Automao e Controle

COMANDOS ELETROMECNICOSContatos eltricos Classificao dos contatos eltricos: Dispositivos acionadores dos contatos: Automao Eletromecnica Tipos de Diagrama CIRCUITOS BSICOS Sensores Industriais Sensores Sensores Digitais podem apresentar as seguintes sadas : Tipo de Sensores Digitais Lgica Digital Emprego dos Acionadores e Sensores Digitais Lgica dos contatos eltricos Funes lgicas Funes lgicas bsicas e derivadas Automao Industrial Histrico da Automao Industrial Anos 60 Anos 70 e 80 Anos 90 Conceitos Bsicos Definio dos Nveis de Automao Os Controladores Lgicos Programveis ( CLPs ) Princpio de funcionamento de um CLP Ciclo de Varredura Linguagens de Programao dos CLP`s Noes Bsicas sobre o Hardware CLPs no expansveis Linha FX1S CLPs expansveis FX1N FX2N- FX2NC Ligaes Externas Conexes dos Dispositivos de Sada Software de Progamao GX Developer Executando o GX Converso do Programa Base de dados dos CLP`s da Famlia FX Conjunto de Instrues Bsicas Exemplos : Sensores Analgicos Medio de Temperatura Medio de temperatura com Termopar

34 4 5 11 12 14 17 17 19 20 26 26 27 29 33 33 34 34 35 35 35 36 37 37 38 40 40 40 42 43 45 46 56 59 67 68 73 74 74

1

Automao e ControleMedio de Temperatura por Termoresistncia As termoresistncias Pt - 100 : Medio de presso Dispositivos para medio de presso Medio de vazo Medio de nvel Uso de simbologia de instrumentao e Controle Nomenclatura de instrumentos em malhas de controle Malhas de controle Controle 1.0 Introduo 1.1 - Evoluo Histrica do Controle Automtico 2 - Conceitos e Consideraes Bsicas de Controle Automtico 2.1 - Conceitos 2.1.1 - Como definir um sistema de controle 2.1.2 - Instrumentao dos sistemas de controle 2.2 Tipos de Controle 2.2.1 - Controle Manual e Controle Automtico 2.2.2 - Controle Auto-operado 2.2.3 - Controle em Malha Aberta e Malha Fechada 2.3 Realimentao 2.4 Diagrama de Blocos 2.5 Atrasos no Processo 3 - Aes de Controle 3.1 - Modos de Acionamento 3.2 - Ao de Controle ON-OFF (Liga-Desliga) 3.3 Ao Proporcional (Ao P) 3.4 Ao Integral 3.5 Ao Proporciona + Integral (Ao P+ I) 3.6 Ao Derivativa (Ao D) 3.7 - Ao Proporcional + Integral + Derivativa ( PID )

84 89 96 106 106 108 111 111 112 112 112 115 117 118 118 119 120 121 121 122 124 124 125 127 132 135 138 141

2

Automao e ControlePID Instruo de Controle Proporcional Integral e Derivativo do FX2N Conversor AD FX2N 4AD - Setup Conversor DA FX2N 4DA - Setup Resumindo aes de controle Aes de controle Ao Proporcional Ao Integral Ao Derivativa 152 153 153 154 155 155

Comandos Eletromecnicos

3

Automao e Controle

Contatos eltricosContato eltrico um meio condutor mvel destinado a fechar ou abrir circuitos eltricos, permitindo ou no a circulao de corrente eltrica.

Classificao dos contatos eltricos:Podemos classificar os contatos eltricos em trs tipos, segundo suas caractersticas de fabricao:

Contato normalmente aberto (NA):Este tipo de contato construdo de maneira que permanea aberto durante o repouso do aparelho ao qual pertena. Quando acionado o aparelho, o contato NA fechado permitindo a circulao de corrente eltrica pelo circuito. Tambm chamado de contato fechamento, contato de trabalho ou normally open contact (NO).

Ao que atua o contato

Contato normalmente fechado (NF):Este tipo de contato construdo de maneira que, quando acionado abre o circuito interrompendo a passagem da corrente eltrica. Tambm chamado de contato abertura, contato de repouso ou normally closed contact (NC).

Ao que atua o contato

4

Automao e Controle

Contato reversvel:Este tipo de contato possui caractersticas tanto de contato NA quanto de contato NF. Pode possuir um terminal de ponto comum ou terminais independentes. Ao que atua o contato NA COMUM NF Terminal de ponto comum NA Terminais independentes NA Ao que atua o contato NF NF

Dispositivos acionadores dos contatos:As aes responsveis pela atuao dos contatos eltricos so provenientes de dispositivos acionadores (tambm conhecidos como "dispositivos auxiliares para comando") os quais dividimos essencialmente em dois tipos: Dispositivos auxiliares para comando manual (provocado) e Dispositivos auxiliares para comando automtico. Os dispositivos acionadores so construdos para muitos tipos de aplicaes diferentes, possuindo por isso, formatos e modos de operao variados.

Dispositivos auxiliares para comando provocado:Geralmente recebem ao manual para seu acionamento, por exemplo: interruptores, comutadores e botes. Os interruptores so os aparelhos de comutao mais utilizados nas instalaes eltricas interiores (para controle de iluminao). Esses aparelhos conservam a posio adquirida quando se deixa de agir sobre eles, apresentam portanto, dois estados estveis.

Contato eltrico (NA)

Bornes de ligao Acionador tipo TECLA Interruptor acionado com Tecla

5

Automao e Controle

Os comutadores, assim como os interruptores, acionam contatos eltricos porm, estes dispositivos podem conter mais de um contato de tipos diferentes (NA e NF). Alm disso, tambm podem assumir vrias posies estveis ou contar com mecanismo de retorno automtico posio original. Estes dispositivos podem ter acionadores do tipo manopla curta, manopla longa ou com chave.

Exemplo de um comutador (com manopla longa) de 3 posies: 0 1 2 1 0 2

Vista lateral

Vista frontal

Smbolo

Os botes, por sua vez, quanto ao tipo de aplicao, podem ter seus sistemas de acionamento embutidos no corpo (evitando acionamentos involuntrios) ou externos (tipo pedal ou soco, proporcionando grande rapidez de manobra), os quais so utilizados, principalmente, em comandos no p ou para desligamento das instalaes em casos de emergncia. Os botes podem ser classificados em dois tipos bsicos: Boto de impulso (mais conhecido como boto pulsador): Possui apenas uma posio estvel, isto , quando se deixa de agir sobre ele a fora de uma mola provoca seu retorno a posio original (de repouso). Boto de contato mantido (mais conhecido como boto liga/desliga) possui duas posies estveis, ou seja, alterna os estados de seus contatos a cada acionamento realizado.

6

Automao e Controle

Dispositivos auxiliares para comando automtico:Estes dispositivos so rgos de deteco de informaes, em funo da ao de um operador, da variao de uma grandeza fsica ou da posio de um mvel, como por exemplo, chaves de fim de curso. As chaves de fim de curso (ou LIMIT SWTCHES) encontram-se dentre os dispositivos "mecnicos" auxiliares para comando automtico mais encontrados em mquinas e processos. Estes dispositivos possuem muitas variaes de formas construtivas e de especificaes, tais como: Fabricante; Tamanho; Caractersticas eltricas (faixa de tenso, faixa de corrente, resistncia de isolamento, arranjo dos contatos, tipo de terminais, ...); Caractersticas mecnicas (resistncia a vibrao, posio de trabalho, tipo de atuador,...),etc.

Atuador Cabea

Tampa

Corpo

Limit Switch

7

Automao e Controle

Os limit switches compem-se basicamente de: corpo (que contm os contatos, geralmente 1NA + 1NF) e cabea ou cabeote (que suporta o sistema atuador). O atuador a parte responsvel pelo contato com a superfcie que acionar o limit switch. Existe um atuador especfico para cada tipo de superfcie de contato e, normalmente, permitida a troca do mecanismo atuador aproveitando-se o corpo. Exemplos de atuadores para limit switches:

Tipo comando por roldana com atuao bidirecional com uma posio estvel.

Tipo alavanca com roldana com atuao unidirecional, com uma posio estvel.

Tipo lira com atuao bidirecional e duas posies estveis (memria do sentido do deslocamento).

Tipo haste ou vareta (rgida ou flexvel) com atuao unidirecional ou bidirecional, com uma posio estvel.

Tipo comando esfrico com uma posio estvel.

Smbolos:Os dispositivos de comando so representados nos diagramas eltricos atravs de smbolos grficos que definem os tipos de acionadores, de contatos utilizados, assim como, o estado inicial do dispositivo. Como por exemplo:

Boto pulsador (com 1NA + 1NF)

Chave de fim de curso desacionada no repouso (com 1NA + 1NF)

Chave de fim de curso acionada no repouso (com 1NA + 1NF)

8

Automao e Controle

Os contatos eltricos tambm podem pertencer a dispositivos de comando eletromecnicos como Rels e Contatores. Vejamos, ento, algumas caractersticas destes dispositivos. Os rels so interruptores com comando por eletrom a distncia. Possuem uma bobina que quando energizada, cria um campo magntico provocando o acionamento de seus contatos que podem formar a lgica de controle de um sistema ou serem utilizados para acionamento de pequenas cargas.

Comum NF NA Terminais da bobinaa

Mola

a

NA

NF

Ncleob

b

C

Esquema funcional

Smbolo grfico:

Principais partes de um rel: Contato Suporte mvel

Terminal do contato

Terminal da bobina Caixa Bobina Espira de Frager Mola recuperadora

Circuito magntico

9

Automao e Controle

A caixa o invlucro do rel, moldada em plstico endurecido pelo calor. D suporte a todos os componentes e possibilita a fixao do rel diretamente ao fundo de painis, a perfis ou suportes. A bobina um condutor de cobre eletroltico estirado, isolado com verniz ou esmalte sinttico, e bobinado num carretel isolante de matria plstica. Tem como funo produzir o campo magntico necessrio a atrao do circuito magntico mvel. O circuito magntico composto por chapas de ao-silcio ligadas entre si atravs de rebites para diminuir as perdas por correntes de Foucault. O circuito magntico compe-se de 3 braos com um entreferro mediano. Constitui, com a bobina, o eletrom que o rgo motor do rel. Possui dois anis de defasagem (espiras de Frager) que garantem um funcionamento silencioso eliminando as vibraes.

Smbolo grfico:

Os contatores, tambm chamados de chaves contatoras, diferenciam-se dos rels principalmente por possurem trs contatos especiais (chamados de contatos de potncia ou principais) alm dos contatos comuns (chamados de contatos de comando ou auxiliares). Seus contatos principais (sempre do tipo NA) possuem um poder de corte importante, devido a forma, a disposio e a presena de um dispositivo eficaz de corte do arco voltaico, permitindo geralmente o corte de intensidades muito superiores intensidade nominal. Destinam-se a partida de motores, circuitos de iluminao importantes, etc. utilizando uma potncia de controle muito pequena.

Smbolo grfico:

10

Automao e Controle

Identificao dos terminais: Os terminais da bobina geralmente trazem as marcaes: "a e b" ou "A1 e A2" sendo, a ou A1 no terminal superior e b ou A2 no terminal inferior. Os terminais dos contatos principais trazem as marcaes: "1 e 2, 3 e 4, 5 e 6" sendo, 1,3,5 nos terminais superiores e 2,4,6 nos terminais inferiores. Os terminais dos contatos auxiliares trazem marcaes compostas por dois dgitos sendo que, o primeiro dgito indica a posio do contato e o segundo indica o tipo do contato. Marcao com final 1,2 = contato NF Marcao com final 3,4 = contato NA a Exemplo: b 2 4 6 14 22 1 3 5 13 21

Automao EletromecnicaAntes da utilizao de CLPs para o controle de mquinas e sistemas, vrios destes equipamentos eram inteiramente controlados por circuitos lgicos desenvolvidos a partir de rels. Ainda hoje, possvel encontrar este tipo de controle. Na verdade, quando do desenvolvimento dos CLPs, a linguagem de programao criada era uma imitao, ou simulao, de um diagrama a rel. Sendo assim, importante conhecer este tipo de controle e seu diagrama de funcionamento. Os diagramas eltricos tm por finalidade representar claramente os circuitos eltricos sob vrios aspectos, de acordo com os objetivos: Funcionamento seqencial dos circuitos. Representao dos elementos, suas funes e as interligaes conforme as normas estabelecidas. Permitir uma viso analtica das partes do conjunto. Permitir a rpida localizao fsica dos elementos

11

Automao e Controle

Tipos de DiagramaDiagrama tradicional ou multifilar completo o que representa o circuito eltrico da forma como realizado. de difcil interpretao e elaborao, quando se trata de circuitos mais complexos, conforme pode ser observado na figura a seguir:

Para a interpretao dos circuitos eltricos, trs aspectos bsicos so importantes, ou seja: Os caminhos da corrente, ou os circuitos que se estabelecem desde o incio at o fim do processo de funcionamento; A funo de cada elemento no conjunto, sua dependncia e interdependncia em relao a outros elementos;

12

Automao e Controle

A localizao fsica dos elementos.

Em razo das dificuldades apresentadas pelo diagrama tradicional, esses trs aspectos importantes foram separados em duas partes, representadas pelo diagrama funcional e pelo diagrama de execuo ou de disposio.

Diagrama funcional ou de princpioOs caminhos da corrente, os elementos, as funes, a interdependncia e a seqncia funcional so representadas de forma bastante prtica e de fcil compreenso (diagrama funcional), conforme mostrado na figura a seguir :

13

Automao e Controle

CIRCUITOS BSICOSA seguir so mostrados alguns circuitos bsicos de comando e acionamento eltrico.

Circuito de RetenoNos circuitos da figura a seguir, apertando-se a botoeira b1, a bobina do contator d energizada, fazendo fechar os contatos de reteno d como tambm o contato d para a lmpada e esta se acende. Liberando-se a botoeira b1, a bobina mantm-se energizada, e a lmpada h permanece acesa. Quando se apertar a botoeira b0, a bobina ser desenergizada, fazendo abrir os contatos de reteno para a lmpada h, e esta se apaga. Libera-se b0, a lmpada permanece apagada e o circuito volta condio inicial.

Circuito de IntertravamentoNos circuitos ilustrados na figura seguinte, apertando-se a botoeira b12 (ou b13), a bobina do contator d1 (ou d2) energizada, impossibilitando a energizao da outra, e no deixando energizar as duas ao mesmo tempo, porque esto intertravadas.

14

Automao e Controle

Quando se apertar as duas botoeiras b12 e depois b13, no circuito da figura (a), que tem intertravamento mecnico, com os contatos normalmente fechados das botoeiras conjugadas, as lmpadas no se acendem, e, no circuito da figura (b), o intertravamento eltrico com os contatos normalmente fechados dos contatores. Neste caso, a lmpada h12 se acende e h13 no se acende.

Circuito Temporizado - Liga retardadoNo circuito a seguir, quando a chave seccionadora a acionada, a lmpada h se acende depois de um certo tempo t, ajustado no temporizador d. Liberando-se a chave a, a lmpada h se apaga no mesmo instante. O circuito da figura (b) tem a mesma funo do anterior, sendo que o acionamento por botoeiras. Os diagramas de tempo so mostrados para cada circuito, respectivamente.

Circuito Temporizado - Ao temporizadaNo circuito da figura a seguir, quando a chave seccionadora a acionada, a lmpada h se acende no mesmo instante e se mantm acesa durante um certo tempo t, ajustado no temporizador d. O circuito da figura (b) tem a mesma funo do anterior, sendo que o acionamento por botoeiras. Os diagramas de tempo so mostrados para cada circuito, respectivamente.

15

Automao e Controle

Circuito Temporizado - Ao liga-desliga (pisca-pisca)Na figura seguinte (a), quando a chave seccionadora a acionada, a lmpada h se acende no mesmo instante e se mantm acesa durante um certo tempo t1, ajustado no temporizador d1, e se mantm apagada durante um certo tempo t2, ajustado no temporizador d2. A lmpada h se mantm nesses estados, acesa e apagada, at que a chave seccionadora a seja liberada. O circuito da figura (b) tem a mesma funo do anterior, s que o acionamento por botoeiras. Os diagramas de tempo so mostrados para cada circuito, respectivamente.

16

Automao e Controle

Alm dos dispositivos de comandos automticos mecnicos e eletromecnicos, tambm so muito utilizados, principalmente na indstria, os dispositivos eletrnicos sensores.

Sensores IndustriaisEm um processo automtico devem ser sentidas variveis analgicas e digitais, para que, aps o processamento das informaes contidas nessas variveis, o controlador tome decises como : ligar/desligar um motor, acender uma lmpada de alerta, ligar/desligar um sistema de aquecimento, entre outras. O elemento que "sente" o que ocorre no processo, fornecendo informaes sobre o estado da varivel monitorada chamado de sensor. O elemento que executa a tarefa designada pelo controlador chamado de atuador. Para controlar um processo onde feita a manipulao de variveis analgicas e/ou digitais, podem ser utilizados sistemas com CNC e com CLPs.

SensoresDispositivos que mudam seu comportamento sob a ao de uma grandeza fsica, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza. Quando operam diretamente, convertendo uma forma de energia em outra, so chamados de transdutores. Os de operao indireta alteram suas propriedades, como a resistncia, a capacitncia ou a indutncia, sob ao de uma grandeza, de forma mais ou menos proporcional. O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de controle, e nos instrumentos de medio, que freqentemente esto associados aos sistemas de controle de malha aberta (no automticos), orientando o usurio. Portanto, para tal definio, nos referimos queles dispositivos que transformam uma grandeza fsica em uma eltrica, com o mesmo significado de sensores. O diagrama de bloco genrico de um transdutor mostrado na figura abaixo.

17

Automao e Controle

A grandeza eltrica de sada de um transdutor pode ser uma tenso, uma corrente, uma resistncia, etc. Dependendo da natureza da grandeza eltrica de sada, os transdutores so subdivididos em analgicos e digitais: Para uma natureza fsica contnua na entrada, um transdutor analgico faz corresponder uma grandeza eltrica contnua na sada e proporcional grandeza fsica medida, no entanto um transdutor digital faz corresponder uma sucesso de sinais digitais. Resumidamente podemos dizer que os sensores podem ser de dois tipos: Digital : aquele cuja sada assume apenas dois estados, ON / OFF. Analgico : aquele cuja sada varia proporcionalmente a variao fsica percebida pelo sensor. Os sinais eltricos de sada mais comuns so: Corrente 4 a 20 ma Tenso 0 a 10 V

Caractersticas tcnicas dos Sensores (transdutores)1. Linearidade : o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza fsica. Quanto maior, mais fiel a resposta do sensor ao estmulo. Os sensores mais usados so os mais lineares, conferindo maior preciso ao sistema de controle. Os sensores no lineares so usados em faixas limitadas, em que os desvios so aceitveis, ou com adaptadores especiais que corrigem o sinal. 2. Distncia de Comutao (S) : a distncia registrada quando ocorre uma comutao aproximando-se o atuador padro paralelamente face sensvel do sensor. 3. Distncia Normal de Comutao (SN) : a distncia de comutao determinada em condio normais de temperatura e tenso, utilizando o atuador padro. 4. Distncia de Comutao de Trabalho (AS) : a distncia entre o elemento a ser detectado e a face sensvel do sensor, que ir assegurar um acionamento seguro, levando-se em considerao os desvios de temperatura e tenso, bem como vibraes mecnicas que poderiam alterar o posicionamento do elemento a ser detectado. Esta distncia deve ser no mximo 85% da distncia normal de comutao (SN). 5. Distncia de Comutao de Operao : Alm de levar em considerao a distncia de comutao de trabalho (AS), devemos observar em que aplicaes normais na indstria no utilizado o atuador padro na comutao do sensor, sendo assim, devemos considerar o tipo de material de que feito o elemento a ser detectado, o que acarretar num valor menor na distancia de atuao do sensor. 6. Repetibilidade : o percentual de desvio da distncia de comutao entre dois acionamentos consecutivos.

18

Automao e Controle

7. Freqncia de Comutao : o nmero mximo de acionamentos por segundo que um sensor pode responder, sem alteraes ou falhas de pulsos, para a maioria dos sensores de aproximao este valor situa-se em torno de 1KHz.

Sensores Digitais podem apresentar as seguintes sadas :NPNO estgio da sada composto por um transistor NPN, fazendo o chaveamento do plo negativo da carga.

PNPO estgio da sada composto por um transistor PNP, fazendo o chaveamento do plo positivo da carga.

CA a dois fiosO sensor possui apenas dois fios que so ligados em srie com a carga.

Corrente contnua NamurUtilizado em atmosferas potencialmente explosivas, no possuem em sua sada o estgio de amplificador incorporado, transmitindo apenas um sinal de corrente de que deve ser amplificado.

19

Automao e Controle

Tipo de Sensores DigitaisSensores de Contato Fsico (mecnicos)So sensores que necessitam estar em contato com a grandeza a ser monitorada. Por exemplo: chaves fim de curso, chave bia, etc. Tais sensores no so muito confiveis, uma vez que esto sujeitos a desgastes mecnicos, foras de atrao e reao, oxidao, etc. Alm de no manterem constantes o ponto de acionamento e desacionamento.

Sensores de AproximaoSo sensores que detectam o evento ou a grandeza sem que haja necessidade de estar em contato fsico com a mesma, alm do que, so blindados, so a prova de vibrao, ect. Podem ser: Sensores Indutivos So sensores que executam uma comutao eletrnica, quando um objeto metlico entra dentro de um campo eletromagntico de alta freqncia, produzido por um oscilador eletrnico. Sua instalao se d em mquinas ferramentas, mquinas operatrizes, de embalagens, txteis, correias transportadoras e na indstria automobilstica, para resolver problemas gerais de automao. Abaixo visto o esquema construtivo, em blocos, de um sensor indutivo.

Onde: Oscilador: diminui a freqncia de oscilao quando um evento for detectado. Demodulador: converte o sinal do oscilador em nvel de tenso cc. Detector de nvel de disparo: dispara quando o oscilador diminui a freqncia. Amplificador de sada: amplifica o sinal gerado pelo sensor e entrega-o a carga.

20

Automao e Controle

Funcionamento: O oscilador com auxlio de uma bobina, gera um campo magntico de alta freqncia. Este campo direcionado para fora do elemento ativo, formando uma regio de sensibilidade denominada de face sensvel, chamada de distancia de comutao. Quando um corpo metlico esta distante da face sensvel e, dentro da distncia de comutao, este metal amortece a oscilao, provocando a comutao eletrnica, ou seja, faz o sensor mudar de estado. Com a retirada do corpo metlico da distncia de comutao, o oscilador volta a trabalhar normalmente e o sensor volta a seu estado normal. Sensores Capacitivos Assim como os sensores indutivos, os capacitivos tambm podem efetuar um chaveamento eletrnico sem qualquer contato fsico. Estes sensores foram desenvolvidos para atuarem na presena de materiais orgnicos, plsticos, vidro, lquido, alm de metais. Sua aplicao se d em detectores de nvel em tanques, contagem de garrafas ( cheias ou vazias ), contagem de embalagens plsticas, limitadores de carretis, etc. Abaixo visto o esquema construtivo, em blocos, de um sensor indutivo.

Onde: Oscilador: diminui a freqncia de oscilao quando um evento for detectado. Demodulador: converte o sinal do oscilador em nvel de tenso cc. Detetor de nvel de disparo: dispara quando o oscilador diminui a freqncia. Amplificador de sada: amplifica o sinal gerado pelo sensor e entrega-o a carga. Funcionamento: Conforme pode ser notado na figura acima o esquema em blocos de um oscilador capacitivo igual ao do indutivo. A diferena entre eles reside no fato de que no sensor capacitivo o principio de funcionamento est baseado na variao do dieltrico no meio em que o sensor est inserido. Quando nesta regio penetrar algum objeto, este provoca a

21

Automao e Controle

variao do dieltrico e, conseqentemente a variao da freqncia do oscilador. Variao esta que detectada e transformada em um nvel de tenso cc. Com a retirada do objeto da distncia de comutao, o oscilador volta a trabalhar normalmente e o sensor volta ao seu estado normal.

Sensores de LuzAlm de seu uso em fotometria (incluindo analisadores de radiao e qumicos), a parte do sistema de controle de luminosidade, como os rels fotoeltricos de iluminao pblica e sensores indiretos ou de outra grandeza, como velocidade e posio (fim de recurso). LDR O LDR (resistor dependente de luz) tem sua resistncia diminuda ao ser iluminado. composto de um material semicondutor, o sulfeto de cdmio, CdS. A energia luminosa desloca eltrons da camada de valncia para a de conduo (mais longe do ncleo), aumentando o numero destes, diminuindo a resistncia. A resistncia varia de alguns M, no escuro at centenas de , com luz solar direta. Os usos mais comuns do LDR so os rels fotoeltricos, fotmetros e alarmes. Sua desvantagem est na lentido de resposta, que limita sua operao.

Fotodiodo um diodo semicondutor em que a juno est exposta luz. A energia luminosa desloca eltrons para a banda de conduo, reduzindo a barreira de potencial pelo aumento do nmero de eltrons que podem circular. A corrente nos foto-diodos para todas as faixas de comprimentos de onda, do infravermelho ao ultravioleta, dependendo do material. Foto-diodo usado como sensor em controle remoto, em sistemas de fibra tica, leitoras de cdigos de barra, scanner (digitalizador de imagens para computador), canetas ticas (que permitem escrever na tela do computador), toca discos CD, fotmetros e como sensor indireto de posio e velocidade.

22

Automao e Controle

Fototransistor um transistor, cuja juno coletor/ base fica exposta luz e atua como um fotodiodo. O transistor amplifica a corrente, e fornece alguns mA com alta luminosidade. Sua velocidade menor que a do fotodiodo. Suas aplicaes so as do fotodiodo, exceto sistemas de fibra tica, pela operao em alta freqncia.

Sensores pticosSo sensores fabricados segundo a tecnologia da emisso de irradiao infravermelha modulada, sendo divididos em trs sistemas. Independente do sistema que um sensor ptico construdo, ele totalmente imune iluminao ambiente, quer ele seja manual ou artificial, pelo motivo de ser o sensor sintonizado na mesma freqncia de modulao do emissor. Sistema por Barreira (Unidirecionais) Neste sistema o elemento emissor da irradiao infravermelha, alinhado frontalmente a um receptor de infravermelho, a uma distncia pr-determinada e especfica para cada tipo de sensor. Qualquer interrupo desta irradiao, deixar de atingir o receptor, o que ocasionar um chaveamento eletrnico. Sistema por Difuso (Retroreflexivo) Neste sistema os elementos de emisso e recepo infravermelho, esto montados justapostos em um conjunto ptico, direcionados para a face sensvel do sensor. Os raios infravermelhos emitidos refletem sobre a superfcie de um objeto e retornam em direo de um receptor, a uma distncia determinada como distncia de comutao, que provoca o chaveamento eletrnico, desde que o objeto possua uma superfcie no totalmente fosca.

23

Automao e Controle

Sistema por Reflexo Este sistema possui caractersticas semelhantes ao sistema por difuso, diferindo no sistema ptico. Os raios infravermelhos emitidos, somente refletem em um espelho prismtico especial, colocado em uma certa distncia, dentro da distncia de comutao, frontalmente a face sensvel do sensor, e retornam em direo ao receptor, formando uma barreira ptica. A comutao ocorre quando se retira o espelho ou quando interrompe o feixe de raios infravermelho entre o sensor e o espelho com algum objeto de qualquer natureza.

Sensores de VelocidadeEmpregam-se nos controles e medidores de velocidade de motores dentro de mquinas industriais, eletrodomsticos como videocassete e CD, unidades de disquete e winchesters de computadores, na gerao de eletricidade (garantindo a freqncia da CA), entre outros. Tacogerador um pequeno gerador eltrico de CC, com campo fornecido por im permanente. A tenso gerada pela lei de Faraday proporcional velocidade com que o fluxo magntico cortado pelo enrolamento do rotor. Assim, o tacogerador um transdutor mecnico eltrico linear, no qual e tenso de sada dada por: V= Kn onde: K uma constante que depende do campo do im, do nmero de espiras e plos e das dimenses do rotor; n a rotao do eixo ( por minuto, RPM, ou segundo, RPS). A polaridade da tenso gerada depende do sentido da rotao.

Sensores de posio especficaComo vimos, estes indicam a posio atual da pea, num sistema posicionado e pode ser linear ou angular. Potencimetro Quando se aplica uma tenso nos extremos de um potencimetro linear, a tenso entre o extremo inferior e o centro (eixo) proporcional posio linear (potencimetro deslizante) ou angular (rotativo). Nos sistemas de controle usam-se potencimetros especiais, de alta linearidade e dimenses adequadas, de fio metlico em geral, com menor desgaste. Encoders So sensores que determinam a posio atravs de um disco ou trilho marcado, e se dividem em relativos e absolutos.

24

Automao e Controle

Encoder relativo Neste tipo de encoder a posio demarcada por contagem de pulsos transmitidos, acumulados ao longo do tempo. Um encoder tpico gera dois canais de informao denominados de canal A e canal B, alm de um pulso a cada giro completo, que a referncia ou Z. Estes dois canais esto defasados entre si de 90 graus, para que se tenha uma maior preciso na resoluo do sistema. No canal A e B a gerao da quantidade de pulsos por volta, varia de 50 a 5000 pulsos, conforme a aplicao.

Encoder absoluto Nos encoders absolutos, h um cdigo digital gravado no disco ou trilho, lido por um conjunto de sensores pticos (fonte de luz e sensor). O cdigo adotado o de gray, no qual de um nmero para o seguinte s muda em bit, o que facilita a identificao e correo de erros. A demarcao do disco ou trilho feita atravs de furos ou ranhuras, ou por pintura num disco plstico transparente, que podem ser feitos atravs de tcnicas fotolitogrficas, permitindo grande preciso e dimenses micromtricas. A fonte de luz geralmente o LED, e o sensor do fotodiodo ou fototransistor. Estes sensores so muito precisos e prticos em sistemas digitais, e usam-se em robs, mquinas-ferramenta, CNC e outros.

25

Automao e Controle

Lgica Digital Emprego dos Acionadores e Sensores DigitaisOs sistemas lgicos so estudados pela "lgebra de chaveamentos" (um ramo da lgebra moderna), tambm conhecida como "lgebra de Boole", conceituada pelo lgico e matemtico ingls George Boole (1815 - 1864). Boole construiu sua lgica a partir de smbolos, representando as expresses por letras e ligando-as atravs de smbolos algbricos chamados de "conectivos". A investigao de Boole volta-se prioritariamente para o estabelecimento de relaes entre a lgica e a lgebra. Seu projeto exprimir as operaes lgicas valendo-se dos smbolos algbricos. Boole foi, ainda, o primeiro matemtico a afirmar que os nmeros e grandezas no constituem os nicos objetos matemticos. A matemtica pertencem, ainda, entidades de carter geral, denominadas "classes". Este termo pode ser definido como um conjunto de entidades que possuem, pelo menos, uma caracterstica em comum. A lgebra de Boole trabalha com apenas duas grandezas: falso ou verdadeiro. Essas grandezas so representadas pelos smbolos "0" e "1" que definem "estados lgicos". Estado lgico um estado perfeitamente definido, no admitindo dvidas. Assume apenas dois valores distintos, ou seja, "grandezas binrias". 0= falso = aberto = GND = Lo = Off 1 = verdadeiro = fechado = Vcc = Hi = On Vimos anteriormente que os dispositivos acionadores tambm podem assumir dois estados distintos ("atuado" ou "no atuado") e que, em conseqncia disso, os contatos eltricos tambm podem assumir estados diferentes perfeitamente definidos ("aberto" ou "fechado") podendo, ento, ter suas associaes expressas na forma algbrica definida por Boole.

Lgica dos contatos eltricosPara que possamos representar a lgica existente nas associaes entre os contatos eltricos adotaremos o seguinte critrio:

26

Automao e Controle

Contato tipo NA No atuado = Circuito aberto = 0 Atuado = Circuito fechado = 1 Contato tipo NF No atuado = Circuito fechado = 1

Atuado = Circuito aberto = 0 Notamos que nesta conveno o estado lgico est relacionado com o estado eltrico do contato, ou seja, 0=aberto e 1=fechado, no levando em considerao o estado fsico (atuado / no atuado) do dispositivo que o aciona. J que o estado eltrico de um contato pode ser representado por uma varivel binria (0 ou 1) podemos ento identificar os conectivos (elementos lgicos ou funes lgicas) existentes nas associaes destes contatos, e descrev-los de forma algbrica.

Funes lgicasUma funo lgica pode ser expressa de vrias maneiras: 1- Sentena: Os circuitos realizam funes complexas, cuja representao geralmente no bvia. O processo para realizao de uma funo atravs de um circuito comea na sua descrio verbal (descrio do comportamento de suas possveis sadas, em funo das diversas combinaes possveis de seus sinais de entrada), como por exemplo: Para que a sada S de uma funo E de duas entradas assuma o estado lgico 1 (verdadeiro) suas variveis de entrada a e b devem assumir o estado lgico 1 (verdadeiro).

27

Automao e Controle

2- Tabela Verdade: Com a descrio do funcionamento do circuito possvel ento, possvel montar uma tabela verdade, considerando todas as combinaes possveis dos estados das entradas e anotando os resultados na sada, como mostrado a seguir. Tabela verdade da "funo E" de 2 entradas a 0 0 1 1 b 0 1 0 1 S 0 0 0 1

3- Forma algbrica: A partir da tabela verdade produzida possvel chegar expresso Booleana que representa o comportamento do circuito. Este procedimento ser detalhado mais adiante. Na tabela verdade acima, a sada "S" s igual a "1" se as variveis de entrada "a" e "b" forem iguais a "1". Essa lgica pode ser expressa da seguinte maneira: S=a.b , S=axb, S=ab

As expresses Booleanas traduzem a relao existente entre o estado da varivel de sada (receptor) e o estado das variveis de entrada (dispositivos de controle). Na lgebra Booleana a funo OU representada pelo smbolo + (soma) referindo-se a dispositivos ligados em paralelo , enquanto que a funo E representada pelo smbolo . (multiplicao) referindo-se a dispositivos ligados em srie. 4- Forma Simblica: Tendo determinada a expresso algbrica, pode-se, ento, construir o circuito utilizando smbolos grficos. - Blocos lgicos: a b a - Portas lgicas: S & S

&a b

b

S

Diagrama Eltrico

28

Automao e Controle

No diagrama eltrico acima, notamos que a bobina "S" ser acionada somente se os contatos "a" e "b" estiverem fechados, assim, este circuito representa uma funo "E" de duas entradas (S = a . b), assim como, o bloco lgico e a porta lgica apresentados.

Funes lgicas bsicas e derivadasExistem trs funes lgicas bsicas: E (AND), OU (OR) e NO (NOT ou INVERSOR) e mais quatro derivadas destas que so as funes : NO E (NAND), NO OU (NOR), OU EXCLUSIVO (XOR) e a FUNO COINCIDNCIA (NEXOR) tambm conhecida como FUNO IGUALDADE. A seguir, estas funes sero detalhadas e mostradas nas formas algbrica, diagrama eltrico e bloco lgico.

Funo NO (NOT ou INVERSOR)Esta funo inverte o sinal de entrada (executa a NEGAO do sinal de entrada), ou seja, se o sinal de entrada for 0 ela produz uma sada 1, se a entrada for 1 ela produz uma sada 0. Diagrama eltrico Expresso Bloco lgico

Note que o crculo traado ao nvel da sada de uma funo, indica que a funo ou varivel correspondente est complementada, ou seja, o seu estado lgico est invertido. Na forma de expresso algbrica essa complementao representada por uma linha horizontal traada sobre a varivel, e na forma de diagrama eltrico representada pelo contato "r" do rel "R". Duas funes NO , agrupadas em srie anulam-se:

29

Automao e Controle

Funo E (AND)Esta funo combina dois ou mais sinais de entrada de forma equivalente a um circuito em srie, para produzir um nico sinal de sada, ou seja, ela produz uma sada 1, se todos os sinais de entrada forem "1"; caso qualquer um dos sinais de entrada for "0", o sinal de sada produzido ser "0".

Funo OU (OR)Esta funo combina dois ou mais sinais de entrada de forma equivalente a um circuito em paralelo, para produzir um nico sinal de sada, ou seja, ela produz uma sada "1", se qualquer um dos sinais de entrada for igual a "1"; a funo "OU" produzir um sinal de sada igual a "0" apenas se todos os sinais de entrada forem "0".

30

Automao e Controle

Funo NO E (NAND)Esta funo equivalente a uma funo "E" seguida por uma funo "NO", isto , ela produz uma sada que o inverso da sada produzida pela funo "E".

Funo NO OU (NOR)Esta funo equivalente a uma funo "OU" seguida por uma funo "NO", isto , ela produz uma sada que o inverso da sada produzida pela funo "OU".

31

Automao e Controle

Funo OU EXCLUSIVO (XOR)Esta funo compara os bits; ela produz sada "0" quando todos os bits de entrada so iguais e produz sada "1" quando um dos bits de entrada diferente dos demais.

Funo COINCIDNCIAEsta funo equivalente a uma funo "OU EXCLUSIVO" seguida por uma funo "NO", isto , compara os bits produzindo sada "1" quando todas as entradas so iguais e produzindo sada "0" quando pelo menos uma das entradas diferente das demais.

32

Automao e Controle

Automao IndustrialHistrico da Automao IndustrialAutomao no incio da revoluo industrialSincronizao mecnica de mquinas, onde, com apenas um acionador e todo um intrincado sistema mecnico, se conseguia realizar vrias tarefas, como o caso, ainda de hoje, de algumas mquinas. Ex.: Mquinas de Corte e Solda de Plstico - Um s motor para efetuar o avano do produto e as operaes de corte, soldagem e empilhagem do produto. Linha de Montagem, onde vrias mquinas e/ou operadores eram colocados em linha, numa seqncia tal que, a partir de subprodutos se chegasse ao final da linha com um produto acabado. Cada mquina ou processo era desprovido de controles e a interao entre as mquinas era realizada pelos operadores. Nos processos que exigiam controle de grandezas fsicas como temperatura, presso, vazo, etc..., esses controles eram inteiramente manuais, baseados em instrumentos de medio rudimentares. Surgem os indicadores de temperatura, presso, etc..., baseados em princpios fsicos (ex.: dilatao de materiais), permitindo a visualizao das grandezas. O controle continua a ser manual. O passo seguinte foi o surgimento dos instrumentos de controle automtico (pneumticos) que manobravam automaticamente os atuadores, visando manter a grandeza controlada em um valor definido (Set-point).

Segunda Guerra MundialDurante a 2a Guerra a noo de controle de processo foi largamente expandida. Nesta poca foram aprimorados, em nvel de aplicao militar, os controles de servo mecanismos eltricos e hidrulicos. No ps-guerra, os princpios desenvolvidos para os armamentos foram adaptados as aplicaes industriais. A indstria pode contar, ainda, com um grande contingente de mode-obra qualificada para o desenvolvimento e manuteno destes novos equipamentos. As duas grandes divises da Automao Industrial Automao de Manufatura: Segmento representado pelos equipamentos de controle da automao de mquinas, transporte de materiais, etc... (ANIMAO). Controle de Processo: Segmento representado pelos equipamentos de monitorao e controle de grandezas fsicas de um processo.

Anos 50Com a inveno do Transistor, surgem os instrumentos eletrnicos analgicos para o controle de processo, que rapidamente ganham terreno frente aos pneumticos, devido a seu tamanho reduzido e a facilidade de calibrao e transmisso dos sinais.

33

Automao e Controle

Surgem os primeiros Variadores de Velocidade para motores cc, em substituio aos reostatos de controle manual. Lgica de comando das mquinas (comando de motores, cilindros, etc...) feita com dispositivos Eletromecnicos (contatores e reles), conhecida como Lgica a Rels.

Anos 60Surge o conceito de Eletrnica Digital, a princpio com o advento de Portas Lgicas Discretas e tambm os primeiros COMPUTADORES e as primeiras tentativas de utilizao dos mesmos em controle de processo, sem muito sucesso, devido a: custo elevado baixa velocidade de processamento memria de armazenamento de dados limitada linguagens de programao de domnio restrito baixa confiabilidade No fim dos anos 60, com o advento dos CIs, surgem os primeiros Controladores Lgicos Programveis. Vantagens em relao a Lgica Rels : Podiam ser aplicados a diferentes processos e mquinas, ao contrario da lgica rels que eram dedicados a cada processo. Permitiam a alterao dos ciclos de mquina por modificao do programa, sem necessidade de alteraes no cabeamento. Problemas: Custo elevado Baixa confiabilidade

Anos 70 e 80Desenvolvimento dos MICROPROCESSADORES, com possibilidades de aplicao a todos os equipamentos, tanto de Automao de Manufatura, como de Controle de Processo: Desenvolvimento dos Microcomputadores, mais rpidos, menores, mais confiveis e mais baratos. O mesmo aconteceu com os CLPs e Controladores de Processo (Single-Loops e Multi-Loops) Simultaneamente, duas outras reas apresentaram progressos surpreendentes: Comunicao: Com o desenvolvimento de REDES que permitiam a comunicao entre elementos inteligentes, com velocidade de transmisso e segurana cada vez maior. Software: com o desenvolvimento de Linguagens especficas para os profissionais da rea da automao, como o caso da Linguagem LADDER, usada em praticamente todos os CLPs.

34

Automao e Controle

Com a constante reduo do tamanho fsico, aliada ao aumento da capacidade computacional e a reduo dos preos, os equipamentos de automao puderam ser distribudos ao longo das reas de processo, interligados por redes a Estaes de Superviso. A tal estrutura, destinada a rea de Controle de Processo, deu-se o nome de SDCD (Sistema Digital de Controle Distribudo). Os CLPs, que a princpio foram desenvolvidos para substituir painis de rels em automao de mquinas, incorporaram elementos de controle de processo, como entradas e sadas analgicas, entradas para termopares, instrues PID, etc..., tornando-se capazes de atuar tanto em Automao de Manufatura como em Controle de Processo.

Anos 90Com o contnuo avano dos Micro-Chips e a conseqente reduo no tamanho e preo dos equipamentos, bem como aumento da velocidade de tratamento, surgem os MICROCLPs. No que se refere a conectividade, duas grandes linhas esto em desenvolvimento, com possibilidades surpreendentes : Redes de altssima velocidade para ligao entre CLPs e CLPs e Micros corporativos permitindo um grande trfego de informaes ON-LINE. Redes de Campo (Field-Bus), permitindo a ligao entre os CLPs e os diversos elementos de campo ( sensores, inversores, interfaces, eletrovlvulas, etc... ), com um simples par de fios, o que representa uma enorme reduo nos custos de projeto e instalao.

Conceitos BsicosDefinio dos Nveis de AutomaoDe uma forma geral, podemos dividir um sistema de Automao em 4 nveis, a saber : Nvel 0 - Representa o Cho de - fbrica, quer dizer, os equipamentos instalados diretamente nas mquinas ou planta de processo. Exemplos: Motores, Sensores, Acionadores, Painis de Comando, Sinalizaes. Nvel1 - Representa a parte lgica, ligada diretamente a animao e controle das mquinas ou planta de processo. Exemplos: CLP`s e sua programao, Interfaces- Homem-Mquina, Sistemas eletrnicos especficos de controle. Nvel 2 - o nvel de superviso, ou gesto, de um processo. Normalmente no participa diretamente na animao e controle, embora algumas vezes isto acontea. Sua funo

35

Automao e Controle

principal trabalhar na gesto dos dados envidados ou gerados pelo processo. Fisicamente, este nvel constitudo por Microcomputadores ou Computadores de maior porte. Exemplos de funcionalidades N2: Gesto de receitas (parmetros do processo) e envio destas ao N1 Gerao de relatrios de produo, atravs de dados recebidos do N1 Gerao de grficos histricos ou de tendncias de variveis do processo. Gesto de eventos, mensagens de defeitos ou alarmes do processo. Nvel 3 - a interface entre o(s) processo(s) e os Sistemas Corporativos. Exemplos de funcionalidades N3: Gesto de estoque Gesto de produo Traabilidade Controle estatstico do processo Desenho dos Nveis de Automao

Os Controladores Lgicos Programveis ( CLPs )Os CLPs so os principais equipamentos dos atuais sistema de automao, tanto industrial como predial. O CLP um dispositivo de controle lgico, de estado slido, funcionalmente semelhante a um microcomputador, para aplicaes bem definidas. Conforme indica o termo programvel, sua memria pode ser facilmente alterada para atender as evolues das diversas exigncias de controle de um processo.

36

Automao e Controle

Princpio de funcionamento de um CLPConceitos bsicos associados aos CLP`sAs variveis de estado de um processo so transmitidas CPU do CLP atravs dos Pontos de Entrada, que aps submet-las seqncia do programa, atualiza os Pontos de Sada, controlando desta forma os dispositivos a eles conectados. Ponto de Entrada - Todo sinal recebidos pelo CLP, a partir de dispositivos ou componentes externos: Sensores Botes Fins-de-curso Fotoclulas Chave de Comando Termopares, etc... Ponto de Sada - Todo sinal produzido pelo CLP para acionar dispositivos ou componentes externos: Lmpadas Solenides Rels ou Contatores, etc... Start e Stop de Inversores. Programa - a lgica que define como sero atuados os pontos de sada, em funo do estado dos diversos pontos de entrada.

Ciclo de VarreduraUm CLP realiza continuamente um Ciclo de Varredura que consiste em: 1 - Leitura das entradas 2 - Execuo do programa, que consiste em determinar os novos estados das sadas, em funo das entradas e de acordo com a seqncia de instrues. 3 - Atualizao dos estados das sadas

37

Automao e Controle

Linguagens de Programao dos CLP`sOs primeiros CLPs eram programados em linguagens de baixo nvel (Assembler, por exemplo), o que gerava o inconveniente de ter-se que recorrer a profissionais de informtica para program-los. Com o avano da tecnologia de Software, surgiram linguagens especficas visando permitir a programao e compreenso dos programas aos profissionais de Automao. Linguagem de Rels (LADDER) Foi uma das primeiras linguagens especficas para CLPs e , sem dvida, a mais difundida. A principal vocao dos CLPs substituir os sistemas de comando convencionais a rels. Desta forma, foi desenvolvida uma linguagem de progra- mao imitando os diagramas de comando a rels.

Lista de Instrues a representao Termo-a-Termo de uma Equao Lgica. A Lista de Instrues no uma representao grfica, mas a descrio literal do programa.

38

Automao e Controle

Diagrama Lgico a representao grfica das associaes lgicas, utilizando a simbologia de PORTAS LGICAS.

GRAFCET O GRAFCET descreva todo sistema cujas evolues podem ser expressas seqencialmente, quer dizer, todo sistema em que possvel a decomposio em ETAPAS. O GRAFCET uma ferramenta grfica simples, no ambgua e rigorosa. Sua principal qualidade permitir ao pessoal no especializado a compreenso de um processo automatizado. um meio de comunicao entre pessoas de diferentes formaes: produo, manuteno, projeto, etc...

39

Automao e Controle

Noes Bsicas sobre o HardwareOs CLPs da MITSUBISHI esto divididos em duas famlias , sendo: Famlia dos CLPs srie FX e famlia dos CLPs Srie Q (no ser objeto desse curso). Os CLPs da srie FX foram divididos em dois grupos, da seguinte forma:

CLPs no expansveis Linha FX1SCLPs composto de CPU, pontos de entradas e sadas digitais discretas, entradas de alta velocidade, tenso de alimentao da CPU em verso AC 100 a 240V, tenso de alimentao dos pontos de entradas em 24Vcc e 82 132Vac optoacopladas, sadas rel ou transistorizada com tenses de trabalho ate 30Vcc e 250Vac chegando ate 8A.

CLPs expansveis FX1N FX2N- FX2NCCLPs compostos de CPU, pontos de entradas e sadas digitais discretas, entradas de alta velocidade tenso de alimentao da CPU em verso AC 100 a 240V, tenso de alimentao dos pontos de entrada em 24Vcc e 82 a 132Vac optoacopladas, sadas a rel, transistorizada ou triac, com tenses de trabalho podendo chegar 30Vcc e 250Vac com capacidade de at 8A.

Unidade PrincipalE composta por uma CPU, porta de comunicao RS422, fonte de alimentao 24Vcc e pontos de entradas e sadas podendo chegar a 256 pontos I/O.

Mdulo de ExtensoOs mdulos de extenso esto divididos em dois grupos, a seguir: Bloco de extenso Os blocos de extenso esto divididos em dois grupos: Bloco de Extenso I/O So utilizados nas extenses da unidade principal visando aumentar o nmero de pontos de entradas e sadas da aplicao.

40

Automao e Controle

Bloco de Extenso Especiais So mdulos especiais, utilizados para manipulao de dados de entradas ou sadas analgicas, cartas de rede, cartas seriais RS232 ou RS485 multidrop. Esses blocos abrem a possibilidade de comunicao com uma gama ilimitada de equipamentos. Alguns mdulos especiais so montados do lado esquerdo da unidade principal. Unidades de extenso Pode ser utilizada na ampliao de pontos de entradas ou sadas com a vantagem de possuir fonte independente da unidade principal. Exemplo de Configurao possvel

A - Trilho DIN B - Furao para montagem direta na placa de montagem. C - Bloco de terminais de entrada. D/L - Protetor transparente de terminais. E - Led's indicadores de estado das entradas. F - Compartimento do conector para as unidades ou blocos de extenso G - Led's indicadores do estado da CPU. H - Compartimento do conector para dispositivos de programao ou comunicao coma CPU. J - Compartimento dos conectores para bateria de backup e cartucho de memria. K - Bloco de terminais de sadas. M - Trava para trilho DIN. N - Led's indicadores de estado das sadas.

41

Automao e Controle

Definio de Modelos da Srie FX

FX2N 16 M R - ESVariantes de modelos Tecnologia das sadas (Rele , transistor, Triac) Tipo de unidade (Base ou extensao) Nmero de pontos de E/S Tipo do CLP ( FX1S, FX1N, FX2N, etc... )

Ligaes ExternasConexo tipo Fonte ( Source )Na conexo tipo SOURCE o chaveamento ser positivo, onde "0" significar 0V no terminal X e "1" significar 24Vcc no terminal X. Uma conexo do tipo SOURCE pode ser montada utilizando-se a prpria fonte da CPU como tambm uma fonte externa, conforme as figuras a seguir: Utilizando fonte de alimentao interna. Utilizando fonte de alimentao externa.

42

Automao e Controle

Conexo tipo Fonte ( Sink )Na conexo tipo SINK o chaveamento ser negativo, onde "0" significar 24Vcc no terminal X e "1" significar 0V no terminal X. Uma conexo do tipo SINK, assim como a conexo tipo SOURCE pode ser montada utilizando-se a prpria fonte da CPU como tambm uma fonte externa, conforme as figuras a seguir: Utilizando fonte de alimentao interna. Utilizando fonte de alimentao externa.

Conexes dos Dispositivos de SadaOs circuitos de sada podem ser alimentados de acordo com as especificaes de cada CLP. O estado de cada ponto de sada ser indicado atravs de led's. Todos os pontos de sada so isolados eletricamente dos circuitos da CPU. Dependendo do tipo do CLP, trs tipos de dispositivos podero ser utilizados, a seguir:

Sadas a relPodem ser utilizadas de formas variadas, respeitando-se os limites de corrente estabelecidos no equipamento. A vantagem da utilizao de sadas rel est na versatilidade das configuraes e variaes de tenses possveis. Se as informaes de sadas requerem alta velocidade de chaveamento, deve-se tomar cuidados relativos vida til dos rels e do tempo de resposta de comutao. Alguns cuidados devem ser tomados quando da aplicao de cargas indutivas.

43

Automao e Controle

Sadas transistorizadasDiversas configuraes podem ser utilizadas. No oferece a mesma versatilidade de utilizao de tenses variadas e configuraes como as sadas rel. Tem como vantagem a grande velocidade de chaveamento (~0.2ms) e maior vida til, devido ausncia de centelhamento no chaveamento de cargas indutivas. Os mesmos cuidados devero ser tomados quando da utilizao dessas cargas.

44

Automao e Controle

Sadas com triacDiversas configuraes podem ser utilizadas. No oferece a mesma versatilidade de utilizao de tenses variadas e configuraes como as sadas rel. Possui boa velocidade de chaveamento (entre 1 e 10ms), maior tempo de vida til. Os mesmos cuidados devero ser tomados quando da utilizao dessas cargas. Alguns cuidados devem ser tomados quando sadas triac so utilizadas devido corrente de fuga do triac. Cargas de baixa potncia podem ser ativadas por essa corrente. Segue abaixo alguns exemplos de aplicaes com sadas triac:

Software de Progamao GX DeveloperO GX Developer um software para plataforma windows que carinhosamente chamaremos de GX apenas, utilizado para a edio e monitorao, simulao de programas para todas as linhas de CLP`s MITSUBISHI. Sua instalao feita traves de um arquivo Setup como qualquer outro programa cujo sua plataforma seja em windows. Possui varias ferramentas bsicas como qualquer outro software como copiar e colar, desfazer a ao errada, etc. Permitindo ao usurio uma rpida adaptao e um fcil aprendizado.

45

Automao e Controle

Executando o GXPara comearmos a executar o GX devemos ir ao nosso: Menu INICIAR PROGRAMAS MELSOFT Application GX Developer Como nos mostra a figura abaixo. Caminho para o GX

46

Automao e Controle

Feito essas operaes nosso software abrir com a seguinte tela

A partir da rea de trabalho encontraremos com os seguintes campos: Project Funes relativas aos nossos projetos: abrir, salvar, etc. View Seleciona os atalhos a serem mostrados na rea de edio. On Line Funes de comunicao com a CPU. Diagnostics Funes para diagnsticos de erro na CPU, Rede, etc. Tools Ferramentas para a programao. Help Menu de ajuda incluindo as memrias e registradores especiais.

Menu das funes do GXApartir de agora estudaremos as funes bsicas para o desenvolvimento de software aplicativos em nossos controladores.

Criando Novo ProjetoPara criar um novo projeto basta seguir os seguintes passos: No Menu de funo Project selecione New preject ou pressione as teclas Ctrl + N Selecione o Tipo de CPU famlia de controlador [ PLC Series ] Selecione a CPU [ PLC types ] 47

Automao e Controle

Tipo de programao [ Program type ] E se desejar coloque agora o Nome [Project name] e o titulo do projeto [Title].

Abrindo um projeto existenteNo Menu de funo Project selecione Open preject ou pressione as teclas Ctrl + O Selecione o projeto a ser aberto E pressione [ Open ]

48

Automao e Controle

Salvando um projetoPara efetuar a salvaguarda no diretrio de trabalho de um novo programa: No Menu de funo Project selecione Save ou pressione as teclas Ctrl + S Aparecer um indicador de que o programa est sendo salvo Caso o programa no tenha nome, ser necessrio dar um nome ao mesmo

49

Automao e Controle

Dando Nome a um novo ProjetoCaso no tenha dado nome ao projeto quando foi criado voc tem a opo de dar nome ao mesmo: No Menu de funo Project selecione Save as... Digite o nome e o titulo no lugar indicado e pressione [ save ]

50

Automao e Controle

Imprimindo um ProjetoPara imprimir o programa editado, lista de instrues, comentrio, etc. No Menu de funo Project selecione Print ou pressione as teclas Ctrl + P Selecione a parte do projeto a ser impressa e pressione [print ]

51

Automao e Controle

Fechando o GXNo Menu de funo Project selecione Exit GX Developer

Editando um ProgramaEm primeiro lugar devemos entrar em modo de edio No Menu de funo Edit Selecione write mode ou pressione F2

52

Automao e Controle

Editando um ContatoPara editar um contato aberto ou fechado selecione nos botes na barra de atalho ou pressione as teclas: F5 contato aberto Shift + F5 contato paralelo aberto F6 contato fechado Shift +F6 contato paralelo fechado. Aps pressionar as teclas descritas acima aparecer a um caixa de dialogo onde colocaremos o endereo do nosso contato que pode ser [ X, Y, M, etc...].

53

Automao e Controle

Editando uma Funo BobinaPara editar uma funo bobina selecione o atalho na barra ou pressione a teclas F7. Abrir uma caixa de texto pedindo o endereo e este pode ser Y,M,S,T,C.

54

Automao e Controle

Editando FunesPara colocarmos uma funo em nosso programa podemos fazer de 2 maneiras: Clicando no atalho na barras de atalho Ou escrevendo diretamente no local a ser inserida Das duas formas abrir caixa onde deveremos escrever as funes e suas partes. Como veremos no exemplo a seguir

Na caixa de dialogo digite o endereo

55

Automao e Controle

Converso do ProgramaAps toda a edio do programa devemos converter do modo de edio para o modo leitura onde faremos, transferncias, monitoraes, testes, etc... E para isto devemos seguir estes passos: Menu edit Pressione Read mode Ou pressione F4

Funes de Transferncia e MonitoraoEscrevendo Programa na CPU Para escrever o programa que aprendemos de editar siga estes passos: No Menu de funes clique em On line Pressione Write to PLC

56

Automao e Controle

Lendo um Programa na CPU Para Ler o programa que j est na CPU seguiremos estes passos: No Menu de funes clique em On line Pressione Read to PLC

57

Automao e Controle

Monitorando o Programa e a CPUPara entrar no modo de monitorao do programa que est na CPU. No Menu de funes clique em On line Monitor Monitor Mode ou F3

Para sair do modo de monitorao No Menu de funes clique em On line Monitor Stop Monitor ou Alt + F3

58

Automao e Controle

Base de dados dos CLP`s da Famlia FXA memria de um CLP normalmente dividida em duas reas: Base de Dados (ou Tabela Imagem). rea de programa do usurio. A Base de Dados contem todos os ELEMENTOS DE MEMRIA que podem ser utilizados nos programas, enquanto que a rea de Programa contem a lgica de funcionamento do sistema a ser controlado (programa). Os Elementos de Memria da Base de Dados podem, por sua vez, ser divididos em duas grandes categorias: Elementos de Memria tipo BIT. Elementos de Memria tipo PALAVRA. Os Elementos de Memria tipo BIT so utilizados para tratar informaes do tipo Tudo ou Nada (Ex. - Estado de um Fim-de-curso, comando de um contator, estado de um flaginterno, etc...), enquanto os ELEMENTOS DE MEMRIA tipo PALAVRA tratam informaes numricas (Ex. - valor de temperatura , referncia de velocidade , tempo decorrido , contagem de um evento , etc... ).

59

Automao e Controle

Elementos de Memria tipo BITOs CLP`s MITSUBISHI FAMLIA FX, possuem os seguintes Elementos de Memria tipo BIT : Memria tipo X - Imagem das Entradas. Memria tipo Y - Imagem das Sadas. Memria tipo M - Memrias auxiliares, ou flags. Memria tipo S - Elementos especiais para programao STL (Grafcet) Elementos de Memria tipo X Os sinais de entrada dos CLP`s, aps serem tratados pelo Hardware do processador, tem seus valores (0 ou 1 ) armazenados na memria deste, nos elementos de memria tipo X. Podemos ento dizer que os elementos tipo X so a representao, em tempo real, do estado fsico das entradas. O estado destes elementos so, normalmente, analisados pelo programa do usurio atravs das instrues Contato Aberto ( --] [-- ) , ou Contato Fechado ( --]/[-- ). O endereo destes elementos representado em Base OCTAL, ou seja, X0 X7, X10 X17, X20 X27, .... , at um mximo de 128 elementos. Elementos de Memria do tipo Y Estes elementos so utilizados pelo programa para armazenar os estados desejados das sadas do CLP, a cada instante. Aps serem tratados pelo Hardware do processador, o estado destes elementos (0 ou 1 ) definiro o estado fsico das sadas ( Ex. - rel de sada aberto ou fechado ). Estes elementos so, normalmente, manipulados pelo programa do usurio atravs das instrues Bobina Normal (--( )-- ), ou Rel Memria ( --[ SET ]-- , --[ RST ]-- ). O endereo destes elementos representado em BASE OCTAL, ou seja, Y0 Y7, Y10 Y17, Y20 Y27, .... , at um mximo de 128 elementos. Elementos de Memria tipo M So os Rels internos de uso geral, que podem ser comparados aos Rels Auxiliares utilizados nos circuitos de telecomando convencionais rels. Sendo elementos de uso interno ao programa do usurio, no recebem diretamente informaes sobre o estado das entradas fsicas, nem acionam diretamente as sadas fsicas do CLP. O endereamento deste elemento representado em BASE DECIMAL, sendo que a quantidade mxima de elementos depende do tipo de CLP empregado.

60

Automao e Controle

Estes elementos so divididos em trs categorias: No backupeados (ou no retentivos), ou de uso geral - As informaes memorizadas nestes elementos so perdidas quando o CLP deixa de ser alimentado, ou quando sai do modo RUN, ou seja, todos os valores memorizados so colocados a ZERO. Backupeados (ou retentivos) - As informaes memorizadas so salvaguardadas por bateria, guardando o ltimo estado, mesmo se a alimentao for cortada, ou se o CLP sair do modo RUN. Especiais - So Flags com informaes diversas, geridas diretamente pelo CLP, independente do programa do usurio, ou para o uso especfico de algumas instrues avanadas. Elementos de Memria tipo S So elementos similares aos do tipo M, utilizados para a programao STL ( Grafcet ). No sero objetos deste curso. Elementos de Memria tipo Palavra Os CLP`s MITSUBISHI FAMLIA FX, possuem os seguintes Elementos de Memria tipo S Memria tipo D - Registros de uso geral. Memria tipo K e H - Constantes. Memria tipo T - Temporizadores. Memria tipo C - Contadores. Elementos de Memria tipo D Estes elementos so utilizados na manipulao de valores decimais inteiros. Cada registro do tipo D representa uma PALAVRA de 16 BITS da Tabela de Dados do CLP, podendo armazenar valores entre -32.768 e +32.767. Apesar disso, algumas instrues de programa permitem a manipulao de valores utilizando 32 BITS, ou seja, trabalhando com dois registros tipo D para manipular e armazenar estes valores, conseguindo assim trabalhar com valores entre -2.147.483.648 e +2.147.483.647. TRABALHO EM 16 BITS D0

BIT DE SINAL - SE = 0 , VALOR POSITIVO

61

Automao e Controle

TRABALHO EM 32 BITS D1 D0

BIT DE SINAL - SE = 0 , VALOR POSITIVO

O endereamento destes elementos representado em BASE DECIMAL, sendo que a quantidade mxima de elementos depende do tipo de CLP empregado. Assim como os elementos tipo M, os elementos tipo D so divididos em trs categorias: No retentivos, ou de uso geral - As informaes memorizadas nestes elementos so perdidas quando o CLP deixa de ser alimentado, ou quando sai do modo RUN, ou seja, todos os valores memorizados so colocados a ZERO. Retentivos - As informaes memorizadas so salvaguardadas por bateria, guardando o ltimo estado, mesmo se a alimentao for cortada, ou se o CLP sair do modo RUN. Especiais - So registros com informaes diversas, geridas diretamente pelo CLP, independente do programa do usurio, ou para o uso especfico de algumas instrues avanadas. Elementos de Memria tipo K e H So elementos utilizados para a representao de valores constantes. Pode-se utilizar tanto Constantes Decimais (tipo K), como Constantes Hexadecimais ( tipo H ). O emprego destas constantes bastante amplo. Podemos citar: determinao da pr-seleo de temporizadores e contadores. determinao do nmero de elementos a serem manipulados por vrias instrues. valores constantes em clculos, utilizando instrues aritmticas.

62

Automao e Controle

Elementos de Memria tipo T So os TEMPORIZADORES. Os temporizadores, em funo do tipo de CPU utilizada, so divididos em 5 categorias, dependendo da Base de Tempo utilizada e de serem, ou no, retentivos. No retentivos No retentivos No retentivos Retentivos Retentivos Base de tempo de 100 mseg Base de tempo de 10 mseg Base de tempo de 1 mseg Base de tempo de 100 mseg Base de tempo de 1 mseg

Estes elementos so, normalmente, manipulados pelo programa do usurio atravs das instrues Bobina Normal ( --( )-- ) e das instrues Contato Aberto ( --] [-- ) , ou Contato Fechado ( --]/[-- ). O tempo decorrido entre a ativao da bobina do temporizador e a atuao de seus contatos depende da Base de Tempo do temporizador e da pr-seleo do mesmo (indicada atravs do uso de uma constante K ou H ). A figura a seguir ilustra o funcionamento de um temporizador no retentivo, com base de tempo de 100 mseg : X2 T15 T15 ( K50 )

(

Y6

)

3 seg.1

5 seg.

X2

0

T15 tempo decorrido Y6 63

1 0

Automao e Controle

Os temporizadores retentivos, alm das instrues BOBINA e CONTATOS, necessitam de uma instruo RESET ( --[ RST ]-- ) para zerar sua contagem, visto que o valor da contagem permanece memorizado, mesmo aps a desativao de sua bobina. A figura a seguir ilustra o funcionamento de um temporizador retentivo, com base de tempo de 1 mseg:

X4

K7000

( T246)T246

(X5

Y3

)

[ RST

T246 ]

5 seg.1

2 seg.

X4

0

T246 tempo decorrido Y3

1 0

1

X5

0

64

Automao e Controle

Elementos de Memria tipo C So os CONTADORES. Os contadores, em funo do tipo de CPU utilizada, so divididos em 5 categorias, dependendo do nmero de Bits, da velocidade de contagem e de serem, ou no, retentivos. Unidirecionais, 16 Bits, no retentivos. Unidirecionais, 16 Bits, retentivos. Bidirecionais, 32 Bits, no retentivos. Bidirecionais, 32 Bits, retentivos. Contadores de alta velocidade. Estes elementos so, normalmente, manipulados pelo programa do usurio atravs das instrues BOBINA NORMAL (--( )-- ) e das instrues CONTATO ABERTO ( --] [-- ) , ou CONTATO FECHADO ( --]/[-- ), alm de instrues RESET ( --[ RST ]-- ) para zerar sua contagem. Nos contadores Unidirecionais, o valor da contagem corrente incrementado a cada vez que a bobina do contador passa da condio DESATUADA para ATUADA. Quando a contagem atinge o valor Pr-selecionado do contador (representado por um elemento K ou H), todos os contatos deste contador trocam de estado. A figura a seguir ilustra o funcionamento de um contador unidirecional: X2

(C11

K8 C11 ) Y6 C11

(X31

) ]

[

RST

X2

0 7 6 5 4 2 3 1 8

C11 contagem Y6

1 0

1

X3

0

65

Automao e Controle

Nos contadores Bidirecionais, o valor da contagem corrente tambm incrementado a cada vez que a bobina do contador passa da condio DESATUADA para ATUADA. Entretanto, em funo do estado de uma memria especial (M8200 a M8234 ), a contagem pode ser decrementada. A figura a seguir ilustra o funcionamento de um contador bidirecional: X0 K6

( C210)C210

(X3

Y2

)

[ RSTX5

C210 ]

( M8210 )

1

X0

0 7 4 5 6

6

5

4

1

2

3

C210 contagem Y2

1 0

X31

1 0

X5 M8210

0

66

Automao e Controle

Os contadores retentivos tem o mesmo funcionamento dos no retentivos. Entretanto, o valor de contagem backupeado, isto , o valor salvaguardado por bateria. Desta forma, mesmo se o CLP perde sua alimentao, ou sai do modo RUN, o valor memorizado. Quando o CLP retorna ao modo RUN, a contagem ser retomada do ponto onde foi interrompida. Os contadores rpidos no sero objeto deste curso. Elementos de Memrias Especiais Os CLP`s FAMLIA FX, possuem ainda outros Elementos de Memria para determinadas operaes especficas : Memria tipo I - Sinalizadores de INTERRUPO. Memria tipo P - Apontadores para INSTRUES DE SALTO. Memria tipo V e Z - Elementos de INDEXAO. Estes elementos no sero objeto deste curso.

Conjunto de Instrues BsicasExamina Bit a 1Smbolo ???? X10 M121

Operandos - X, Y, M, S, T e C

Exemplos :

Funcionamento: Durante sua varredura, ao examinar esta instruo, o CLP verifica se o BIT especificado pela instruo esta 1 na memria. Se estiver, o CLP considera a instruo VERDADEIRA, que na analogia do diagrama de rels equivale a CONTINUIDADE da linha.

Examina Bit a 0Smbolo ???? Y21 T8

Operandos - X, Y, M, S, T e C

Exemplos :

Funcionamento - Durante sua varredura ao examinar esta instruo, o CLP verifica se o BIT especificado pela instruo esta 0 na memria. Se estiver, o CLP considera a instruo verdadeira, que na analogia do diagrama de rels equivale a continuidade

67

Automao e Controle

da linha. Se o BIT estiver 1, a instruo simular um contato aberto, no dando, portanto, continuidade a linha.

Instruo BobinaSmbolo ???? ( ??? ) Exemplos : Y7 ( ??? ) K300 ( T5 )

Operandos - Y, M, S, T e C

Funcionamento para Y, M e S - A ativao ou no ativao desta instruo depende da anlise de todas as condies precedentes da linha que alimenta a instruo. Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o BIT especificado pela instruo ser colocado 1 na memria do CLP. Caso contrrio, o BIT ser colocado a 0. Funcionamento para T - Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o Temporizador especificado pela instruo iniciar sua contagem. Quando o tempo decorrido atingir o valor pr-selecionado, todos os contatos (abertos ou fechados ) associados ao endereo de memria do temporizador trocaro de estado. Funcionamento para C - A cada vez que o conjunto das condies da linha passarem da condio FALSO para VERDADEIRO, o Contador especificado pela instruo incrementar de uma unidade sua contagem . Quando a contagem atingir o valor prselecionado, todos os contatos (abertos ou fechados ) associados ao endereo de memria do contador trocaro de estado.

Instrues de Set e ResetSmbolo Operandos -

[ SET ??? ]SET - Y, M, S

[ RST ??? ]RESET - Y, M, S, D, T, C, V, Z

Exemplos :

[ SET Y4 ]

[ SET M35 ]

[ RST Y6 ]

[ RST D13 ]

68

Automao e Controle

Funcionamento para SET - Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o BIT especificado pela instruo ser colocado a 1 na memria do CLP. O mesmo permanecer a 1 , mesmo aps a desativao da instruo, s retornando 0 pelo uso da instruo RESET. Funcionamento para RESET - Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o BIT, ou PALAVRA, especificado pela instruo ser colocado a 0 na memria do CLP. X1

[X3

SET

Y11

]

[1

RST

Y11

]

X1

0

1

Y11

0

1

X3

0

Instrues PLS e PLFSmbolo -

[ PLS ??? ]

[ PLF ??? ]

Operandos - Y, M Exemplos :

[ PLS Y2 ]

[ PLF M15 ]

69

Automao e Controle

Funcionamento para PLS - Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o BIT especificado pela instruo ser colocado a 1 na memria do CLP, durante um ciclo de varredura. Mesmo se a instruo permanecer ativada, o BIT voltar 0 na varredura seguinte. Funcionamento para PLF - Quando uma ou mais condies da linha DEIXAM DE DAR CONTINUIDADE a mesma, o BIT especificado pela instruo ser colocado a 1 na memria do CLP, durante um ciclo de varredura, voltando a 0 na varredura seguinte. X1

[X2

PLS

M10

] ]

[

PLF

M11

1

X1

0

1 Varredura M101 0

1

X2

0

1 Varredura1

M11

0

70

Automao e Controle

Instruo MoveSmbolo -

[ MOV Pal.1

Pal.2 ]

Operandos - Palavra FONTE ( Pal.1 ) - K, H, KnX, KnY, KnM, KnS, T, C, D, V, Z. Palavra DESTINO ( Pal.2 ) - KnY, KnM, KnS, T, C, D, V, Z. Exemplos :

[ MOV D10 D11 ]

[ MOV C20 D14 ]

Funcionamento - Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o valor armazenado na PRIMEIRA PALAVRA copiado para a SEGUNDA PALAVRA.

Instruo de ComparaoSmbolo -

[ CMP Pal.1

Pal.2

Bit ]

Operandos - Palavras 1 e 2 ( Pal.1 , Pal.2 ) - K, H, KnX, KnY, KnM, KnS, T, C, D, V, Z. BIT - Y, M, S. Exemplo :

[ CMP K50 T10 M10 ]

Funcionamento - Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o valor armazenado na PRIMEIRA PALAVRA comparado com o da SEGUNDA PALAVRA. O resultado da comparao ser indicado pelo estado de TRS BITS consecutivos, cujo primeiro est declarado na instruo. No caso do exemplo acima, teramos : M10 = 1 se T10 < K50 M11 = 1 se T10 = K50 M12 = 1 se T10 > K50

Instruo de Zona de ComparaoSmbolo -

[ ZCP Pal.1 Pal.2 Pal.3 Bit ]

Operandos - Palavras ( Pal.1 , Pal.2 , Pal.3 ) - K, H, KnX, KnY, KnM, KnS, T, C, D, V e Z. BIT - Y, M, S. Exemplo :

[ ZCP K50 K100 T10 M10 ]

71

Automao e Controle

Funcionamento - Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o valor armazenado na PRIMEIRA PALAVRA comparado com o da SEGUNDA PALAVRA. O resultado da comparao, que na verdade uma zona de comparao ser indicado pelo estado de TRS BITS consecutivos, cujo primeiro est declarado na instruo. No caso do exemplo acima, teramos: M10 = 1 se o valor de T10 estiver abaixo de K50 M11 = 1 se o valor de T10 estiver entre K50 a K100 M12 = 1 se o valor de T10 estiver acima de K100

Comparao em LinhaSmbolos

[ LD Operao | Pal. 1 | Pal.2 ]

Operandos - Palavras ( Pal.1 , Pal.2 ) - K, H, KnX, KnY, KnM, KnS, T, C, D, V e Z. Operaes: == ; >= ; ; K10 C1 ]

Funcionamento - Caso todas as condies dem CONTINUIDADE a linha, o valor armazenado na PRIMEIRA PALAVRA comparado com o da SEGUNDA PALAVRA respeitando o sinal dab Operao. Se o resultado for verdadeiro o programa dar continuidade

72

Automao e Controle

Sensores AnalgicosDispositivos que mudam seu comportamento sob a ao de uma grandeza fsica, convertendo a forma de energia detectada em um sinal eltrico padro que transmitido para um dispositivo de controle e ou monitorao. Esse tipo de transmisso feita utilizando sinais eltricos de corrente ou tenso. Face a tecnologia disponvel no mercado em relao a fabricao de instrumentos eletrnicos microprocessados, hoje, esse tipo de transmisso largamente usado em todas as indstrias, onde no ocorre risco de exploso. Assim como na transmisso pneumtica, o sinal linearmente modulado em uma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mnimo e mximo de uma varivel de um processo qualquer. Como padro para transmisso a longas distncias so utilizados sinais em corrente contnua variando de (4 a 20 mA) e para distncias at 15 metros aproximadamente, tambm utilizase sinais em tenso contnua de 1 a 5V e 0 a 10V Vantagens Permite transmisso para longas distncias sem perdas. A alimentao pode ser feita pelos prprios fios que conduzem o sinal de transmisso. No necessita de poucos equipamentos auxiliares. Permite fcil conexo aos computadores. Fcil instalao. Permite de forma mais fcil realizao de operaes matemticas. Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja lido por mais de um instrumento, ligando em srie os instrumentos. Porm, existe um limite quanto soma das resistncias internas destes instrumentos, que no deve ultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor. Desvantagens Necessita de tcnico especializado para sua instalao e manuteno. Exige utilizao de instrumentos e cuidados especiais em instalaes localizadas em reas de riscos. Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de sinais. Os cabos de sinal devem ser protegidos contra rudos eltricos.

73

Automao e Controle

Medio de TemperaturaMedio de temperatura com TermoparUm termopar consiste de dois condutores metlicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogneas. Os fios so soldados em um extremo ao qual se d o nome de junta quente ou junta de medio. A outra extremidade dos fios levada ao instrumento de medio de f.e.m. (fora eletromotriz), fechando um circuito eltrico por onde flui a corrente. O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medio chamado de junta fria ou de referncia.

O aquecimento da juno de dois metais gera o aparecimento de uma f.e.m.. Este princpio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizao de termopares para a medio de temperatura. Nas aplicaes prticas o termopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima . O sinal de f.e.m. gerado pelo gradiente de temperatura ( T ) existente entre as juntas quente e fria, ser de um modo geral indicado, registrado ou transmitido.

Efeitos TermoeltricosO fenmeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T.J. Seebeck quando ele notou , que em um circuito fechado formado por dois condutores diferentes A e B, ocorre uma circulao de corrente enquanto existir uma diferena de temperatura T entre as suas extremidades.

74

Automao e Controle

Correlao da F.E.M. em Funo da TemperaturaVisto que a f.e.m. gerada em um termopar depende da composio qumica dos condutores e da diferena de temperatura entre as juntas, isto , a cada grau de variao de temperatura, podemos observar uma variao da f.e.m. gerada pelo termopar, podemos, portanto, construir uma tabela de correlao entre temperatura e a f.e.m., por uma questo prtica padronizou- se o levantamento destas curvas com a junta de referncia temperatura de 0C.

Essas tabelas foram padronizadas por diversas normas internacionais e levantadas de acordo com a Escala Prtica Internacional de Temperatura de 1968 ( IPTS-68 ), recentemente atualizada pela ITS-90, para os termopares mais utilizados. Existem vrias combinaes de 2 metais condutores operando como termopares. Podemos dividir os termopares em trs grupos, a saber: Termopares Bsicos Termopares Nobres Termopares Especiais

Termopares bsicosSo assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios so de custo relativamente baixo e sua aplicao admite um limite de erro maior.

75

Automao e Controle

TipoTNomenclaturas: T - Adotado pela Norma ANSI CC - Adotado pela Norma JIS Cu - Co Cobre - Constantan Liga: ( + ) Cobre - ( 99,9 % ) ( - ) Constantan - So as ligas de Cu-Ni compreendidos no intervalo entre Cu (50%) e Cu ( 65 % ) Ni ( 35 % ). A composio mais utilizada para este tipo de termopar de Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ). Caractersticas: Faixa de utilizao: - 200 C a 370 C F.e.m. produzida: - 5,603 mVMa 19,027 mV Aplicaes: Criometria ( baixas temperaturas ), Indstrias de refrigerao, Pesquisas agronmicas e ambientais, Qumica e Petroqumica.

TipoJNomenclaturas: J - Adotada pela Norma ANSI IC - Adotada pela Norma JIS Fe-Co Ferro - Constantan Liga: ( + ) Ferro - ( 99,5 % ) ( - ) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ), normalmente se produz o ferro a partir de sua caracterstica casa-se o constantan adequado. Caractersticas: Faixa de utilizao: -40 C a 760 C f.e.m. produzida: - 1,960 mV a 42,922 mV Aplicaes: Centrais de energia, Metalrgica, Qumica, Petroqumica, indstrias em geral.

TipoENomenclatura: E - Adotada pela Norma ANSI CE - Adotada pela Norma JIS NiCr-Co Liga: ( + ) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % ) ( - ) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ) Caractersticas: Faixa de utilizao: -200 C a 870 C f.e.m. produzida: - 8,824 mV a 66,473 mV Aplicaes: Qumica e Petroqumica

76

Automao e Controle

TipoKNomenclaturas: K - Adotada pela Norma ANSI CA - Adotada pela Norma JIS Liga: ( + ) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % ) ( - ) Alumel - Ni( 95,4 % ), Mn( 1,8 % ), Si( 1,6 % ), Al( 1,2 % ) Caractersticas: Faixa de utilizao: - 200 C a 1260 C f.e.m. produzida: - 5,891 mV a 50,99 mV Aplicaes: Metalrgicas, Siderrgicas, Fundio, Usina de Cimento e Cal, Vidros, Cermica, Indstrias em geral.

Termopares NobresSo aqueles que os pares so constitudos de platina. Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido baixa potncia termoeltrica, apresentam uma altssima preciso, dada a homogeneidade e pureza dos fios dos termopares.

TipoSNomenclaturas: S - Adotada pela Norma ANSI Pt Rh 10 % - Pt Liga: ( + ) Platina 90% Rhodio 10 % ( - ) Platina 100 % Caractersticas: Faixa de utilizao: 0 C a 1600 C f.e.m. produzida: 0 mV a 16,771 mV Aplicaes: Siderrgica, Fundio, Metalrgica, Usina de Cimento, Cermica, Vidro e Pesquisa Cientfica. Observao: utilizado em sensores descartveis na faixa de 1200 a 1768 C, para medio de metais lquidos em Siderrgicas e Fundies

TipoRNomenclaturas: R - Adotada pela Norma ANSI PtRh 13 % - Pt Liga: ( + ) Platina 87 % Rhodio 13 % ( - ) Platina 100 % Caractersticas: Faixa de utilizao: 0 C a 1600 C f.e.m. produzida: 0 mV a 18,842 mV Aplicaes: As mesmas do tipo S

77

Automao e Controle

TipoBNomenclaturas: B - Adotada pela Norma ANSI PtRh 30 % - PtRh 6 % Liga: ( + ) Platina 70 % Rhodio 30 % ( - ) Platina 94 % Rhodio 6 % Caractersticas: Faixa de utilizao: 600 a 1700 C f.e.m. produzida: 1,791 mV a 12,426 mV Aplicaes: Vidro, Siderrgica, alta temperatura em geral.

Termopares especiaisAo longo dos anos, os tipos de termopares produzidos oferecem, cada qual, uma caracterstica especial porm, apresentam restries de aplicao , que devem ser consideradas. Novos tipos de termopares foram desenvolvidos para atender as condies de processo onde os termopares bsicos no podem ser utilizados.

Tungstnio RhnioEsses termopares podem ser usados continuamente at 2300 C e por curto perodo at 2750 C. Irdio 4 0 % - Rhodio / Irdio Esses termopares podem ser utilizados por perodos limitados at 2000 C. Platina - 4 0% Rhodio / Platina - 2 0 % Rhodio Esses termopares so utilizados em substituio ao tipo B onde temperaturas um pouco mais elevadas so requeridas. Podem ser usados continuamente at 1600 C e por curto perodo at 1800 C ou 1850 C.

Ouro- Ferro / ChromelEsses termopares so desenvolvidos para trabalhar em temperaturas criognicas.

Nicrosil / NisilBasicamente, este novo par termoeltrico um substituto para o par tipo K, apresentando uma fora eletromotriz um pouco menor em relao ao tipo K.

78

Automao e Controle

Medio de Temperatura por TermoresistnciaEsses sensores adquiriram espao nos processos industriais por suas condies de alta estabilidade mecnica e trmica, resistncia a contaminao, baixo ndice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso. Devido a estas caractersticas, esse sensor padro internacional para a medio de temperatura na faixa de -270 C a 660 C. em seu modelo de laboratrio.

Princpio de FuncionamentoOs bulbos de resistncia so sensores que se baseiam no princpio de variao da resistncia em funo da temperatura. Os materiais mais utilizados para a fabricao destes tipos de sensores so a platina, cobre ou nquel, que so metais que apresentam caractersticas de: Alta resistividade, permitindo assim um melhor sensibilidade do sensor. Ter alto coeficiente de variao de resistncia com a temperatura. Ter rigidez e ductilidade para ser transformado em fios finos. A equao que rege o fenmeno a seguinte: Para faixa de -200 a 0 oC: Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T2 + C . T3 . ( T 100 ) ] Para faixa de 0 a 850 oC: Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T2 ] onde: Rt = resistncia na temperatura T () R0= resistncia a 0 oC () T = temperatura (oC ) A , B , C = coeficientes inerentes do material empregado A = 3,90802 . 10-3 B = -5,802 . 10-7 C = -4,2735 . 10-12 O nmero que expressa a variao de resistncia em funo da temperatura chamado de alfa () e se relaciona da seguinte forma:

= R

1 oo

R0

100. R 0

79

Automao e Controle

Um valor tpico de alfa para R100 = 138,50 de 3,850*10-3 . -1 . oC-1 segundo a DIN-IEC 751/85.

As termoresistncias Pt - 100 :So as mais utilizadas industrialmente, devido a sua grande estabilidade, larga faixa de utilizao e alta preciso. Devido a alta estabilidade das termoresistncias de platina, as mesmas so utilizadas como padro de temperatura na faixa de -270 C a 660 C. A estabilidade um fator de grande importncia na indstria, pois a capacidade do sensor manter e reproduzir suas caractersticas ( resistncia - temperatura ) dentro da faixa especificada de operao. Outro fator importante num sensor Pt 100 a repetibilidade, que a caracterstica de confiabilidade da termoresistncia. Repetibilidade deve ser medida com leitura de temperaturas consecutivas, verificando-se a variao encontrada quando de medio novamente na mesma temperatura. O tempo de resposta importante em aplicaes onde a temperatura do meio em que se realiza a medio est sujeito a mudanas bruscas.

Vantagens: Possuem maior preciso dentro da faixa de utilizao do que outros tipo de sensores. Com ligao adequada no existe limitao para distncia de operao. Dispensa utilizao de fiao especial para ligao. Se adequadamente protegido, permite utilizao em qualquer ambiente. Tm boas caractersticas de reprodutibilidade. Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem. Desvantagens: So mais caras do que os sensores utilizados nessa mesma faixa. Deteriora-se com mais facilidade, caso haja excesso na sua temperatura mxima de utilizao. Temperatura mxima de utilizao 630 C. necessrio que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura equilibrada para indicar corretamente. Alto tempo de resposta.

80

Automao e Controle

Princpio De MedioPara utilizao deste circuito como instrumento de medida de Termoresistncia, teremos as seguintes configuraes:Ligao 2 fios Como se v na figura, dois condutores de resistncia relativamente baixa RL1 e RL2 so usados para ligar o sensor Pt-100 (R4) ponte do instrumento de medio. Nesta disposio, a resistncia R4 compreende a resistncia da Pt-100 mais a resistncia dos condutores RL1 e RL2. Isto significa que os fios RL1 e RL2 a menos que sejam de muito baixa resistncia, podem aumentar apreciavelmente a resistncia do sensor.

Tal disposio, resultar em erro na leitura da temperatura, a menos que algum tipo de compensao ou ajuste dos fios do sensor de modo a equilibrar esta diferena de resistncia. Deve-se notar que, embora a resistncia dos fios no se altere em funo do tamanho dos fios uma vez j instalado, os mesmos esto sujeitos s variaes da temperatura ambiente, o que introduz uma outra possvel fonte de erro na medio. O mtodo de ligao a dois fios, somente deve ser usado quando o sensor estiver uma distncia de aproximadamente 3 metros. Concluindo, neste tipo de medio a 2 fios, sempre que a temperatura ambiente ao longo dos fios de ligao variar, a leitura de temperatura do medidor introduzir um erro, devido a variao da resistncia de linha .Ligao 3 fios Este o mtodo mais utilizado para termoresistncias na indstria. Neste circuito a configurao eltrica um pouco diferente, fazendo com que a alimentao fique o mais prximo possvel do sensor, permitindo que a RL1 passe para o outro brao da ponte, balanceando o circuito. Na ligao a 2 fios, as resistncias de linha estavam em srie com o sensor, agora na ligao a 3 fios elas esto separadas.

81

Automao e Controle

Nesta situao, tem-se a tenso EAB, variando linearmente em funo da temperatura da PT-100 e independente da variao da temperatura ambiente ao longo dos fios de ligao . Este tipo de ligao, garante relativa preciso mesmo com grandes distncias entre elemento sensor e circuito de medio.

Medio de pressoMedio de presso o mais importante padro de medida, pois as medidas de vazo, nvel, etc. podem ser feitas utilizando-se esse princpio. Presso definida como uma fora atuando em uma unidade de rea.P= F A

onde

P = Presso F = Fora A = rea

Presso atmosfrica a presso exercida pela atmosfera terrestre medida em um barmetro. Ao nvel do mar esta presso aproximadamente de 760 mmHg.

Presso relativa a presso medida em relao presso atmosfrica, tomada como unidade de referncia.

Presso absoluta a soma da presso relativa e atmosfrica, tambm se diz que medida a partir do vcuo absoluto. Importante: Ao se exprimir um valor de presso, determinar se a presso relativa ou absoluta. Exemplo : 3 Kgf/cm2 A BS Presso Absoluta Presso Relativa 4 Kgf/cm2 82

Automao e Controle

O fato de se omitir esta informao na indstria significa, que a maior parte dos instrumentos medem presso relativa.

Presso negativa ou vcuo quando um sistema tem presso relativa, menor que a presso atmosfrica. Diagrama comparativo das escalasPresso Absoluta Presso Relativa Presso Atmosfrica

Vcuo Vcuo Absoluto

Presso diferencial a diferena entre 2 presses, sendo representada pelo smbolo P (delta P). Essa diferena de presso normalmente utilizada para medir vazo, nvel, presso, etc.

Presso esttica o peso exercido por um lquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso, por unidade de rea exercida

Presso dinmica ou cintica a presso exercida por um fludo em movimento. medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe o impacto do fluxo.

Unidades de pressoComo existem muitas unidades de Presso necessrio saber a correspondncia entre elas, pois nem sempre na indstria temos instrumentos padres com todas as unidades e para isto necessrio saber fazer a converso . Exemplo: 10 PSI = ______?______ Kgf/cm2 1 PSI = 0,0703 Kgf/cm2 De acordo com a tabela 10 x 0,0703 = 0,703 Kgf/cm2

83

Automao e Controle

Dispositivos para medio de pressoO instrumento mais simples para se medir presso o manmetro, que pode ter vrios elementos sensveis e que podem ser utilizados tambm por transmissores e controladores. Vamos ento ao estudo de alguns tipos de elementos sensveis.

Tubo de BourdonConsiste geralmente de um tubo com seo oval, disposto na forma de arco de circunferncia tendo uma extremidade fechada, estando a outra aberta presso a ser medida. Com a presso agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seo circular resultando um movime