Componentes em Automação Eletropneumática

Prévia do material em texto

ELETROPNEUMÁTICA
MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/200244
COMPONENTES MAIS USADOS
EM UMA AUTOMAÇÃO
ELETROPNEUMÁTICA
Botoeiras
Esses elementos são destina-
dos a comutação de sinais elétri-
cos, isto é, permitem ou não a pas-
sagem de uma corrente elétrica,
fazendo com isso a energização ou
desener-gização de pontos de um
circuito (figura 1). Os tipos mais
comuns são:
Push-Button – este permanece
acionado quando pressionado e aber-
to quando liberado.
Botão de Retenção – ao
pressioná-lo, ele é acionado, porém
só será liberado quando for novamen-
te pressionado.
Botão tipo Cogumelo – ao
pressioná-lo, ele é travado permane-
cendo acionado até quando o des-
travarmos girando o botão no sen-
tido horário. Este tipo de botão é
comum nas chamadas chaves de
emergência.
Nesse ponto, vale a pena abordar-
mos os conceitos NA (normalmente
aberto) e NF (normalmente fechado).
Juliano Matias
Phoenix Contact
Na área de Automação Industrial, um dos segmentos mais utilizados até hoje é sem dúvida o da
Pneumática, pois esta possui características de velocidade e força para a realização de tarefas utili-
zando o ar comprimido como fonte de energia. Mas, como se diz que força não é nada sem controle,
abordaremos neste artigo conceitos de elaboração de circuitos eletropneumáticos para controle de
elementos pneumáticos como pistões, válvulas e motores, com o uso de elementos de comutações
elétricas.
Boa leitura!
Em um circuito elétrico um con-
tato NA é um contato que permite a
passagem de corrente elétrica quan-
do o botão é acionado. Um contato
NF é o contrário, isto é, quando o
botão não está acionado ele já está
permitindo a passagem da corrente
elétrica e, ao acioná-lo, a passagem
de corrente é interrompida (figura 2).
Muito cuidado, pois esses conceitos
valem somente para circuitos elétri-
cos, para circuitos pneumáticos eles
Figura 1 - Botão industrial desmontado. Figura 2 - Dois circuitos comutadores: um NA e um NF.
ELETROPNEUMÁTICAELETROPNEUMÁTICAELETROPNEUMÁTICAELETROPNEUMÁTICAELETROPNEUMÁTICA
ELETROPNEUMÁTICA
45MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/2002
ELETROPNEUMÁTICA
são invertidos, uma válvula NA em
pneumática permite a passagem de
ar com a válvula não acionada, en-
quanto uma válvula NF só permite a
passagem de ar com ela acionada,
como podemos ver na figura 3.
Detectores de limite mecânico
Por meio destes dispositivos é
possível a detecção de posições in-
termediárias e finais das hastes dos
cilindros pneumáticos ou dos elemen-
tos mecânicos que estes acionam.
Roletes – são dispositivos que
possuem a finalidade de permitir a
passagem de corrente, sendo que
sua comutação se dá em qualquer
sentido. Mostramos alguns exemplos
na figura 4.
Gatilhos – são similares aos
roletes, porém, seu acionamento
ocorre em apenas um sentido de mo-
vimento, e sua comutação é um pul-
so rápido.
Detectores sem contato
mecânico
Funcionam como detectores de
limite mecânico, tendo como princi-
pais características o não contato
físico com a máquina e a alta veloci-
dade de comutação.
Sensores indutivos – Este tipo
de detector é muito interessante, pois
permite que seja instalado onde as
chaves fim-de-curso muitas vezes
são inviáveis de colocar em uma má-
quina. Também é muito utilizado onde
há necessidade de um alto número
de chaveamentos.
Os sensores indutivos são cons-
tituídos por um circuito oscilador, um
circuito de disparo e um circuito am-
plificador, conforme podemos ver na
figura 5.
O circuito oscilador gera (através
de uma bobina) um campo magnéti-
co que sobressai em forma de um
círculo na face do sensor quando al-
gum objeto metálico se aproxima da
face do sensor, são geradas corren-
tes parasitas no objeto metálico con-
sumindo energia do oscilador e, em
virtude disso, a tensão no oscilador
cai. O circuito de disparo detecta essa
queda na tensão e assume como cir-
cuito ativo, mas esse sinal não gera
energia suficiente para acionar algu-
ma carga elétrica, por isso se faz
necessário um circuito amplificador
para compatibilizar com a carga que
será controlada. Temos alguns
exemplos de sensores indutivos
nas figuras 6 e 7.
Figura 3- Temos um comparativo entre circuitos elétricos e pneumáticos NA e NF.
Figura 4 - Exemplos de chave fim-de-curso (a e b) e chave do tipo rolete
 da empresa Metaltex (c).
Figura 5 - Diagrama em blocos de um sensor indutivo.
Figura 6 - Sensor Indutivo da empresa
FESTO.
Figura 7 - Vários tipos de sensores indutivos.
ELETROPNEUMÁTICA
MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/200246
Contato Reed – Esses elemen-
tos são muito vantajosos em uma
aplicação onde se requer um alto nú-
mero de ciclos de acionamento ou
quando não há espaço para a mon-
tagem de chaves fim-de-curso ou
sensores convencionais. Seu funcio-
namento baseia-se em um elemento
muito conhecido na área de eletrôni-
ca, que é o reed-switch. Ele é consti-
tuído por dois contatos elétricos den-
tro de uma ampola de vidro com gás
inerte, e esses contatos se fecham
mediante a presença de um campo
magnético (figura 8).
Os reed-switches são colocados
no corpo de um cilindro pneumático,
e o êmbolo do cilindro possui um anel
pneumático que, ao passar pelo reed-
switch, força-o a fechar os seus con-
tatos provocando então a passagem
da corrente elétrica por eles.
Bobina tipo solenóide
Nada mais é do que um condutor
enrolado em forma helicoidal. Quan-
do uma corrente elétrica passa por
esse condutor forma-se um campo
magnético no interior do solenóide,
com isso criam-se forças dentro do
solenóide que servem para a movi-
mentação de cargas ferrosas, dando
origem a aplicações eletromecânicas
(relés, solenóides,...).
Os elementos mais utilizados em
aplicações eletropneumática são as
válvulas solenóides (figura 9), as
quais transformam sinais elétricos
em sinais pneumáticos. A parte elé-
trica dessa válvula é constituída por
um cabeçote no qual se encontra
uma bobina com um núcleo metálico
móvel. Ao receber o sinal elétrico, a
bobina produz um campo magnético
que movimenta o núcleo, este movi-
mento provoca o acionamento elétri-
co da válvula pneumática. Existem
várias versões de válvulas, cada
qual para determinada aplicação.
Nas válvulas de acionamento di-
reto a força necessária para a movi-
mentação do carretel tinha que ser
realizada pela própria bobina da vál-
vula, isto é, quanto maior fosse a
válvula maior tinha que ser a bobina
para acioná-la e, conseqüentemen-
te, maior o consumo de energia. Para
evitar esse problema criou-se o co-
mando servopiloto.
Este acionamento tem a função
de acionar pneumaticamente a vál-
vula principal, é como se fosse uma
pequena válvula acionando uma vál-
Figura 8 - Reed-Switch.
Figura 9 - Válvula com acionamento através de solenóides (a). Diferenciação da bobina e do
conector do solenóide (b). Conectores para válvulas da empresa Phoenix Contact (c).
Figura 10- Válvula solenóide de 3/2 vias com acionamento por servopiloto.
ELETROPNEUMÁTICA
47MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/2002
ELETROPNEUMÁTICA
vula maior, com isso quem aciona a
válvula principal é o ar que provém
da válvula piloto (figura 10).
Existem outros equipamentos
básicos para utilização em
eletropneumática, tais como relés
auxiliares, relés temporizadores, en-
tre alguns, porém sendo eles de co-
nhecimento geral na área de
eletroeletrônica não abordaremos os
seus conceitos neste artigo.
COMANDOS PNEUMÁTICOS E
ELETROPNEUMÁTICOS
Existem várias formas e caminhos
para se projetar um circuito eletro-
pneumático. Sendo circuitos lógicos e
binários, podemos adotar o mesmo
conceito da eletrônica digital.
Para isso, na lógica existem dois
estados possíveis:
- 0: quando não há sinal;
- 1: quando há sinal.
Podemos fazer qualquer lógica
combinacional utilizando apenas três
funções lógicas básicas:
- “E”;
- “OU”;- “NÃO”
Função “E”
Essa função se caracteriza por
apresentar o nível lógico 1 na sua
saída somente quando todas as suas
entradas apresentarem nível lógico
1, como podemos ver pela sua tabe-
la verdade da figura 11-a.
Simbologia (figura 11-b).
Circuito Pneumático Equivalente
(figura 11-c).
Circuito Elétrico Equivalente (figu-
ra 11-d).
Função “OU”
Essa função se caracteriza por
apresentar o nível lógico 1 na sua
saída quando alguma das suas en-
tradas apresentar nível lógico 1, como
podemos ver na sua tabela verdade
da figura 12-a.
Simbologia (figura 12-b).
Circuito Pneumático Equivalente
(figura 12-c).
Circuito Elétrico Equivalente (figu-
ra 12-d).
Função “NÃO”
Função também conhecida como
inversora, isto é, o sinal de saída é o
sinal de entrada invertido, como po-
demos ver na sua tabela verdade da
figura 13-a.
Simbologia (figura 13-b).
Circuito Pneumático Equivalente
(figura 13-c)
Circuito Elétrico Equivalente (figu-
ra 13-d).
Bem, como dissemos anterior-
mente, podemos fazer qualquer cir-
Figura 11 - Lógica "E". Tabela verdade (a), símbolo eletrônico de uma Lógica "E" de 4
entradas (b), circuito pneumático equivalente (c) e circuito elétrico equivalente (d).
Figura 12 - Lógica "OU". Tabela verdade (a), símbolo eletrônico de uma Lógica "OU" de 4
entradas (b), circuito pneumático equivalente (c) e circuito elétrico equivalente (d).
ELETROPNEUMÁTICA
MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/200248
cuito que envolva uma lógica
combinacional com as lógicas “E”,
“OU” e “NÃO”, tomemos o exemplo:
S= ((E1 AND E2) OU NOT(E3))
AND E4
Essa equação também é conhe-
cida no seguinte formato:
 +=
Temos nas figuras 14 e 15 a re-
presentação do circuito em blocos ló-
gicos e em representação elétrica.
Figura 14 - Lógica combinacional do circuito.
Figura 15 - Diagrama de contatos elétricos.
EXEMPLOS DE CIRCUITOS
ELETROPNEUMÁTICOS
EXEMPLO 1: Acionamento de um
cilindro de simples ação.
Acionado o botão b1, energiza-
se s1 que pilota a válvula, fazen-
do com que o pistão avance, per-
manecendo assim até que o bo-
tão b 1 se ja desconectado.
Desenergizando s1, a válvula vol-
ta à posição inicial e o cilindro
recua (figura 16).
EXEMPLO 2: Acionamento de um
cilindro de dupla ação.
Acionando-se o botão b 1,
energiza-se s1 que pilota a válvu-
la fazendo com que o p is tão
avance, permanecendo ass im
mesmo que o botão b1 não esteja
mais sendo acionado (pois o re-
torno da válvula não é a mola).
Ao acionar o botão b2 a válvula
Figura 13 - Lógica "NÃO". Tabela verdade (a), símbolo eletrônico (b), circuito pneumático
equivalente (c) e circuito elétrico equivalente (d).
Figura 16 - Exemplo 1 - acionamento de um cilindro de simples ação
 com retorno por mola.
Figura 17- Exemplo 2 - acionamento de um cilindro com uma válvula de 2 posições eletro-
pilotadas.
ELETROPNEUMÁTICA
49MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/2002
ELETROPNEUMÁTICA
CONCLUSÃO
Vimos neste artigo a facilidade de implementação de um circuito eletropneumático. É claro que
demos exemplos de circuitos bem simples, mas eles são a base de qualquer circuito onde emprega-
mos lógica binária de controle.
Na área de Automação Industrial temos ainda vários circuitos onde utilizamos CLPs (Controladores
Lógicos Programáveis) para implementar uma lógica de controle, entretanto, os conceitos são os
mesmos que nós vimos até aqui, a diferença consiste em transcrever o circuito elétrico para alguma
linguagem padrão de CLP como o Ladder, Lista de Instruções, entre outras... Esses temas serão
abordados em outras edições da Mecatrônica Atual.
retorna, fazendo com isso
que o pistão recue (figura 17).
EXEMPLO 3: Dosagem de
Elementos.
Esse úl t imo exemplo
visa a real compreensão
e execução do que seria
uma máquina ut i l izando
circui tos e letropneumá-
ticos, na prática.
Aqui temos um proces-
so por batelada, este é um
dosador de algum elemen-
to cujo volume de material
a ser dosado é a diferença
entre as hastes dos cilin-
Empresas que serviram de
Referências Bibliográficas
para a elaboração deste
artigo:
FESTO
www.festo.com.br
PARKER AUTOMATION
 www.parker.com\automation
PHOENIX CONTACT
 www.phoenixcontact.com
METALTEX
 www.metaltex.com.br
Figura 18 - Exemplo 3 - dosador.
Figura 19 - Exemplo 3 - circuito eletropneumático do dosador.
dros A e B, vezes o diâmetro da
tubulação, como podemos ver na
figura 18.
O processo ocorre da seguinte forma:
quando o operador pressiona o botão de
start o cilindro B avança no sentido b, fe-
chando com isso a tubulação; ao chegar na
chave fim-de-curso b1, esta aciona a
válvula solenóide s3 fazendo com
que o cilindro A recue enchendo a
tubulação de material; quando o ci-
lindro A achar o fim-de-curso b3, o
circuito aciona a válvula solenóide de
retorno do mesmo cilindro (s4) fazen-
do com que ele recue imediatamente
dando tempo somente de encher a tu-
bulação de material. O cilindro A avan-
çado aciona o fim-de-curso b2, fazendo
com que o cilindro B recue liberando o
material e finalizando o processo
(figura 19).???????