

    %F1

    S

    %Q0.0

    R %F1

    %F1

    R

    %F2

    S

    %I0.2 %I0.1

    %Q0.0

    S %F2

    %F2

    R

    %F1

    S

    %I0.0

    Inic.

    A-

    A+

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 67

    PPrrooggrraammaaoo CCSSFF ((BBllooccooss FFuunncciioonnaaiiss))

    & S

    R

    S

    R

    S

    R

    & S

    R

    S

    R

    S

    R

    F0 Q0.0

    F0

    F1

    F1

    &

    I0.1

    &

    I0.2

    Q0.0

    F1

    F2

    & S

    R

    S

    R

    S

    R

    F2

    &

    I0.0

    F2

    F1

    Q0.0

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 68

    EExxeemmpplloo:: AArrrraannqquuee ddiirreeccttoo MMoottoorr aassssnnccrroonnoo ttrriiffssiiccoo ddee rroottoorr eemm

    ccuurrttoo--cciirrccuuiittoo

    Legenda:

    Motor Desligado = 010.00 (Rset) Motor Ligado = 010.00 (Set) Boto de Marcha = 000.00 (P1) Rel Trmico = 000.01 (F1) Boto de Paragem = 000.02 (P2)

    GRAFCET

    Inputs:

    P1 000.00 F1 000.01

    P2 000.02

    Outputs:

    Motor 010.00

    Variveis internas ( flags ) F0 200.00 F1 200.01

    F2 200.02

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 69

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 70

    Esquema de ligaes

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 71

    Esquema de ligaes de motor trifsico

    Circuito de Potncia

    M

    3 ~

    F2

    KM1

    L1 L2 L3

    1 3 5

    2 4 6

    1 3 5

    2 4 6

    1 3 5

    2 4 6

    U1 V1 W1

    Q1

    A1

    A2

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 72

    EExxeerrcccciiooss PPrrooggrraammaaoo AAuuttmmaattooss

    11.. CCaanncceellaass ddoo ccaammiinnhhoo--ddee--ffeerrrroo

    Considere o dispositivo de comando de duas cancelas, de passagem de nvel, de uma

    via nica de caminho-de-ferro.

    Dois sistemas de deteco A e C, so utilizados para detectar a passagem de

    comboio.

    Quando da chegada de um comboio aos referidos sistemas de deteco as cancelas

    fecham.

    Quando passa a cauda do referido comboio pelo detector B as cancelas abrem. O

    comboio ao sair da zona de passagem de nvel, isto , quando a cauda do comboio

    passar pelo detector A ou B, leva o sistema sua posio inicial, com as cancelas

    abertas.

    Qual o GRAFCET do sistema?

    Resoluo:

    1

    2

    Cancelas abertas

    Quando o comboio passa por A ou C

    3

    Quando a cauda do comboio passa por B

    Abrem as cancelas

    Fecham as cancelas

    A C

    B

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 73

    22.. BBaannhhoo ddee ppiinnttuurraa

    Considere o sistema da figura seguinte, que representa o processo de pintura de um

    determinado painel.

    Um carrinho desloca-se horizontalmente, permitindo a colocao do painel nas trs

    etapas do processo; carregamento, banho e descarregamento. O banho, posio C2,

    tem a durao de 30 segundos. A posio inicial do carrinho no carregamento C1,

    sendo este efectuado manualmente, assim como o descarregamento C3.

    A ordem de incio do ciclo dada quando o painel carregado.

    O carrinho desloca-se, para a esquerda ou direita, quando o painel est na posio

    alta, h.

    Quando o carrinho se encontra na posio C2, o painel desloca-se para a posio

    baixo, b, permanecendo l 30 segundos para o banho. posteriormente elevado para

    a posio alto.

    A informao de painel carregado ou descarregado obtida atravs de dois

    interruptores, comandados manualmente.

    Qual o GRAFCET do sistema?

    Carregamento

    Banho

    Descarregamento

    Motor de elevao

    C1 C2 C3

    h

    b

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 74

    Resoluo:

    1

    2

    Desloca carrinho para esquerda

    St.C1.b

    3

    h

    Pra suporte

    Sobe suporte do painel

    Desloca suporte painel para baixo

    4

    C2

    5

    b

    Pra carrinho

    Desloca o carrinho para direita

    Desce suporte do painel

    Pra suporte Temporiza 30 segundos

    6

    Quando temporizao estiver realizada

    Sobe o suporte do painel

    7

    h

    8

    C3

    Pra carrinho Desloca carrinho para direita

    Pra carrinho Baixa suporte do painel

    9

    b

    Pra suporte

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 75

    33.. CCiiccllooss ppnneeuummttiiccooss

    1- Pretende-se que o aluno atravs do ciclo pneumtico ciclo:

    A+A

    -(B

    -C

    -)A

    +A

    -(B

    +C

    +) implemente um sistema automtico. Para isso, deve

    seguir os seguintes alneas:

    a) Representar o ciclo pneumtico;

    b) Apresentar o circuito electropneumtico (o comando das vlvulas, a activao por um selonoide e o recuo por mola);

    c) Fazer a legenda (Inputs, outputs e variveis internas);

    d) Colocar as Flags no ciclo;

    e) Fazer a programao em Grafcet, STL e em LAD.

    2- Pretende-se que o aluno atravs do ciclo pneumtico ciclo: 2*(A

    -C

    -B

    -(B

    +C

    +)A

    +)5s implemente um sistema automtico. Para isso, deve seguir os

    seguintes alneas:

    a) Representar o ciclo pneumtico;

    b) Apresentar o circuito electropneumtico (o comando das vlvulas, a activao por um selonoide e o recuo por mola);

    c) Fazer a legenda (Inputs, outputs e variveis internas);

    d) Colocar as Flags no ciclo;

    e) Fazer a programao em Grafcet, STL e em LAD.

    3- Pretende-se que o aluno atravs do ciclo pneumtico ciclo: 2*(A

    +A

    -)5s 3*(B

    +B

    -) implemente um sistema automtico. Para isso, deve seguir os

    seguintes alneas:

    a) Representar o ciclo pneumtico;

    b) Apresentar o circuito electropneumtico (o comando das vlvulas, a activao por um selonoide e o recuo por mola);

    c) Fazer a legenda (Inputs, outputs e variveis internas);

    d) Colocar as Flags no ciclo;

    e) Fazer a programao em Grafcet, STL e em LAD.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 76

    4- Pretende-se que o aluno atravs do ciclo pneumtico ciclo:

    C+5S 2*

    -

    -

    B B

    A A 5s C

    - implemente um sistema automtico. Para isso, deve seguir os

    seguintes alneas:

    a) Representar o ciclo pneumtico;

    b) Apresentar o circuito electropneumtico (o comando das vlvulas, a activao por um selonoide e o recuo por mola);

    c) Fazer a legenda (Inputs, outputs e variveis internas);

    d) Colocar as Flags no ciclo;

    e) Fazer a programao em Grafcet, STL e em LAD.

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 77

    SSiisstteemmaa mmaannuuaall//aauuttoommttiiccoo

    Arranque directo motor assncrono trifsico de rotor em curto-circuito

    - Controlo

    - Comando e potncia

    R

    S

    T

    N

    PE

    P2

    KM1

    P1

    R2

    F2

    F1

    R1

    KM1

    KM1 R3 R4 KM1

    LA LP

    M

    3 ~

    F2

    KM1

    1 3 5

    2 4 6

    1 3 5

    2 4 6

    1 3 5

    2 4 6

    U1 V1 W1 PE

    F1

    A1

    A2

    1

    2

    95

    96

    12

    11

    1

    2

    3

    4

    13

    14

    12

    11

    A1

    A2

    23

    24

    12

    11

    11

    12

    12

    11

    Inputs

    AUTMATO

    Outputs

    24V dc

    +

    - R2 R3 R4 R1

    P3 P4 F2

    M A

    P

    3

    4

    3

    4

    97

    98

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 78

    CCoonnttrroolloo AAuuttoommttiiccoo

    IInnttrroodduuoo aaooss SSiisstteemmaass ddee CCoonnttrroolloo

    Um Sistema de Controlo um conjunto de dispositivos que mantm uma ou

    mais grandezas fsicas, dentro de condies definidas sua entrada.

    Os dispositivos que o compe podem ser elctricos, mecnicos, pticos e at

    seres humanos.

    Exemplo

    As grandezas fsicas controladas so vrias, mas as mais comuns so

    temperatura, presso, nvel de lquidos ou slidos, velocidade, frequncia, posio linear

    ou angular, tenso, corrente e luminosidade.

    A entrada do sistema pode ser ajustada atravs de botes existente no painel do

    controlador ou atravs de um programa.

    TTiippooss ddee SSiisstteemmaass

    - Sistema de malha aberta

    A entrada define o comportamento do controlador, crebro do sistema, e este responde agindo no ambiente, sem verificar depois se o nvel da grandeza fsica

    corresponde de facto entrada; no existe sensor para observar algum eventual desvio,

    nem realimentao, para o corrigi-lo.

    - Sistema de malha fechada

    Verificam a ocorrncia de desvios, pois contm um sensor, que monitora a

    sada, fornecendo um sinal que retorna entrada, formando uma malha de

    realimentao. A entrada e esta realimentao se juntam num comparador, que

    combinam ambos e fornecem um sinal de erro, diferena entre os sinais, que orienta o

    controlador.

    Um operador e um registro hidrulico compem um sistema de controlo

    de nvel de uma caixa de gua, se este tiver orientao (entrada) e uma

    rgua de medio de nvel (sensor).

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 79

    VVaarriivveeiiss ddee uumm PPrroocceessssoo ddee CCoonnttrroolloo

    Perturbaes so quantidades cujo valor pode variar independentemente do operador ou do sistema de controlo e que influenciam as variveis controladas.

    Variveis manipuladas so as quantidades cujo valor pode ser alterado ou estabelecido externamente ao processo.

    Variveis controladas so as quantidades ou condies que se pretende controlar ou manter a um certo nvel.

    TTiippoo ddee ccoonnttrroolloo

    - Controlo Manual

    O operador observa o aparecimento de uma perturbao e o seu valor, face do seu

    conhecimento do processo, actua sobre a varivel de entrada por forma a reduzir ou

    idealmente eliminar o efeito da perturbao na varivel controlada.

    Processo Variveis controladas

    Perturbaes

    Variveis manipuladas

    Processo

    Varivel manipulada Varivel controlada

    Controlador

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 80

    - Controlo Automtico por Avano

    So usados sensores para medir as perturbaes e com base nestes valores medidos os

    controladores calculam os valores que as variveis manipuladas devem tomar para

    compensar o efeito dessas perturbaes.

    - Controlo por Realimentao

    O controlo por realimentao actua corrigindo os erros e o controlo por avano

    actua prevenindo os erros.

    Processo Variveis controladas

    Perturbaes

    Variveis

    manipuladas

    Referncia

    Controlador

    Valor v.

    manipuladas

    Medidas das

    perturbaes

    Processo

    Perturbaes

    V. controlada

    Medida

    Controlador Comparao Referncia

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 81

    DDiiaaggrraammaass ddee BBllooccooss

    So smbolos que mostram o relacionamento entre as partes e o fluxo dos sinais.

    Sistema em Malha Aberta

    A entrada o nvel desejado da grandeza controlada (comando ou programao).

    O controlador avalia este sinal e envia um sinal (que pode ser elctrico ou mecnico,

    conforme o sistema) ao actuador, que o elemento que age no ambiente de modo a

    alterar a grandeza.

    Sistema de Malha Aberta

    Grandeza no Automtico

    Exemplo:

    Um sistema elementar de controlo de velocidade de um motor C.C., compe-se

    de um restato em srie com o enrolamento de campo do motor. Um operador

    (controlador) ajusta, pela sua experincia, o restato, variando a velocidade do motor,

    que o actuador. O sistema no auto regulado, e a velocidade poder mudar conforme

    a carga (o esforo mecnico) na sada.

    Sistema em Malha Fechada

    Agora alm dos blocos que compunham a malha aberta, temos um sensor, que

    reage grandeza fsica enviando um sinal ao bloco somador, que subtrai este sinal ao de

    entrada (observe os sinais + e - nas entradas), fornecendo um sinal de erro ao

    controlador. Este sinal a entrada do controlador, que o avalia e tenta corrigir o desvio

    captado pelo sensor, atravs de um novo comando ao actuador.

    CONTROLADOR ATUADOR

    SENSOR

    SOMADORENTRADA SADA

    REALIMENTAO

    Sistema de Malha Fechada

    Grandeza Automtica

    Actuador Controlador

    Sensor

    Actuador Controlador

  • Automao Industrial 2008/2009

    Eng. Toni Dos Santos Alves 82

    Detector de erros

    Produz um sinal que dado pela diferena entre a entrada de referncia R(s) e o

    sinal de realimentao do sistema de controlo:

    E(s) = R(s) Y(s)

    Funo de transferncia

    Y(s) = G(s) x E(s)

    Exemplo: