4 Sensores e Atuadores Linguagem Ladder - Copia

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<p>Automação – (LOM3265)</p><p>Universidade de São Paulo (USP), Escola</p><p>de Engenharia de Lorena (EEL),</p><p>Curso de Engenharia Física</p><p>Lorena-SP</p><p>2024/2</p><p>Prof. Andy Blanco Rodriguez</p><p>- Conceitos básicos de metrologia;</p><p>- Sensores;</p><p>- Atuadores;</p><p>- Programação em Ladder.</p><p>Conceitos básicos de metrologia</p><p>Magnitude (mensurável)</p><p>Atributo de um fenômeno, corpo ou substância, que</p><p>pode ser identificado qualitativamente e determinado</p><p>quantitativamente.</p><p>As magnitudes que podem ser mutuamente</p><p>comparáveis são denominadas magnitudes do mesmo</p><p>tipo.</p><p>As magnitudes do mesmo tipo podem ser agrupadas em</p><p>categorias de magnitudes por exemplo:</p><p>trabalho, calor, energia.</p><p>Valor verdadeiro (de uma magnitude)</p><p>Valor compatível com a definição de uma magnitude</p><p>dada.</p><p>- Este é um valor que poderia ser obtido por uma</p><p>medição perfeita.</p><p>- Os valores verdadeiros são por natureza</p><p>indeterminados.</p><p>- Podem existir muito valores em correspondência com a</p><p>definição de uma magnitude particular.</p><p>Sensibilidade</p><p>Mudança na resposta de um instrumento de medição</p><p>dividido pela correspondente mudança no estímulo.</p><p>A sensibilidade pode depender do valor do estímulo.</p><p>Resolução</p><p>Menor diferença entre indicações de um dispositivo</p><p>indicador que pode ser distinguida significativamente.</p><p>Para um dispositivo indicador digital, é a mudança na</p><p>indicação quando o dígito menos significativo cambia</p><p>em um passo.</p><p>Este conceito também se aplica a um dispositivo</p><p>registrador.</p><p>Tempo de resposta</p><p>Intervalo de tempo entre o instante que é provocada</p><p>uma mudança brusca no estímulo e o instante que a</p><p>resposta alcança, e se mantem dentro dos limites</p><p>especificados, próximos ao seu valor final estável.</p><p>variable</p><p>tiempo</p><p>Exatidão de um instrumento de medição</p><p>(Accuracy)</p><p>Capacidade de um instrumento de medição para</p><p>entregar respostas próximas ao valor verdadeiro.</p><p>Conceito varia entre fabricantes.</p><p>Precisão</p><p>Caracteriza a capacidade do instrumento de fornecer o</p><p>mesmo valor da magnitude medida, ao medir várias</p><p>vezes, nas mesmas condições (ambientais, operador,</p><p>etc.), prescindindo da discrepância ou concordância com</p><p>o verdadeiro valor da magnitude.</p><p>Es uma condição necessária mas não suficiente para a</p><p>exatidão.</p><p>Exatidão e Precisão</p><p>Sensores</p><p>Definição de Sensor</p><p>Elemento de um instrumento de medição ou cadeia de</p><p>medição que está diretamente afetado pela magnitude a</p><p>medir.</p><p>Sensores</p><p>Exemplos:</p><p>a) união de medição de um termómetro termoeléctrico.</p><p>b) rotor de um medidor de vazão de uma turbina.</p><p>Nota: Em alguns campos se usa o termo "detector" para</p><p>este conceito.</p><p>Definição de Transdutor de medição</p><p>Dispositivo que fornece uma magnitude de saída</p><p>considerando uma determinada relação com a</p><p>magnitude de entrada.</p><p>Sensores</p><p>Exemplos:</p><p>a) termopar;</p><p>b) transformador de corrente;</p><p>c) eletrodo de pH.</p><p>Definição de Transdutor de medição</p><p>Sensores</p><p>Equação de transdução</p><p>micro sensor eletroquímico CHEMFET</p><p>Foto de um sensor</p><p>de amônia TGS826</p><p>Definição de Detector</p><p>Dispositivo ou substância que indica a presença de um</p><p>fenômeno, sem que necessariamente forneça um valor</p><p>de uma magnitude associada.</p><p>Sensores</p><p>Exemplos:</p><p>a) detector de fuga de gás;</p><p>b) papel de Ph;</p><p>Notas:</p><p>a) A indicação pode ser produzida só quando o valor da</p><p>magnitude atinge um limiar, algumas vezes chamado limite</p><p>de detecção do detector.</p><p>b) Em alguns campos o termo "detector" é usado para o</p><p>conceito de sensor.</p><p>Sensores</p><p>Termopar</p><p>Sensores de temperatura</p><p>Princípio de funcionamento de um termopar</p><p>𝑇 =</p><p>𝑉𝑜𝑢𝑡</p><p>𝛼</p><p>+ 𝑇𝑟𝑒𝑓</p><p>Vout: tensão proporcional à temp;</p><p>𝛼: coeficiente de Seebeck;</p><p>T – Tref: temp medida e de referência</p><p>Sensores</p><p>Termopar</p><p>Sensores de temperatura</p><p>Correlação entre tensão gerada e temperatura de</p><p>diversos termopares com a junta de referência a 0°C</p><p>Sensores</p><p>Termistores</p><p>Sensores de temperatura</p><p>São semicondutores que variam</p><p>a resistência em função da</p><p>temperatura.</p><p>Apresentam como característica baixo custo e elevada</p><p>sensibilidade,</p><p>Restritos a temperaturas menores que 300°C.</p><p>Sensores</p><p>Termistores</p><p>Sensores de temperatura</p><p>Termistor: PTC (a), NTC (b) e simbologia (c)</p><p>Sensores</p><p>Ultrassônicos</p><p>Sensores de nível</p><p>Sistema de medida com ultrassom:</p><p>funcionamento (a) e transmissor de nível por</p><p>ultrassom (b)</p><p>Sensores</p><p>Pressão hidrostática</p><p>Sensores de nível</p><p>Medição de nível com tanque</p><p>aberto (a) e exemplo de</p><p>transmissor de nível (b)</p><p>ℎ =</p><p>𝑃</p><p>𝑑</p><p>h: altura;</p><p>P: pressão da coluna;</p><p>d: densidade do líquido.</p><p>Sensores</p><p>Sensores indutivos</p><p>Detectam proximidade de elementos metálicos</p><p>sem a necessidade de contato.</p><p>Seu princípio de funcionamento baseia-se na</p><p>geração de um campo eletromagnético por uma</p><p>bobina ressonante instalada na face sensora.</p><p>Sensores</p><p>Sensores indutivos</p><p>Quando um metal aproxima-se do campo, ele absorve a</p><p>energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal.</p><p>Sensores</p><p>Sensores capacitivos</p><p>Detectam proximidade de materiais orgânicos,</p><p>plásticos, pós, líquidos, etc, sem a necessidade de</p><p>contato.</p><p>Seu princípio de funcionamento baseia-se na</p><p>geração de um campo elétrico por um oscilador</p><p>controlado por capacitor.</p><p>Sensores</p><p>Sensores capacitivos</p><p>Quando um material aproxima-se do sensor o dielétrico do</p><p>meio se altera, alterando a capacitância.</p><p>𝐶 = 𝜀</p><p>𝐴</p><p>𝑑</p><p>C: capacitância;</p><p>𝜀: constante dielétrica;</p><p>A: área das placas;</p><p>d: distância entre as placas.</p><p>Sensores</p><p>Sensores capacitivos</p><p>Sensor de proximidade capacitivo: parafuso para ajuste de</p><p>sensibilidade (a) e utilização para detecção de líquido dentro de</p><p>garrafas (b)</p><p>Sensores</p><p>Sensores ópticos (fotoelétricos)</p><p>Manipulam a luz para detectar a presença de um</p><p>material acionador.</p><p>Os sensores possuem um emissor e um receptor de</p><p>luz infravermelha, invisível ao olho humano.</p><p>O emissor envia um feixe de luz através de um diodo</p><p>emissor de luz, e o receptor, composto por um</p><p>fotodiodo ou fototransistor, é capaz de detectar o</p><p>feixe emitido.</p><p>Sensores</p><p>Sensores ópticos (fotoelétricos)</p><p>Sensor óptico de barreira direta: funcionamento (a) e simbologia (b)</p><p>Atuadores</p><p>Definição de Atuador</p><p>Dispositivos responsáveis por produzir movimento. E,</p><p>para fazer isso, estes convertem uma energia que pode</p><p>ser elétrica, hidráulica ou pneumática. A partir desse</p><p>processo de transformação de energia é obtido o</p><p>movimento, a energia mecânica.</p><p>Atuadores</p><p>Atuadores</p><p>Relés</p><p>Relé: estrutura simplificada (a) e dispositivo comercial (b)</p><p>Atuadores</p><p>Relés</p><p>Relé usado para acionar carga de baixa potência</p><p>Atuadores</p><p>Relés</p><p>RB</p><p>24 VCD</p><p>Relé</p><p>IB</p><p>IC</p><p>+12V</p><p>Puerto Digital</p><p>del Arduino</p><p>BD135</p><p>TIANBO TRKM</p><p>Koganei 030E1</p><p>Válvula</p><p>Atuadores</p><p>Relés</p><p>Atuadores</p><p>Relés</p><p>Os contatos NA são os que estão abertos enquanto a bobina não</p><p>está energizada e fecham-se quando a bobina recebe corrente.</p><p>Os contatos NF são os que estão fechados enquanto a bobina não</p><p>está energizada e abrem-se quando a bobina recebe corrente, ao</p><p>contrário dos NA.</p><p>O contato central ou C é o comum, ou seja, quando os contatos NA</p><p>ou NF estão fechados é com o C que se estabelece a condução.</p><p>Atuadores</p><p>Eletroválvula</p><p>Atuadores</p><p>Eletroválvula</p><p>Atuadores</p><p>Eletroválvula</p><p>Atuadores</p><p>Eletroválvula</p><p>Atuadores</p><p>Motores</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Controladores Lógicos Programáveis, CLP</p><p>Diagrama de contatos ou Ladder;</p><p>Diagrama de blocos;</p><p>Linguagens de programação dos CLPs.</p><p>Lista de instruções;</p><p>Texto estruturado, linguagens de alto nível, etc.</p><p>Lembrando</p><p>Controladores Lógicos Programáveis, CLP</p><p>Diagrama de contatos ou Ladder:</p><p>Linguagens de programação dos CLPs.</p><p>Esta é a linguagem de programação mais utilizada em</p><p>CLPs, sendo semelhante a um diagrama elétrico.</p><p>Também é conhecida como diagrama de relés,</p><p>diagrama escada ou diagrama ladder.</p><p>Controladores Lógicos Programáveis, CLP</p><p>Linguagens de programação dos CLPs.</p><p>Programas</p><p>com resultados</p><p>equivalentes:</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Forma de programação de CLPs por meio</p><p>de símbolos gráficos, representando</p><p>contatos e bobinas;</p><p>https://br.freepik.com/vetores-</p><p>premium/ilustracao-dos-</p><p>desenhos-animados-de-uma-</p><p>escada-de-</p><p>madeira_4122809.htm</p><p>As instruções devem ser “energizadas” a</p><p>partir de um “caminho</p><p>de corrente”</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Cada uma das linhas horizontais é uma sentença lógica</p><p>onde os contatos são as entradas das sentenças, as</p><p>bobinas (localizadas na extremidade direita) são as saídas</p><p>e a associação dos contatos é a lógica;</p><p>As ligações são os “fios” de interconexão entre as células</p><p>da lógica ladder (contatos, bobinas e blocos de funções).</p><p>Podem-se ter ligações na horizontal e na vertical.</p><p>Diagrama Ladder</p><p>A partir destes elementos é possível obter o diagrama</p><p>Ladder equivalente das funções lógicas booleanas.</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Representação de funções avançadas.</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Exemplo 1</p><p>Deseja-se implementar um controle simples em um CLP, programado</p><p>em Ladder. Esse controle deve substituir um circuito que permita:</p><p>Ligar uma lâmpada de 110 VAC conectada com dois relés em série</p><p>(um NA e outro NF). Os relés são ativados com 24 VDC.</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Exemplo 1</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Exemplo 1</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Exemplo 1</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Exemplo 2</p><p>Deseja-se ilustrar em um diagrama Ladder o acionamento de 2</p><p>motores. Sendo que, o segundo motor deve ser acionado após 5</p><p>segundos do acionamento do primeiro. Também deseja-se</p><p>implementar a “função selo”. Ou seja, manter a saída acionada</p><p>depois do botão pulsante ser solto.</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Exemplo 2</p><p>Deseja-se ilustrar em um diagrama Ladder o acionamento de 2</p><p>motores. Sendo que, o segundo motor deve ser acionado após 5</p><p>segundos do acionamento do primeiro. Também deseja-se</p><p>implementar a “função selo”. Ou seja, manter a saída acionada</p><p>depois do botão pulsante ser solto.</p><p>Diagrama Ladder</p><p>Observações importantes</p><p>A mesma entrada pode ser utilizada mais de uma vez no</p><p>diagrama (nos diferentes degraus do diagrama);</p><p>Possibilidade de que uma saída (carga) em um degrau do</p><p>diagrama seja uma entrada (contato) em outro degrau;</p><p>Lista de Exercícios 1</p><p>1. As três portas lógicas básicas (AND, OR e NOT)</p><p>podem ser simbolizadas em diagramas de lógica</p><p>Ladder. Crie diagramas para esses três circuitos sem</p><p>usar contatos normalmente fechados.</p><p>2. Construa o diagrama Ladder da porta lógica NAND.</p><p>3. Crie o diagrama Ladder da seguinte equação</p><p>booleana:</p><p>Y = (X1 + X2) ∙ X3</p><p>Lista de Exercícios 1</p><p>4. Vamos usar um exemplo da robótica para ilustrar o controle</p><p>lógico. Suponha que em uma aplicação de carregamento de uma</p><p>máquina, o robô esteja programado para pegar uma peça em</p><p>estado bruto em um ponto de parada conhecido, paralelo a um</p><p>transportador, e posicioná-lo em uma prensa de forjamento.</p><p>Três condições devem ser satisfeitas para que o ciclo de</p><p>carregamento seja iniciado.</p><p>Primeiro, a peça em estado bruto deve estar no ponto de</p><p>parada; segundo, a prensa de forjamento deve ter concluído o</p><p>processo na peça anterior; terceiro, a peça anterior deve ter</p><p>sido removida da matriz. A primeira condição pode ser indicada</p><p>por meio de um interruptor simples, que percebe a presença da</p><p>peça na parada do transportador e transmite o sinal LIGADO</p><p>para o controlador do robô.</p><p>Lista de Exercícios 1</p><p>4. A segunda condição pode ser indicada pela prensa de</p><p>forjamento, que envia um sinal LIGADO após concluir o ciclo</p><p>anterior. A terceira condição pode ser determinada por um</p><p>fotodetector posicionado de forma a identificar a presença ou a</p><p>ausência da peça na matriz de forjamento. Quando a peça</p><p>acabada é removida da matriz, um sinal LIGADO é transmitido</p><p>pela fotocélula. Esses três sinais devem ser recebidos pelo</p><p>controlador do robô para que o ciclo de trabalho seguinte seja</p><p>iniciado. Quando esses sinais de entrada forem recebidos pelo</p><p>controlador, o ciclo de carregamento do robô é iniciado.</p><p>Nenhuma condição ou nenhum histórico anterior é necessário.</p><p>Determine a expressão da álgebra booleana e o diagrama</p><p>lógico para esse sistema de intertravamento.</p><p>Caso fosse necessário fazer um diagrama Ladder, como seria?</p><p>Lista de Exercícios 1</p><p>5. Um relé pode ser utilizado para controlar a atuação</p><p>ligado/desligado de um dispositivo elétrico em alguma</p><p>localização remota. Também pode ser usado para definir</p><p>decisões alternativas no controle lógico. Desenhe um diagrama</p><p>Ladder que:</p><p>Use um interruptor de controle (X) e um relé (C) para</p><p>ligar/desligar dois motores (Y1 e Y2).</p><p>Quando o interruptor de controle está aberto, o relé permanece</p><p>sem energia, o que liga o motor Y1.</p><p>Quando o interruptor de controle está fechado, o relé fica</p><p>energizado, o que liga o motor Y2.</p><p>Exercícios</p><p>1. Estudar o conteúdo da aula.</p><p>Referências</p><p>Hugh Jack. Automating Manufacturing Systems</p><p>with PLCs, 2003.</p><p>Groover, Mikell. Automação Industrial e</p><p>Sistemas de Manufatura, 3ra ed. Pearson, 2011.</p><p>Hugh Jack. International vocabulary of</p><p>metrology – Basic and general concepts and</p><p>associated terms (VIM), 3rd ed. 2012.</p><p>Referências</p><p>Roggia, L., Cardozo, F. R. Automação Industrial,</p><p>Colégio Técnico Industrial UFSM, 2016.</p><p>Valiente, Romero Rodolfo. Diseño de um</p><p>registrador de odorantes portátil basado em</p><p>sensores MOS y modulación de concentración.</p><p>2014. 129 p. (Ingeniero em Automática).</p><p>Instituto Superior Politécnico José Antonio</p><p>Echeverría, La Habana.</p><p>Ramírez Beltrán, Jorge. Aulas de</p><p>Instrumentación Industrial, Centro de</p><p>Investigaciones en Microeléctronica (CIME),</p><p>Universidad Tecnológica de La Habana</p><p>(CUJAE), 2008.</p><p>Referências</p><p>https://www.google.com/search?q=remember+light+bulb&sca_esv=fd83c4a36c</p><p>b7ae3c&sca_upv=1&udm=2&biw=1536&bih=756&ei=YVbPZoboB8G55OUP6</p><p>M6D2AI&oq=remember%2C+ligh&gs_lp=Egxnd3Mtd2l6LXNlcnAiDnJlbWVtYm</p><p>VyLCBsaWdoKgIIATIHEAAYgAQYEzIGEAAYExgeMggQABgTGAUYHjIIEAAY</p><p>ExgFGB4yCBAAGBMYBRgeMggQABgTGAUYHjIIEAAYExgFGB4yCBAAGBM</p><p>YBRgeMggQABgTGAgYHjIIEAAYExgIGB5I3ENQgBJY3yxwAXgAkAEAmAFyo</p><p>AGHBaoBAzEuNbgBAcgBAPgBAZgCB6ACmgXCAgoQABiABBhDGIoFwgIGE</p><p>AAYBxgewgIFEAAYgATCAgcQABiABBgKwgIIEAAYExgKGB6YAwCIBgGSBw</p><p>MxLjagB4Uk&sclient=gws-wiz-serp#vhid=DKFECTNfvlrErM&vssid=mosaic</p><p>Foto Lembrando :</p><p>Zancan, Marcos Daniel. Controladores</p><p>Programáveis, Colégio Técnico Industrial UFSM</p><p>2011.</p><p>Obrigado</p><p>Universidade de São Paulo (USP), Escola</p><p>de Engenharia de Lorena (EEL),</p><p>Curso de Engenharia Física</p><p>Prof. Andy Blanco Rodriguez</p><p>andy.blanco@usp.br</p>