Auto Indust Log Valv

8/8/2019 Auto Indust Log Valv

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Escola Superior de Tecnologia de Abrantes

Instituto Politcnico de Tomar

Departamento de Engenharia e Gesto Industrial - DEGI

AAuuttoommaaooIInndduussttrriiaallII

Ano Lectivo 2004/2005

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


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nd ice

I. Introduo Automao ......................................................................- 1 -

I.1. Objectivos da Automao ............................................................................................................- 1 -I.1.1. Tipos de Automao................................................................................................................................. - 2 -I.1.2. Componentes da Automao ................................................................................................................. - 2 -I.1.3. Aplicaes da Automao ....................................................................................................................... - 3 -

II. Introduo aos Sistemas Digitais ........................................................ - 4 -

II.1. Seleco entre duas nicas possibilidades - Verdadeiro e Falso ............................................... - 4 -

II.1.1. Estados lgicos Digitais e Analgico............................................................................................... - 4 -

II.1.2. Tabela de Verdade..................................................................................................................................... - 5 -II.1.3. Exemplo Acender/Apagar de uma Lmpada ................................................................................ - 5 -

II.2. Caractersticas dos Circuitos Integrados.................................................................................... - 6 -II.2.1. Tipos de encapsulamento do C.I.: ........................................................................................................ - 7 -

III.Sistemas de Numerao e Cdigos ..................................................... - 8 -

III.1. Sistema Binrio ........................................................................................................................... - 8 -III.1.1. Converso Binrio Decimal................................................................................................................. - 9 -III.1.2. Converso Decimal Binrio............................................................................................................... - 10 -III.1.3. Converso de Hexadecimal Binrio................................................................................................ - 10 -III.1.4. Converso Decimal Hexadecimal ................................................................................................... - 11 -III.1.5. Converso Binrio Hexadecimal ..................................................................................................... - 11 -III.1.6. Converso Decimal Octal .................................................................................................................. - 11 -III.1.7. Converso Octal Decimal .................................................................................................................. - 12 -III.1.8. Converso Octal Binrio .................................................................................................................... - 12 -III.1.9. Converso Octal Hexadecimal ......................................................................................................... - 13 -III.1.10.Converso Binrio Octal .................................................................................................................... - 13 -III.1.11. Converso Hexadecimal Octal ......................................................................................................... - 13 -III.1.12.Exerccios: Converses .......................................................................................................................... - 14 -

III.2. Cdigo Gray................................................................................................................................- 14 -III.2.1. Converso Binrio Gray...................................................................................................................... - 14 -III.2.2. Converso Gray Binrio...................................................................................................................... - 15 -III.2.3. Exerccios: Cdigo Gray ........................................................................................................................ - 15 -

IV.lgebra de Boole e Circuitos Lgicos ................................................- 16 -

IV.1. Portas lgicas..............................................................................................................................- 16 -IV.1.1. Funo Lgica Sim ............................................................................................................................. - 16 -IV.1.2. Funo Lgica No ............................................................................................................................ - 16 -IV.1.3. Funo Lgica E ................................................................................................................................. - 17 -IV.1.4. Funo Lgica OU ............................................................................................................................. - 17 -

IV.2. Simplificao de Funes ..........................................................................................................- 18 -IV.2.1. Lgica combinatria............................................................................................................................... - 18 -IV.2.2. Mtodo analtico ...................................................................................................................................... - 19 -IV.2.3. Mapa de Karnough.................................................................................................................................. - 19 -

IV.2.4. Implementao......................................................................................................................................... - 22 -

IV.2.5. Exerccios: Circuitos Lgicos Simplificaes .............................................................................. - 22 -IV.3. Laboratrio n. 1 Portas lgicas ............................................................................................. - 24 -

V. Sistemas Pneumticos e Hidrulicos .................................................- 25 -


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V.1. Energia Hidrulica.................................................................................................................... - 25 -V.1.1. Componentes principais em hidrulica............................................................................................. - 26 -V.1.2. Bombas e motores hidrulicos............................................................................................................. - 26 -V.1.3. Estrutura de uma instalao hidrulica............................................................................................. - 27 -

V.2. Energia Pneumtica.................................................................................................................. - 28 -

V.3. Central de Ar Comprimido........................................................................................................ - 29 -V.3.1. Compressor................................................................................................................................................ - 29 -V.3.1.1. Embolo alternativo .................................................................................................................................. - 29 -V.3.1.2. Ciclo de compresso ............................................................................................................................... - 30 -V.3.1.3. Rotativo ...................................................................................................................................................... - 30 -V.3.1.4. Compressor de palhetas......................................................................................................................... - 30 -V.3.1.5. Parafuso...................................................................................................................................................... - 31 -V.3.1.6. Esquema elctrico de arranque e paragem do motor.................................................................... - 31 -V.3.2. Reservatrio............................................................................................................................................... - 32 -V.3.2.1. Clculo de gua em sistemas pneumticos...................................................................................... - 32 -V.3.3. Secador ....................................................................................................................................................... - 33 -V.3.4. Distribuio............................................................................................................................................... - 34 -

V.4. Cilindros Pneumticos.............................................................................................................. - 35 -

V.5. Vlvulas...................................................................................................................................... - 37 - V.5.1. Identificao das ligaes das vlvulas ............................................................................................. - 37 -V.5.2. Tipos de Accionamentos das Vlvulas .............................................................................................. - 38 -V.5.3. Vlvulas Direccionais ............................................................................................................................. - 40 -V.5.4. Vlvulas de Fluxo..................................................................................................................................... - 41 -V.5.5. Vlvulas de Bloqueio .............................................................................................................................. - 41 -V.5.5.1.Vlvulas reguladora de presso............................................................................................................ - 42 -

V.6. Trabalhos Laboratoriais Informativos................................................................................... - 43 -

V.7. Laboratrio de avaliao n.2 Pneumtica ............................................................................ - 45 -

V.8. Temporizadores Pneumticos .................................................................................................. - 46 -V.8.1. Exemplo de um circuito semi-automtico de estampagem ........................................................ - 47 -

VI. Mtodo sequencial ..............................................................................- 48 -

VI.1. Ciclos Pneumticos --- Diagramas de funcionamento ............................................................ - 48 -VI.1.1. Etapas de Construo Diagrama de Funcionamento ................................................................... - 48 -VI.1.2. Cilindro de efeito duplo com amortecimento e posio magntica .......................................... - 49 -VI.1.3. Exemplo: Ciclo: (A+ A-) ........................................................................................................................ - 49 -VI.1.4. Exerccios 1: Conflito no avano do cilindro B ............................................................................... - 51 -VI.1.5. Exerccios 2: Conflito no recuo do cilindro B.................................................................................. - 52 -VI.1.6. Laboratrio de avaliao n.3 Diagramas de funcionamento .................................................. - 53 -

VII. Bibliografia...................................................................................- 54 -

VIII. Anexos ..........................................................................................- 55 -


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Automao Industrial I

Toni dos Santos Alves

2004/2005

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I. Introduo Automao

I.1. Objectivos da Automao

A automao a tecnologia relacionada com a aplicao de sistemas mecnicos,elctricos e electrnicos, apoiados em meios computacionais, na operao e controlo dossistemas de produo.

Em termos gerais, os objectivos a atingir com a automao poder-se-o enquadrar emdois grandes nveis, nomeadamente, a segurana e o mercado. No primeiro, pretende-se amelhoria das condies de trabalho e de segurana de pessoas e bens. No segundo, pretende-se aumentar a competitividade global do produto e da empresa, nica forma de esta se manter,na aguerrida concorrncia do mercado.

No que respeita segurana a automao de um processo de fabrico vai permitir quemuitas tarefas de maior perigo imediato (ex.: prensagem, corte, etc. ), ou a mdio ou longo

prazo (ex.: a soldadura e a pintura com a consequente inalao de gazes) possam serexecutadas com pouca ou mesmo nenhuma interveno Humana. Por outro lado as tarefasmenos perigosas mas extremamente repetitivas, podem conduzir a estados de cansao,

possvel gerador de situaes perigosas do ponto vista da segurana para no falar daqualidade do produto final.

A automao um meio atravs do qual possvel atingir melhores nveis dequalidade. Hoje, qualidade no consiste apenas no controlo final do produto. A qualidade

produzida atravs do controlo do processo produtivo, atravs de um apertado controlodimensional das grandezas envolvidas e mesmo de sistemas de inspeco intercalares afuncionar em tempo real e portanto de uma forma automtica. Deste modo, os padres dequalidade so melhorados pelo incremento do controlo do processo, inevitavelmente, atravsda automao deste.

Principais objectivos da automao industrial so:

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


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I.1.1. Tipos de Automao

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.

I.1.2. Componentes da Automao

A maioria dos sistemas modernos de automao, como os utilizados nas indstriasautomobilstica, petroqumica e nos supermercados, extremamente complexa e requermuitos ciclos de repetitivos.

Cada sistema de automao compe-se de cinco elementos:

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

Sensoriamento - mede o desempenho do sistema de automao ou umapropriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares para medio detemperatura e encoders para medio de velocidade;

Controle - utiliza a informao dos sensores para regular o accionamento. Porexemplo, para manter o nvel de gua num reservatrio, usamos um controlador defluxo que abre ou fecha uma vlvula, de acordo com o consumo. Mesmo um robrequer um controlador, para accionar o motor elctrico que o movimenta;


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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, sequencialmenteorganizadas.Indicam aocontrolador ouao computadoro que fazer.

Fluxo de um possivel sistema de controlo

I.1.3. Aplicaes da Automao

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.

ElementoControle

ElementoAccionamento

ElementoSensoreamento

ElementoComparador

Sada


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II. Introduo aos Sistemas Digitais

II.1. Seleco entre duas nicas possibilidades - Verdadeiro e Falso

Um dispositivo digital tem um determinado nmero de possveis valores perfeitamentedefinidos, ou estados. Podem existir como mximo dois estados nicos, como uminterruptor de luz: ou est aceso ou apagado.

A electrnica digital moderna est baseada fundamentalmente nos circuitos que tem doisvalores nicos, por exemplo: ou passa corrente ou no passa.

Por exemplo, no nosso dia-a-dia a abertura ou fecho de uma torneira, no mais que um

sistema digital formado por dois estados (aberto = 0 ; fechado = 1).

Interruptor aberto = Torneira fechada

Interruptor fechado = Torneira aberta

II.1.1. Estados lgicos Digitais e Analgico

0t

V(t)

+V

Lgico 1

Lgico 0

Lgica

Lgico 1 = Lgico 0 Lgico 1 = Lgico 0

Complemento ou inversolgica


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Nveis Lgicos

Nos circuitos integrados digitais, os estados lgicos so geralmente representados atravs detenses elctricas (corrente continua DC).

A lgica binria est baseada em dois nicos estados (1 verdadeiro e 0 - falso).0 = no existe tenso (0 volts)1 = existe tenso (+5 volts)

Frequentemente utiliza-se o L (Low Baixo = 0) e H (High Alto = 1) para indicarclaramente o nvel elctrico.

II.1.2. Tabela de Verdade

uma maneira de representar todas as combinaes possveis de uma dada funo.A contagem feita sempre da esquerda para a direita.

Exemplo:

II.1.3. Exemplo Acender/Apagar de uma Lmpada

Um circuito lgico recebe comandos de entrada e produz resultados na sada.No que respeita a nossa aco sobre o interruptor e o efeito sobre a lmpada. O circuitorecebe entrada (input) a aco sobre o interruptor e produz sada (output) o acender dalmpada.

21 20

b aF

0 00 11 01 1

xxxx

B

(Sada)

a

(Entrada)

Nota: o primeiro digito sempre zero, variandode coluna para coluna de 2n.

X valor que toma cada linha na funo,podendo ser 0 ou 1.


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Tabela verdade

Podemos recolher numa tabela o comportamento lgico de um circuito digital.A figura mostra-nos a tabela, ou tabela de verdade, da lanterna. Denominamos (a) aointerruptor (entrada) e (B) lmpada (sada).

A primeira coluna junta os possveis valores entrada (quer dizer dois: 0 e 1) e a segundaos valores correspondentes sada.

Cada linha um estado do circuito. Por exemplo, na primeira linha a entrada zero(interruptor aberto) e por isso a sada tem que ser zero (lmpada apagada).

Identificao lgica

Na prtica, para a lanterna a sada repete a entrada. Podemos escrev-la de uma formaformal com uma expresso lgica:

B=a

Este facto quer dizer que seja qual for o valor da entrada (a), a sada (B) ter sempre omesmo valor: trata-se de um caso de identidade.

II.2. Caractersticas dos Circuitos Integrados

Trata-se de um circuito fabricado numa nica e fina pastilha de silcio que se designa porchip.

Os pinos da cpsula so ligados ao chip atravs de fios finos de ouro, para possibilitar aentrada e sada de sinais para o exterior.

Entrada (a) Interruptor Sada (B) Lmpada

0

1

0

1


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II.2.1. Tipos de encapsulamento do C.I.:

O encapsulamento designado por DIP ( Dual In Line Package). Foiat muito recentemente o tipo de encapsulamento mais usado.

O encapsulamento designado por SMT (Surface Mount Technology),com maior grau de compactao e com maior nmero de entradas esadas. Esta tecnologia tem como principal vantagem o facto de nonecessitar de furos.

Existem trs tipos de cpsulas em SMT:

o SOIC (Small Outline Integrated circuit) semelhante a umDIP, miniaturizado e com os pinos dobrados.

o PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) tem os terminaisdobrados para baixo do corpo.

o LCCC (Leadless Ceramic Chip Carrier) no dispe de pinos.Em sua vez, existem uns contactos metlicos moldados nacpsula cermica.


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III. Sistemas de Numerao e Cdigos

III.1. Sistema Binrio

O cdigo binrio utilizado normalmente completamente equivalente ao cdigo decimal,excepto pelo facto de se utilizarem apenas dois valores (0 e 1) em vez de dez.Com os nossos nmeros decimais, a primeira coluna da direita a das unidades, depois entoas dezenas, as centenas, os milhares, etcPode-se fazer a mesma coisa com os nmeros binrios, apenas que os pesos (multiplicadores)das colunas no so potncias de 10 (1, 10, 100, 1000, etc) mas potncias de dois (1, 2, 4,8, 16, 32, etc) 2n.

Para calcular o valor de um nmero binrio, somam-se os pesos das colunas onde existe um 1.

Exemplo: Nmero binrio 101001

32 16 8 4 2

1 0 1 0 0 1

1 x 1 = 10 x 2 = 00 x 4 = 0

1 x 8 = 80 x 16 = 0

1 x 32 = 32

41 ValorDecimal


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- Nmeros binrios

As combinaes de bits ou sinais digitais, podem representar nmeros.

Os dgitos nos nmeros binrios so vulgarmente chamados bits ( binary digits).

Ao agrupamento de oito bits chama-se byte, sendo o conjunto de 4 bits apelidado de meiobyte ou nibble.

Um bit pode estar apenas em dois estados, pelo que podemos utiliz-lo para representaodos valores numricos: 0 (zero) e 1 (um).

- Representao de nmeros binrios

Para representar os nmeros binrios, comeamos sempre por 0 e 1, como esgotamospassamos para combinao de um segundo digito 10 e 11, j ficou esgotado passamospara um terceiro digito 100, 101, 110 e 111, assim sucessivamente.

Binrio Decimal000 0

001 1

010 2

011 3

100 4101 5

110 6

111 7

III.1.1. Converso Binrio Decimal

Para obter o equivalente de um nmero decimal de uma determinada grandeza binria bastamultiplicar cada bit pelo seu peso e adicionar os respectivos produtos.

Exemplo: converter o nmero binrio 110101 em decimal

1x32+1x16+0x8+1x4+0x2+1x1 =32+16+0+4+0+1 =5310

Peso Binrio 25 24 23 22 21 20

Valor do Peso 32 16 8 4 2 1 Nmero Binrio 1 1 0 1 0 1


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III.1.2. Converso Decimal Binrio

O mtodo consiste em efectuar divises sucessivas por 2 e o valor binrio obtido pelo valordo resto obtido da direita para esquerda.

III.1.3. Converso de Hexadecimal Binrio

Para converter um nmero hexadecimal em binrio substitui-se cada smbolo hexadecimalpelo seu equivalente formado por 4 bits.

Tabela auxiliar a utilizar nas converses de nmeros hexadecimal

Decimal Binrio Hexadecimal012345678

9101112131415

000000010010001101000101011001111000

1001101010111100110111101111

012345678

9ABCDEF

Exemplo: o nmero 1A516 em hexadecimal para binrio

47 2

07 23 21 03 11

211 5

2

1 2 2

0 1

Sentidode formao 4710=1011112

1 A 5

0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 12

1A516 = 0001101001012


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III.1.4. Converso Decimal Hexadecimal

Divises sucessivas da parte inteira do nmero decimal por 16, produziro o equivalenteem hexadecimal.Por multiplicaes sucessivas por 16 da parte fraccionrio obtm-se o equivalente emhexadecimal, pelo agrupamento das partes inteiras obtidas.

Exemplo: o nmero 65210 em decimal para hexadecimal

III.1.5. Converso Binrio Hexadecimal

Divide-se o nmero em grupos de 4 bits e substitui-se cada grupo pelo seu equivalente emhexadecimal.

Exemplo: o nmero 101001102 em binrio para hexadecimal

III.1.6. Converso Decimal Octal

A converso para octal efectua-se pelo mtodo das divises sucessivas, agora por 8 pela parte

inteira.

Exemplo: o nmero 64510 em decimal para octal

652 16

012 40 168 2

12 = C

65210 = 28C16

1 0 1 0 0 1 1 02A 6

101001102 = A616

645 8

05 80 8

00 108

2 1Sentidode formao

64510=12058


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III.1.7. Converso Octal Decimal

Para fazer a converso, determina-se o peso de cada dgito, multiplicando o peso pelo

dgito e efectua-se a soma dos produtos obtidos.

Exemplo: o nmero 12058 em octal para decimal

1x83+2x82+0x81+5x80 = 64510

III.1.8. Converso Octal Binrio

Dado que cada digito octal pode ser representado por um nmero binrio de 3 bits, comorepresentado na tabela.

Decimal Binrio01234567

000001010011100101110111

Exemplo: o nmero 158 em octal para binrio

Peso Octal 83 82 81 80

Valor do Peso 512 64 8 1

Nmero Octal 1 2 0 5

1 5 80 0 1 1 0 12

158 = 0 0 11 0 12


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III.1.9. Converso Octal Hexadecimal

Exemplo: o nmero 7348 em octal para hexadecimal

III.1.10. Converso Binrio Octal

Exemplo: o nmero 1110012 em binrio para octal

III.1.11. Converso Hexadecimal Octal

Exemplo: o nmero B8416 em hexadecimal para octal

7 3 4 81 1 1 0 1 1 1 0 021 D C16

7348 = 1DC16

1 1 1 0 0 1 27 18 1110012 = 718

B8416 = 56048

B 8 4 161 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 02

5 6 0 48


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III.1.12. Exerccios: Converses

1. Converta os seguintes nmeros decimais (1810; 5010; 13710) em binrio.

2. Converta o seguinte nmero binrio (0011012) em decimal.

3. Converta os seguintes nmeros octais (4728; 56738) em binrio.

4. Converta os seguintes nmeros binrios (110011001012; 10111100102) em octal.

5. Converta os seguintes nmeros hexadecimal (D616; B316) em binrio.

6. Converta o seguinte nmero binrio (101001102) em hexadecimal.

7. Converta o seguinte nmero hexadecimal (B8416) em octal.

III.2. Cdigo Gray

A principal caracterstica deste cdigo reside no facto de ao passarmos deum valor decimal para o seguinte o equivalente em Gray apenas apresenta avariao de um bit.

Normalmente utilizado nalguns conversores analgicos digitais.

III.2.1. Converso Binrio Gray

Regra a utilizar:

1. o bit mais significativo em gray o mesmo que corresponde em binrio.

2. da esquerda para direita, compara-se cada bit com o seguinte. Se foremdiferentes resultar um (1) em gray. Se forem iguais o resultado em

gray ser (0).

Exemplo: Equivalente em gray do valor binrio (11001)

1. 11001 2. 11001 3. 11001 4. 11001 5. 11001

1 10 101 1010 10101

Resultado em Gray

10101

Gray Decimal

000001011

010110111101100

012

34567


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III.2.2. Converso Gray Binrio

Regra a utilizar:1. o bit mais significativo em binrio o mesmo que corresponde em

gray.

2. da esquerda para direita, compara-se cada bit binrio com o grayque se encontra na posio adjacente. Se forem diferentes resultarum (1) em binrio. Se forem iguais o resultante ser (0).

Exemplo: Equivalente em binrio do valor gray (11011)

1. 11011 2. 11011 3. 11011 4. 11011 5. 11011

1 10 100 1001 10010

Resultado em Binrio 10010

III.2.3. Exerccios: Cdigo Gray

1. Encontre o equivalente binrio dos seguintes nmeros em gray (10101111; 11000110).

2. Encontre o equivalente gray dos seguintes nmeros em binrios (10110; 0010101).


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IV. lgebra de Boole e Circuitos Lgicos

IV.1. Portas lgicas

Nos computadores digitais, os nmeros so representados de forma binria, j que, de umaforma geral, uma aco pode ter apenas dois estados diferentes:Ligado/desligado - 0/1 - sim/no - aceso/apagado, etc.,.

IV.1.1. Funo Lgica Sim

Contacto normalmente aberto (NO)

IV.1.2. Funo Lgica No

Contacto normalmente fechado (NF)

a L10 01 1

a L10 11 0

Circuito Elctrico

a

L1

a = 0

L1 = 0

a

L1 = a

Smbolo Lgico Esquema Pneumtico

1 L1

+5V

0V

a

L1

Tabela de Verdade

Circuito Elctrico

a

L1 = a


1 L1

a

L1

Tabela de Verdade

a

L1

a = 0

L1 = 1

+5V

0V


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IV.1.3. Funo Lgica E


IV.1.4. Funo Lgica OU


b a L10 0 00 1 01 0 01 1 1

b a L10 0 00 1 11 0 11 1 1

Circuito Elctrico

a

L1

a = 0

b = 0

L1 = 0b

a

L1 = a.b


L1

+5V

0V

a

L1Tabela de Verdade

bb

a

L1

a = 0

b = 0

L1 = 0

ba

L1 = a+b

Circuito Elctrico Smbolo Lgico Esquema Pneumtico

1 L1

+5V

0V

Tabela de Verdade

b


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IV.2. Simplificao de Funes

IV.2.1. Lgica combinatria

Permite-nos projectar sistemas lgicos. Muitos circuitos existem comercialmente a baixocusto, pelo que apenas devemos projectar aqueles que efectivamente no esto disponveis.

Baseia-se na lgebra de Boole

(George Boole: An investigation of the Laws of Thought - 1854).

As tabelas de verdade das operaes lgicas elementares (Not, And, Or) permitemdesenvolver as leis desta lgebra.

Regras da lgebra de Boole

I A+B = B+A

A.B = B.A

II A+0 = A

A.1 = A

III A+1 = A

A.0 = 0

IV A+A = 1

A.A = 0

V A = A Negao da negao

VI A+A.B = A

A.(A+B) = A

VII A+B = A.BA.B = A+B

VIII A+(B+C) = (A+B)+C

A.(B.C) = (A.B).C

IX A.(B+C) = A.B+A.C

A+(B.C) = (A+B).(A+C)

Elemento neutro

Elemento absorvente

Operao entre complementares

Absoro

Teoremas de DeMorgan

Ordem da operao irrelevante

Distributividade

Comutatividade

1


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IV.2.2. Mtodo analtico

Com as regras da lgebra de Boole, sempre possvel a simplificao de funes atum estado de minimizao.

Exemplo:

IV.2.3. Mapa de Karnough

Mtodo grfico utilizado para simplificao de equaes lgicas.

Exemplo:

1. - Formao dum mapa que a presente todos os valores possveis das variveis e suascombinaes (arranjo em cdigo Gray).


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2. - Preenchimento, no mapa, das condies vlidas da expresso:

3. - Associao em grupos (dos valores verdadeiros da funo) onde se verifique acondio de variveis X+ X, utilizar o nmero mnimo de grupos que incluam todosos valores verdadeiros da funo:

4. - Determinar o produto das variveis que definem cada um dos grupos e som-los, aSOMA DE PRODUTOS

Nota:A anlise deste segundo exemplo permite chegar desejada SOMA DE PRODUTOS que minimiza a expresso.


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Podemos utilizar outro mtodo denominado

PRODUTO DAS SOMAS

Neste caso:

3a - Associamos em grupos de valores falsos da funo, utilizando o nmero mnimo degrupos possvel:

4a - Determinamos a soma dos complementos das variveis que definem cada um dos grupos(o inverso do produto de duas variveis igual soma dos seus complementos - 2 Teoremade DeMorgan) e executamos o produto entre estas .

Nota:A anlise deste segundo exemplo permite chegar ao desejado PRODUTO DE SOMAS que minimiza aexpresso.


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IV.2.4. Implementao

Uma vez determinada a expresso mnima da funo, quer por mtodos analticos quer pormtodos grficos (mapa de karnough), podemos executar a sua implementao fsicautilizando as portas lgicas (Not, And, Nand, Or e Nor).

IV.2.5. Exerccios: Circuitos Lgicos Simplificaes

1. Simplifique as seguintes funes lgicas pelo mtodo algbrico, para consulte a tabelade com as Regras da lgebra de Boole.

a) a.(b.c);

b) (a+b).(c+a);

c) a.b.c+a.b.c+a.b.c.d;

d) (a+b+c).(a+b+c+d)

e) Represente para cada alnea o esquema pneumtico.


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2. Atravs da tabela de verdade apresentada, simplifique cada funo lgica utilizando omtodo de Karnaugh e represente o esquema pneumtico da funo simplificada.

a) F1=?

b)

F2=? (soma dos produtos) ;

F2=? (produtos das somas)

F2=? (soma dos produtos) ;

F2=? (produtos das somas)

c b a F1000001010011100101110111

10001100

d c b a F200000001001000110100010101100111100010011010

10111100110111101111

11100100111

00100


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3. Dado o circuito elctrico, transforme-o num circuito lgico.

4. Converta a seguinte equao num circuito elctrico e depois num circuito lgico.

a) F1 = (a+b).c+d

IV.3. Laboratrio n. 1 Portas lgicas

Dados os exerccios 3 e 4 Circuitos Lgicos Simplificaes, pretende construir umsistema lgico capaz de activar/desactivar um dado aparelho. Para isso, o grupo deve primeirofazer a resoluo das perguntas e depois montar o respectivo numa placa breabord.

Devem entregarem um relatrio escrito citando os seguintes pontos:

- Capa (Nome da Escola; Curso e Ano Escolar; Ano Lectivo; Nome da disciplina; Tema;Nome do Docente; Nome dos Alunos e Nmeros);- Objectivos do trabalho;- Procedimento;

- Resoluo dos exerccios;- Resultados;- Tabelas de verdade;- Concluso;- Bibliografia;- Anexos (caractersticas dos componentes).

a

c

b d

F


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V. Sistemas Pneumticos e Hidrulicos

A Pneumtica trata-se de uma tcnica de ar comprimido.

tem origem na compresso de uma quantidade de ar num reservatrio que est sobpresso;

usado como fonte de energia na actuao de motores hidrulicos (movimentorotativo) e de cilindros pneumticos (movimento linear) ;

para o controlo de automatismos.

Na escolha da tecnologia, deve-se ter em considerao:

Potncia envolvida e requerida; A preciso do movimento;

A forma do movimento (linear ou rotativo); O custo da soluo.

V.1. Energia Hidrulica

Vantagens:

- Transmitem energias elevadas com alto rendimento (devido ao carcter nocompressvel do leo);

- Elevada preciso no movimento (devido ao carcter no compressvel do leo)

Desvantagens:

- Infra-estrutura cara e pesada;

- Sistema em circuito fechado, existncia de bombas e filtros de leo;

- Componentes muito robustos, devido s elevadas presses em jogo.

Ar

F

Ar

F

Ar com energia pneumtica


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V.1.1. Componentes principais em hidrulica

Converso de energia:

Converso da energia mecnica em hidrulica (bombas);

Converso da energia hidrulica em mecnica (motores movimento derotao; cilindros movimento linear).

Transmisso de energia:

Condicionam o movimento de leo tubos, mangueiras, filtros, aquecedores,arrefecedores;

Controlo de energia:

Conjunto de vlvulas necessrias para o redireccionamento de energia;Cilindros:

So do mesmo tipo dos pneumticos.

Grandezas nominais para especificao:

- dimetro do mbolo;- dimetro da haste;- curso.

V.1.2. Bombas e motores hidrulicos

Conversores de energia:

Bombas aspirar fluido de uma fonte para o destino;

caudal aspirado, depende da cilindrada da bomba;

presso, depende das foras de oposio no movimento do fluido, atritosmecnicos e viscosos.

Motores transformam energia hidrulica em movimento de rotao;

velocidade de rotao, depende do caudal do fluido;

o binrio, depende da presso do fluido.

Grandezas nominais:


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Cilindrada volume de fluido expelido ou absorvido por cada rotao do veio

(cm3/rot).

C

M

p;n.CQ==

em que:

Q CaudalC Cilindradan Velocidade de rotao

p PressoM Binrio

V.1.3. Estrutura de uma instalao hidrulica

Uma instalao hidrulica constituda por um depsito de leo, uma bombahidrulica geradora de presso, uma instalao de distribuio (com tubagens e rgos deligao), rgos auxiliares (filtro, manmetro, diversos tipos de vlvulas, etc.), rgos decomando e de accionamento.

A constituio de uma central hidrulica pode ser representada por um esquema, comoo seguinte.


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O motor elctrico acciona a bomba hidrulica, que aspira o leo do depsito. Antes deentrar na bomba, o leo passa por um filtro que protege a bomba de corpos estranhos (filtro deaspirao). sada da bomba, o leo passa por uma vlvula limitadora de presso (vlvula desegurana) e por um manmetro que indica o valor da presso. Em seguida, o leo distribudo atravs da canalizao.

O leo pode ser contaminado por partculas resultante da abraso nos diversoscomponentes da instalao, por p e sujidade do ar. Para prevenir a deteriorao da instalao,estes elementos devem ser filtrados. Por isso, no retorno, o leo passa por outro filtro (filtrode retorno).

O leo introduzido no depsito por um orifcio normalmente tapado por um tampode enchimento, mas que permite trocas de ar com o exterior do depsito, para garantir a

presso atmosfrica na camada de ar existente no interior.

V.2. Energia Pneumtica

Vantagens:

- Sistema em circuito aberto;- Limpa;- No existe perigo de exploso;- Disponvel;- Custos energticos mdios;- acumulvel (reservatrio da central de ar comprimido).

Desvantagens:

- Transporte caro (por tubagens);- Foras no muito elevadas;- Preciso de movimento, baixos;- Velocidade de sinal baixa;- Rudo de escape do ar.


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V.3. Central de Ar Comprimido

1. Compressor;2. Reservatrio;3. Secador;4. Distribuio.

V.3.1. Compressor

V.3.1.1. Embolo alternativo o tipo de compressor que comprime o ar, com um sistema parecido com um pisto

de carro. Por isso o nvel de rudo mais elevado, com maior desgaste das peas (menor ciclode vida) e necessidade de maior consumo de energia para executar o trabalho.

Sada

32

1

Vlvula de segurana

Purgador

Vlvula de descargaVlvula de admisso

Pisto (mbolo)

Biela

Volante


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V.3.1.2. Ciclo de compresso

O compressor possui dois tempos ,(1) Expanso e (2) Compresso. No tempo deexpanso admite-se o Gs Natural pela vlvula de admisso (1) que deve estar aberta. Emseguida esta vlvula se fecha e inicia-se a compresso. (subida do pisto) ao trmino dacompresso (2), a vlvula de descarga aberta para dar a sada ao gs comprimido. Este

processo pode ser repetido em mltiplos ciclos o que permite elevar cada vez mais a pressode descarga.

V.3.1.3. Rotativo

aquele cujos componentes exercem entre si um baixssimo atrito para executar afuno, proporcionando menor nvel de rudo e mxima eficincia energtica, isto , reduzidoconsumo de energia.

V.3.1.4. Compressor de palhetas

O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que gira excentricamenteem relao carcaa. Esse tambor possui rasgos radiais que se prolongam por todo o seucomprimento e nos quais so inseridas palhetas rectangulares. Devido excentricidade dorotor e s posies das aberturas de aspirao e descarga, os espaos constitudos entre as

palhetas vo reduzindo de modo a provocar a compresso progressiva do gs.

Rotor excntricoPalhetas

AspiraoP1=1 atm

DescargaP2>P1


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V.3.1.5. Parafuso

Este tipo de compressor possui dois rotores em forma de parafuso que giram emsentido contrrio, mantendo entre si uma condio de engrenagem.

A conexo do compressor com o sistema faz-se atravs das aberturas de suco e

descarga, opostas. Onde o gs penetra pela abertura de aspirao e ocupa os intervalos entreos filamentos do rotor, a partir do momento que h a engrenagem do filamento o gs ficacontido entre as paredes do rotor e as paredes da carcaa.

A rotao faz ento da engrenagem reduz o espaamento do gs entre os filamentos,provocando, assim o aumento de presso.

Escolha dos compressores:- Presso desejada;- Caudal de ar fornecido.

V.3.1.6. Esquema elctrico de arranque e paragem do motor

RS

TN

M

Rede Pneumtica

Reservatrio

Compressor

Motor

Pressostato

Descarga

Aspirao


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V.3.2. Reservatrio

Serve para:- Acumular e estabilizar a presso da rede e ainda compensar os picos de

consumo;- Arrefecer o ar comprimido (necessrio purgar compressor).

V.3.2.1. Clculo de gua em sistemas pneumticos

1. Estando o ambiente a 40% de humidade relativa e a 15C, encheu-se um deposito de6m3 presso de 8bar e supondo que o ar do deposito ficou a 25C. Calcule aquantidade de gua formada num depsito.

Resoluo:V = 6m3;Ver tabela de humidade do ar:

15C12g/m3;25C22g/m3;hr=40% a 15C (=) V15C=12*0.40=4.8g/m

3

Quantidade de gua vaporizada entrada = 54m3*4.8g/m3 = 259g

Dentro do depsito hr=100% a 25C temos 6m3 (=)V25C=22g/m3*6m3=132g

Quantidade de gua formada dentro do deposito =259-132=127g

2. Numa instalao de ar comprimido temos 8 cilindros, 32mm dimetro e todos de100mm de curso. Supondo que todos os cilindros duplo efeito fazem 18 ciclos porminuto. Calcular a quantidade de gua que tem de purgar em cada 8h defuncionamento da mquina. A instalao funciona a 6bar, o ambiente est a 50% e20C.

Resoluo:8 cilindros; = 32mm; L = 100mm (curso); 18 ciclos/minuto; 8 horas de

funcionamento; 6bar; Ambiente 20C, hr =50%

Ver tabela de humidade do ar 20C --- 15g/m3Volume de cada cilindro = *r2*L= 3.14*162*100= 80424mm3Volume de ar a 6bar gasto em cada ciclo= cmera*volume *n.cilindros=2*80424*8=1286784mm3Volume de ar a 6 bar gasto por hora= 18ciclos*60min*1286784=1389726720mm3=1.39m3Em 8 horas = 1.39*8=11.12m3 a 6baresAr aspirado em 8 horas = 6 bar*11.12=66.72m3

Deposito

6*8=48+6=54m3


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V.3.3. Secador

Secagem por absoro

O ar passa atravs de um produto de secagem, o qual absorve vapor de gua.Purgar a gua e o filtro.

Secagem a frio

Instalao de refrigerao para arrefecer o ar a uma temperatura 2C; elimina-se guacondensada.

Compresso do Ar

Aumento deTemperatura

Aumento dePresso

Vapor de guaArrefecimento Secagem

gua de Purga


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V.3.4. Distribuio

- Linha aberta: Para tubagens de longitude no muito elevada.

- Linha fechada: Para tubagens de longitude elevada. Evita grandes perdas depresso.

.

Esquema geral


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V.4. Cilindros Pneumticos

1- Tampa traseira

2- Cmaras

3-Tubo ou camisa

4- Vias

5- Tampa dianteira

6 - mbolo

7 - Haste

- Simples Efeito;Tipo

- Duplo Efeito.

- Leve; - Mini;- Mdia; - Membrana;

Classe - Tandem;- Pesada; - Dupla haste;- Especial.

- Torque;- etc.

Cilindros de simples efeito

Cilindro de duplo efeito


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Cilindro de duplo efeito comamortecimento

Cilindro de duplo efeito comamortecimento e posio magntica

Cilindro rotativo

Formulrio: Fora - Presso

F= P . Aembolo - Fmola [N]

22

.4

.r

dA

== [m2]

FP= [N/m2] ou [Pa]


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V.5. Vlvulas

As vlvulas so elementos emissores de sinais e de comando que tm a capacidade deinfluenciar o processo de trabalho.

- Aplicao nos comandos pneumticos como elementos geradores de sinais, elementosde comando, elementos de posicionamento e controlo passagem, a interrupo e osentido do ar comprimido.

. 2 estados;Nmero Estados

. 3 estados.

. 2 orifcios;

. 3 orifcios;Nmero Orifcios

. 4 orifcios;

. 5 orifcios.

V.5.1. Identificao das ligaes das vlvulas

Funo Caracteres DgitosVias para utilizao (sadas) A,B,C,D, 2,4,6,Linhas de alimentao (entrada) P 1Escapes (exausto) R,S,T 3,5,7,Linhas de comando X,Y,Z 12,14,16

Exemplo: Vlvula 3/2 monoestvel

3 1

2

NO

NONO

NO nmero de orifcios;(NO = 3 orifcios)

E nmero de estados;(E = 2 estados)

- monoestvel

E


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V.5.2. Tipos de Accionamentos das Vlvulas

- Para comutao entre as posies de ligao de ligao das vlvulas direccionais.

- Manpulo- Boto

- Manual- Puxador- Pedal

- Rolete fixo- Rolete mvel

- Mecnico- Haste sensvel- Boto

Comando vlvulas

- Electroman- Elctrico

- Electropneumtico

- Impulso positivo- Pneumtico

- Impulso negativo


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Manual

Boto Manipulo Puxador Pedal

Mecnico

Pino Rolete fixo Rolete mvel Mola

Pneumtico

Directo Mola de ar Embolo diferencial

Elctricos

Solenide Solenide com embolo diferencial


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V.5.3. Vlvulas Direccionais

As vlvulas direccionais tm como principal funo poder alterar a topologia do circuito,isto , a possibilidade de modificar o sentido de circulao do fluido no circuito.

Vlvula direccional 2/2 NF

Vlvula direccional 2/2 NA

Vlvula direccional 3/2 NF

Vlvula direccional 3/2 NA

Vlvula direccional 4/2

Vlvula direccional 5/2

Vlvula direccional 3/3, centro fechado




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V.5.4. Vlvulas de Fluxo

So vlvulas reguladoras de caudal, utilizadas para criar uma resistncia passagemde caudal, originando deste modo, uma queda de presso no sentido de passagem do arcomprimido.

Vlvula redutora de fluxo fixo

Vlvula redutora de fluxo varivel

V.5.5. Vlvulas de Bloqueio

Este tipo de vlvulas tem como funo bloquear a passagem do ar, num s sentidopermitindo assim a passagem livre na direco contrria. A presso do lado da entrada actuasobre o elemento vedante permitindo uma perfeita vedao da vlvula.

Vlvula OU

Vlvula E

Vlvula escape rpido

Vlvula reguladora de fluxo

Vlvula reteno


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V.5.5.1. Vlvulas reguladora de presso

A vlvula reguladora de presso, tem como principal tarefa manter constante a pressode trabalho, isto , garantir que a presso ajustada no manmetro seja transmitida semvariaes aos elementos de trabalho ou s vlvulas, mesmo quando exista oscilaes na rede.

Unidade de tratamento

Repartidor de 9 sadas

Vlvula de fecho

Silenciadores

Ts


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V.6. Trabalhos Laboratoriais Informativos

1.Dispositivo simples para curvar

2.Montagem de peas

3.Dispositivo de estampagem de cintos de couro

4.Fixao de pinos


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5.Comando STOP de cilindros de duplo efeito

6.Dispositivo de carimbar

S2

S3


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V.7. Laboratrio de avaliao n.2 Pneumtica

Pretende-se construir um sistema pneumtico para controlar o seguinte processo.

Sabendo:

A figura representa um furador isolado do exterior, onde exigido toda a segurana dosistema.Existe uma porta de acesso que quando aberta deve fazer recuar o cilindro B, assim para que ocilindro B avance a porta deve estar fechada.Deve existir um boto para activar/desactivar o cilindro A (S1).

No caso do cilindro B s deve avanar depois de activado o boto do cilindro A (S1) e quandoactivar o boto de avano do cilindro B (S2).Para fazer a recolha do cilindro B, basta desactivar o boto (S2).

Desenhe o sistema pneumtico e implemente-o na banda de pneumtica.


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V.8. Temporizadores Pneumticos

3. Temporizadores ao Trabalho3.1.Inicialmente fechado

3.2.Inicialmente abertos

4. Temporizador ao Repouso4.1.Inicialmente fechado

4.2.Inicialmente aberto

A

2

T

2

A

A

2

T

2

A

A

2

T

2

A

A

2

T

2

A


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V.8.1. Exemplo de um circuito semi-automtico de estampagem

Fmea do moldeChapa de cobre 1mm

Macho do molde

Cilindro de duplo efeito

A

2

A+ A-

P1

P2

A


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VI. Mtodo sequencial

VI.1. Ciclos Pneumticos --- Diagramas de funcionamento

Permite projectar e construir dispositivos automticos:

- Elctricos;

- Pneumticos;

- Hidrulicos.

Elementos passivos:

- se est associado a outro elemento e no toma parte em outra equao;- numa equao tem de existir pelo menos um elemento activo.

Elementos activos:

- tem que ter fonte de presso.

VI.1.1. Etapas de Construo Diagrama de Funcionamento

1. Definio do ciclo;

2. Construo das colunas e linhas;

3. Desenho do movimento dos cilindros;

4. Identificao dos estados lgicos;

5. Verificao de conflitos;6. Memrias;

7. Sensores ;

8. Actuadores;

9. Obteno das equaes.


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VI.1.2. Cilindro de efeito duplo com amortecimento e posio magntica

VI.1.3. Exemplo: Ciclo: (A+ A-)

1. fazer a legenda de:

*Posies do cilindro A+ ; A-

*Sensores / fins-de-curso a0 ; a1

*Botes de comando St

2. Construir o diagrama de funcionamento

Nota:

A+ avanoA- recuo

Equaes:

A+ = a0.StA- = a1Activos: ao;a1

Passivos: St

3.Tirar as equaes gerais e os elementosactivos e passivos

A

0 1 2

0 1 0

a1

a0

A+

A-

Diagrama

Valores Lgicos

Sensores

Actuadores

0

1

Camara de ar

Haste

Embolo

Sensor magntico

a0a1

Entrada de ar

Sada de ar

man

Regulaoamortecimento


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4. Esquema Pneumtico Ciclo: A+A-

a0 a1A

A+ A-

St


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VI.1.4. Exerccios 1:Conflito no avano do cilindro B

Ciclo: A+A-B+B-

Resoluo:

Elementos:

- Activos: a1; b1; m11; m10.- Passivos: a0; b0; st.

Esquema Pneumtico

Conflito: 0 ou 4 com 2

AB

0 1 2 3 4

AB

M

Ma0a1b0b1

m10m11A+A-B+B-M+M-

1

0

1

0

Equaes:

A+=st.b0.m10A-=a1B+=a0.m11B-=b1M+=a1M-=b1

a0 a1A

A+ A-

St

b0 b1B

B+ B-

M+ M-

m11 m10


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VI.1.5. Exerccios 2:Conflito no recuo do cilindro B

Ciclo: A+ B+B-A-

Resoluo:

Elementos:

- Activos: a0; b1; m11; m10.- Passivos: a1; b0; st.

Esquema Pneumtico

Conflito: 1 com 3

AB

0 1 2 3 4

AB

M

Ma0a1b0b1

m10m11A+A-B+B-M+M-

1

0

1

0

Equaes:

A+=st.a0A-=b0.m11B+=a1.m10B-=b1M+=b1M-=a0

a0 a1A

A+ A-

St

b0 b1B

B+ B-

M- M+

m10 m11


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VI.1.6. Laboratrio de avaliao n.3 Diagramas de funcionamento

1- Dispositivo de estampagem de chapas zinco

Funcionamento:

Coloca-se manualmente uma chapa de zinco no dispositivo, ver figura.

Accionamento por pedal, onde a haste do cilindro 1 A avana e depois avana a haste do cilindro 2 A,estampando a chapa.

A recolha deve ser feita automaticamente, desde que 2B2 seja activado e deve seguir a seguinte ordem: primeirorecua o cilindro 2 A e ento quando 2B1 estiver activado recua o cilindro 1 A.

Actividades obrigatrias:

O grupo deve apresentar o trabalho em relatrio, descrevendo todas as etapas seguidas para o funcionamento dodispositivo. Para isso, devem obter primeiro o ciclo pneumtico e depois o diagrama de funcionamento, asequaes e o esquema pneumtico.

Nota:

Todos os esquemas devem ser montados e testados na bancada de pneumtica existente no laboratrio.


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VII. Bibliografia

A. Silva Pereira . Mrio guas . Rogrio Baldaia, Sistemas Digitais, Porto Editora, 2001

Jos Novais, Mtodo Sequencial Para Automatizao Electropneumtica, 3.Edio,Fundao Calouste Gulbenkian, 1997

Adriano Santos . Antnio Silva, Automao Pneumtica, 1. Edio, Edies Tcnicas,Publindstria, 2002

Eng. Arivelto Fialho, Automao Pneumtica, 1. Edio, Editora rica, 2003

Jos Matias . Ludgero Leote, Automatismos Industriais, Didctica Editora, 1993

Apontamentos de Automao e Controlo, Eng. Industrial, Castelo Branco, 1997


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VIII. Anexos

Documents

Auto Indust Log Valv