1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTO DE TECNOLOGIA - CT
TÓPICOS AVANÇADOS EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
RELATÓRIO DO PROJETO
DE AUTOMAÇÃO ELETROPNEUMÁTICA
ACADÊMICOS:
Lourenço Ferraz Campanher
Miguel Alan Waldow
Pablo Adrian Waldow
Tiago Piovesan Vendruscolo
Tobias Giaretta
Santa Maria, Julho de 2008.
2. 1. Introdução
Tendo como base a energia elétrica e a energia pneumática, a Automação
Eletropneumática é uma área muito importante na indústria, no ramo automotivo e nos
equipamentos hospitalares, onde entre outros, podemos ver a presença dos dipositivos
eletropneumáticos.
Neste trabalho iremos demonstrar a implementação de um sistema pneumático,
contendo um cilindro de dupla ação, uma garra e válvulas direcionais. Seu controle
será feito por um CLP WEG TP02 e pelo programa supervisor Elipse. A implementação
de cada parte será comentada detalhadamente no decorrer do trabalho.
3. 2. Descrição dos componentes utilizados no projeto
2.1. Válvulas Direcionais
2.1.1. Definição
São elementos que influenciam no trajeto do fluxo de ar, principalmente nas
partidas, nas paradas e na direção do fluxo.
2.1.2. Simbologia
Para representar as válvulas direcionais nos esquemas, são utilizados símbolos.
Estes símbolos não dão idéia da construção interna da válvula mas, somente, da
função desempenhada por elas.
4. Para sua perfeita identificação, devemos saber identificar:
- Número de posição
- Número de vias
- Tipo de acionamento
- Tipo de retorno
2.1.3. Número de posições
É a quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode
executar ou permanecer sob ação de seu acionamento.
As válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo.
1 posição 2 posições
Obs.: O número de posições de uma válvula é definida pela quantidade de
retângulos existentes na sua simbologia. O número de retângulos representados na
simbologia é igual ao número de posições da válvula, representando a quantidade de
movimentos que executa através dos acionamentos.
2.1.4. Número de vias
É o numero de conexões de trabalho que a válvula possui (conexões de pressão,
trabalho e escape).
Direção do fluxo Passagem bloqueada
Escape não canalizado Escape canalizado
5. 2.2. Cilindros pneumáticos
Os cilindros pneumáticos são dispositivos que transformam a energia potencial
do ar comprimido em energia cinética ou em prensores. Basicamente consistem em
um recipiente cilíndrico provido de um êmbolo ou pistão.
2.2.1. Tipos de cilindro
Simples ação, dupla ação, com haste passante, pistão duplo e outros.
Vista em corte de um cilindro pneumático:
6. 2.3. Unidade de Preparação de Ar
Consiste de um filtro de ar, um regulador de pressão com manômetro e
lubrificador.
2.3.1. Filtro de ar
Tem por função reter as impurezas suspensas no fluxo de ar e em suprimir ainda
mais a umidade presente
2.3.2. Regulador de pressão
- Manter constante a pressão de trabalho (pressão secundária), independente
das flutuações da pressão na entrada (pressão primária) quando acima do valor
regulado. A pressão primária deve ser sempre superior a pressão secundária,
independentemente dos picos;
- Funcionar como válvula de segurança;
- Compensar automaticamente o volume de ar requerido pelos equipamentos
pneumáticos.
2.3.3. Manômetro
Instrumento utilizado para medir e indicar a intensidade de pressão do ar
comprimido, óleo etc.
7. 2.3.4. Lubrificador
Utilizado para lubrificar as partes internas móveis dos componentes
pneumáticos, facilitando seus movimentos e diminuindo os efeitos desgastantes
provocados elas forças de atrito.
2.4. Garra Pneumática
Existentes nas versões simples ação “NF” (Normal Fechada), simples ação “NA”
(Normal Aberta) e dupla ação, podem ser do tipo básico ou haste passante. São ideais
para fixações de peças, transporte e manipulação.
Normalmente usada com outros elementos, como: atuadores rotativos, guías
lineares, cilindros, etc.
2.5. Compressor de ar
São máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar, admitido
nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão, exigida na execução dos
trabalhos realizados pelo ar comprimido.
8. 2.5.1. Classificação
2.5.1.1. Deslocamento positivo
Baseia-se fundamentalmente na redução de volume, após admissão do ar na
atmosfera, seu volume é diminuído gradualmente processando-se a compressão.
2.5.1.2. Deslocamento dinâmico
A compressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em energia de
pressão, durante a passagem do ar através do compressor.
2.6. Sensor Magnético
Montados sobre o cilindro pneumático, identificam se o mesmo está aberto ou
fechado e enviam essas informações para as entradas do controlador lógico
programável.
O sensor utilizado foi de proximidade magnético, os
sensores de proximidade magnéticos, como o próprio nome
sugere, detectam apenas a presença de materiais metálicos e
magnéticos, como no caso dos imãs permanentes. São
utilizados com maior freqüência em máquinas e equipamentos
9. pneumáticos e são montados diretamente sobre as camisas dos cilindros dotados de
êmbolos magnéticos. Toda vez que o êmbolo magnético de um cilindro se movimenta,
ao passar pela região da camisa onde externamente está posicionado um sensor
magnético, este é sensibilizado e emite um sinal ao circuito elétrico de comando.
Abaixo temos uma figura ilustrando sua aplicação:
2.7. Controlador Lógico Programável (CLP)
Recebe as informações dos sensores em suas entradas e ativa suas saídas que
atuam nas válvulas direcionais fazendo com que o cilindro avance ou recue e com que
a garra abra ou feche.
10. 2.8. Circuito Pneumático Implementado
Os circuitos eletropneumáticos são esquemas de comando e acionamento que
representam os componentes pneumáticos e elétricos empregados em máquinas e
equipamentos industriais, bem como a interação entre esses elementos para se
conseguir o funcionamento desejado e os movimentos exigidos do sistema mecânico.
Enquanto o circuito pneumático representa o acionamento das partes mecânicas, o
circuito elétrico representa a seqüência de comando dos componentes pneumáticos
para que as partes móveis da máquina ou equipamento apresentem os movimentos
finais desejados.
Apresentamos, a seguir, o circuito eletropneumático implementado:
X2 X3
12. 3.1. Descrição do Funcionamento:
- X1 representa a chave geral, então como a chave é normalmente fechada, estando os
contatos do CLP abertos em X1, o mesmo estará habilitando as entradas e saídas,
caso contrário irá desabilitar tudo.
- X2 representa o sensor de início de curso, ou seja, quanto o cilindro estiver na
posição de recuo.
- X3 representa o sensor de fim de curso, ou seja, quando o cilindro estiver na posição
de avanço.
- Y1 representa o atuador da válvula 5/3 onde sua função é habilitar o ar para o cilindro
avançar.
- Y2 representa o atuador da válvula 5/3 onde sua função é habilitar o ar para o cilindro
recuar.
- Y3 representa o atuador da válvula que habilita o fechamento da garra (quando Y3
está acionado, a garra fecha, caso contrário a garra fica na posição aberto).
A posição inicial do sistema é o cilindro recuado e com a garra aberta, para tal
lógica, a entrada X2 estará fechada, pois o cilindro recuando estará fechando o
contado do sensor de início de curso X2.
X2 estando atuado, começara contar um tempo determinado pelo Timer V0001,
a função deste timer é deixar a garra aberta por um certo tempo até que o objeto que a
mesma estiver segurando se solte antes de a garra avançar novamente, porque caso
contrário o cilindro recuando e abrindo, e avançando novamente sem ter esse tempo
de garra aberta poderia fazer com que a garra avançasse muito rapidamente não
dando o devido tempo para o objeto soltar-se.
Após o fim do Timer V0001, então é ativado o atuador Y1, que fará com que o
cilindro avance.
Podemos notar que a lógica foi feita de tal forma que Y1 (cilindro avançando)
continuará acionado, mesmo que o sensor de início de curso X2 estiver aberto.
O cilindro então chegando do seu fim de curso (cilindro avançado), irá fechar o
sensor X3.
Com X3 fechado, então atua Y3 que tem a função de fechar a garra.
Y3 atuando, começara contar um tempo determinado pelo Timer V0002, a
função deste timer é deixar a garra fechada por um certo tempo até que a mesma
segure completamente o objeto, porque caso contrário não daria tempo da garra fechar
13. e o cilindro estaria recuando. Após o fim do Timer V0002, então é ativado o atuador Y2,
que fará com que o cilindro recue.
Podemos notar que a lógica foi feita de tal forma que Y2 (cilindro recuando) e Y3
(garra fechada) continuarão acionados, mesmo que o sensor de fim de curso X3 estiver
aberto.
Chegando no início do curso, cilindro recuado, irá desacionar o atuador Y3,
abrindo a garra para soltar o objeto, desatuando também Y2 (recuo do cilindro).
A partir daí o sistema entra em loop, fazendo o mesmo processo descrito acima
até que seja ativado X1 (NF), interrompendo o processo.
Obs.: Por não possuirmos sensor para indicar o fechamento da garra, a mesma foi
ativada por período te tempo. Caso contrário o diagrama ladder contaria com um
sensor X4 indicando quando a mesma estaria fechada. Eliminando o uso dos timers.
4. Integração com o Software Elipse
4.1. Descrição e configuração do Driver usado no projeto
As tag desligaCLP e ligaCLP já estão implementadas no driver, sendo
necessário apenas chamá-las no projeto, já as outras tag foram configuradas de acordo
com os parâmetros abaixo:
P1 Porta serial + bits de dados.
P2 Paridade + taxa de transmissão
14. P3 Stop-bits
P4 Timeout (em milissegundos)
Para definir o parâmetro P1 deve-se somar o valor da porta com ao valor dos
bits de dados.
O parâmetro P2 é definido somando-se o valor da taxa de transmissão ao valor
da paridade.
N1 Endereço do escravo + função
N2 Tempo de resposta
N3 Tipo de registrador
N4 Endereço do registrador
Os detalhes de cada parâmetro podem ser encontrados no manual do Driver
para Elipse WEG TP-02.
Clicando com o botão direito em cada tag e clicando no item “editar
associações”, aparece a imagem visto a seguir, neste caso, somente o item “value” foi
modificado, indicando que as tag desligaCLP e ligaCLP são de escrita no CLP, usando
a direção PC - CLP, enquanto as demais tag são de leitura no sentido CLP - PC.
15. 4.1.1. Configurações e ajustes para comunicação Elipse/CLP
No software de programação Ladder faremos a configuração do CLP, primeiro
vamos em system data e teremos a imagem abaixo:
Nesta tela configuramos os parâmetro WS041 e WS042 colocando os valores 1001
e 0001 respectivamente.
Após feita a gravação no CLP, precisamos pôr um jumper nos pinos 4 e 5, como
mostrado na figura abaixo, após isso é feita a ligação do CLP no PC novamente e o
sistema está pronto para ser iniciado.
4.2. Tela Inicial do Projeto
Após o driver ser devidamente configurado e a tela de apresentação criada,
obtivemos a imagem a seguir:
17. Acima temos a tela da aplicação com o CLP desligado e as legendas de cada “led”.
Passo1:
Passo 2:
Passo 3:
Passo4:
Passo 5:
Passo 6:
18. Passo 1: O CLP é ligado. Passo 2: O CLP reconhece o sinal do sensor
magnético indicando que o cilindro está totalmente recuado (X2), após 2 segundos é
acionada a solenóide (passo 3) que envia ar para o cilindro para fazer avançá-lo (Y1)
até que o sensor magnético (X3) indique que o cilindro está totalmente avançado
(passo 4), aguarda 2 segundos, a garra é fechada (passo 5) e é acionada a solenóide
fazendo o cilindro se totalmente recuado (passo 6) até ser acionado o sensor
magnético (Y1), reiniciando o processo.
5. Conclusão
Com a execução deste trabalho pudemos analisar de forma detalhada como
seria a implementação real do sistema apresentado. Este tipo de sistema é
amplamente utilizado em linhas de produção de boa parte das indústrias, com isso,
conhecer seu funcionamento é algo de suma importância.
6. Bibliografia
- http://www.ufsm.br/desp/geomar
- http://www.weg.net
- http://www.werk-schott.com.br/
- Manual do Software Elipse E3
- http://labinfo.cefetrs.edu.br/professores/basto/transparencia%20eletropneumatica.pdf
- http://www.sorocaba.unesp.br/professor/luizrosa/index_arquivos/ELETROPNEUMATIC
A_I.pdf
- http://unedserra-ehp.tripod.com/Aula04.pdf
