Aula 5 - Sensores e Atuadores Discretos

Prévia do material em texto

Aula 5 – Sensores e atuadores 
discretos
Controle de Processos Contínuos e Discretos
ETEC ARMANDO PANNUNZIO - SOROCABA 06/04/2023
Prof. Rodrigo Pita Rolle
Relembrando
Sistemas Analógicos e Digitais
Variáveis contínuas  Sistemas analógicos
Variáveis discretas  Sistemas digitais
Variáveis contínuas representadas em mostradores digitais 
Processo de “discretização” (conversão A/D)
Introdução
• Nos sistemas de automação industrial, diversos dispositivos operam
com sinais lógicos:
• Nível alto x nível baixo
• Ligado x desligado
• Verdadeiro x Falso
• Estes dispositivos são chamados discretos, pois só há dois valores
possíveis;
• A combinação de sinais discretos pode ser implementada através da
álgebra Booleana, linguagem Ladder, entre outras.
Introdução
• Antes de prosseguir, dois conceitos importantes:
• Transdutor: dispositivo que transforma o sinal de uma grandeza física 
em outra grandeza física, geralmente elétrico (tensão ou corrente)
• Sensor: elemento sensitivo de um transdutor
• Exemplo: Transdutor de temperatura para PT-100
Introdução
• Antes de prosseguir, dois conceitos importantes:
• Transdutor: dispositivo que transforma o sinal de uma grandeza física 
em outra grandeza física, geralmente elétrico (tensão ou corrente)
• Sensor: elemento sensitivo de um transdutor
• Exemplo: Transdutor de temperatura para PT-100
PT-100: resistor térmico 
(termorresistor), cuja resistência 
varia de acordo com a 
temperatura em que está 
operando!
Introdução
• Termorresistor  elemento sensor
• Transdutor  dispositivo que transforma a corrente do PT-100 em 
tensão ou corrente padronizada (0-10VCC, 4-20mA, ou outro padrão)
Introdução
• A amplitude do sinal de saída (que vai para o CLP) reproduz a 
amplitude do sinal de entrada (que varia conforme a temperatura do 
processo).
Sensores Discretos
Categorias principais
• Contato mecânico entre o processo e o sensor
• Roletes
• Alavancas
• Botões 
• Bóias ...
• Sem contato (ou de proximidade)
• Indutivo
• Capacitivo
• Infravermelho...
Sensores Discretos
Sensores de contato mecânico
• É necessária a ação de uma força entre o sensor e o objeto para 
que haja a detecção do movimento, objeto ou evento;
• Consiste em um atuador mecanicamente ligado a um conjunto de 
contatos: quando ocorre o contato físico do objeto com o elemento 
sensor, o dispositivo opera os contatos para abrir ou fechar uma 
conexão elétrica;
• Estes dispositivos têm corpo reforçado, para suportar o esforço 
mecânico decorrente do contato com objetos.
Sensores Discretos
Sensores de contato mecânico
Rolete/Alavanca Botão Rolete escamoteável
Sensores Discretos
Sensores de contato mecânico - configurações
• Contatos elétricos – Normalmente Aberto ou Normalmente Fechado;
• Contatos que, após acionados, podem ser momentâneos ou 
permanentes (retorno por mola, chaves com trava);
• Normalmente possuem dois ou quatro pares de contatos elétricos;
• Atuação por pressão (força sobre uma área específica);
• Abertura e fechamento lentos!
Sensores Discretos
Sensores de contato mecânico - aplicações
• Chaves manipuladas pelo operador
• Botoeira (push-button) – forma mais 
simples de comando
• Chaves de pé – utilizadas quando o 
operador necessita das mãos para exercer 
outra atividade
• Chaves seletoras – incorporam um 
mecanismo de chaveamento com várias 
posições
Sensores Discretos
Sensores de contato mecânico - aplicações
• Chaves-limite (fim de curso)
• Detectam a posição de objetos ou materiais diversos;
• Os mecanismos de acionamento mais comuns são a 
alavanca rolante e a alavanca de forquilha;
• A alma destes equipamentos é o “micro-switch”, uma 
chave que, com um pequeno movimento no pino central, 
provoca um salto irreversível de uma mola interna para 
comutar firmemente o contato elétrico;
• Vida útil do micro-switch: aproximadamente 10 milhões 
de manobras!
Sensores Discretos
Sensores de contato mecânico - aplicações
• Chaves de nível
• Monitoram a quantidade de líquidos em 
reservatórios;
• Usadas em tanques, depósitos, e possuem 
um contato elétrico que comuta (abre ou 
fecha) quando ocorre a mudança do nível do 
líquido.
Sensores Discretos
Sensores de contato mecânico - aplicações
• Chaves de pressão (pressostato)
• Detectam a pressão dentro de um determinado 
recipiente;
• Possuem um fole que aciona contatos elétricos;
• Quando a pressão sobre o fole ultrapassa o valor 
especificado, o contato é comutado.
• Chaves de temperatura
• Detectam variações de temperatura
• Quando a temperatura ultrapassa o valor especificado, 
o contato é comutado.
Sensores Discretos
Sensores de proximidade
• Não há contato direto do objeto com o elemento sensor, o que 
aumenta sua vida útil e reduz a necessidade de manutenção;
• Por outro lado, alguns tipos de sensores podem ser sensíveis a 
ruídos;
• Princípios de funcionamento: indutivo, capacitivo, ultrassônico, 
fotoelétrico (ótico) e Efeito Hall.
Sensores Discretos
Sensores de proximidade - indutivos
• Utilizam corrente induzida por campos magnéticos com o objetivo de 
detectar objetos metálicos (ferromagnéticos);
• Utilizam uma bobina (indutor) para gerar um campo magnético de 
alta frequência;
• Se um objeto ferromagnético se aproxima do campo magnético do 
sensor, uma corrente flui nesse objeto devido à indução de 
correntes parasitas;
• As correntes parasitas geram um novo campo magnético, oposto ao 
campo original, no objeto metálico;
Sensores Discretos
Sensores de proximidade - indutivos
• Os sensores, então, detectam a variação do campo magnético 
quando o objeto se aproxima e realizam a comutação;
• Podem ser identificados vários tipos de metais, a distâncias de 
vários centímetros, dependendo da construção do sensor.
Sensores Discretos
Sensores de proximidade - capacitivos
• Similares aos sensores indutivos: a diferença é 
que o sensor capacitivo produz um campo 
eletrostático em lugar do campo magnético;
• São capazes de detectar objetos metálicos ou 
não-metálicos (papel, vidro, líquidos, tecidos) a 
distância de alguns centímetros;
• Em geral a área das placas e a distância são 
fixas, porém a constante dielétrica ao redor do 
sensor varia de acordo com o material objeto 
que se aproxima dele.
Sensores Discretos
Sensores de proximidade - ópticos
• Emitem um feixe de luz e detectam a alteração da intensidade da luz 
recebida em consequência do movimento de objetos opacos;
• Possuem um emissor de pulsos rápidos de luz infravermelha e um 
receptor;
• Podem detectar objetos a grandes distâncias (até 10m) ou 
pequenas distâncias (até 1mm);
• Podem detectar qualquer tipo de material, se instalados 
adequadamente.
Sensores Discretos
Sensores de proximidade - ópticos
• Sensor difuso – o receptor reage ao 
sinal luminoso refletido pela 
superfície do objeto detectado;
• Neste caso, a distância de detecção 
depende das qualidades reflexivas 
do objeto;
• Emissor e receptor estão no mesmo 
corpo (invólucro);
Sensores Discretos
Sensores de proximidade - ópticos
• Sensor retrorreflexivo – o feixe de luz 
emitido é refletido de volta para o 
sensor, por uma superfície refletora, 
enquanto não houver nenhum objeto 
no caminho;
• Quando um objeto passa pelo 
sensor, interrompe a reflexão e o 
sensor comuta seu contato elétrico;
• Emissor e receptor estão no mesmo 
invólucro.
Sensores Discretos
Sensores de proximidade - ópticos
• Sensor de barreira – neste caso, 
emissor e receptor são montados 
separadamente;
• Quando um objeto passa pelo 
caminho entre o emissor e o 
receptor, o feixe de luz é interrompido 
e o contato elétrico é comutado.
Sensores Discretos
Sensores de proximidade – Efeito Hall
• Uma placa pequena de metal ou 
semicondutor, com dimensões 
definidas;
• Este tipo de sensor varia a tensão de 
saída quando exposto a um campo 
magnético;
• Quando um campo magnético é 
aplicado sobre ele, há uma diferença de 
potencial no semicondutor (tensão de 
Hall)
Sensores Discretos
Sensores de proximidade– Efeito Hall
• Pode ser utilizado para medir 
deslocamento, posição e proximidade;
• Boa velocidade de resposta, robusto e 
durável;
• Não é afetado por impurezas;
• Uma aplicação típica é a detecção de 
movimentos de rotação (ex: HD de 
computadores, motores CC).
Atuadores Discretos
• Quaisquer equipamentos que são acionados com sinais discretos 
(liga/desliga);
• Exemplos: lâmpadas, LEDs, motores, pistões, cilindros, 
bloqueadores, desviadores etc.
• NOTE: um LED pode ser operado como um atuador discreto ou 
contínuo:
• Discreto: desligado x brilho máximo
• Contínuo: controle de brilho através de potenciômetro
• Neste caso, o atuador será contínuo ou discreto a depender do modo 
como o acionamos!