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Aula 6 – Sensores discretos Prof. Henrique Marin van der Broocke Campos, eng. eletricista e mestre enghenrique@outlook.com CCE0428 – Redes Industriais e Sistemas Supervisórios Objetivo da aula Abordar resumidamente o estudo de sensores discretos empregados em automação 2 O que vamos aprender Sensores discretos: definições e classificações Noção de interface com CLP 3 Introdução Os sensores que estudamos apresentam uma amplitude do sinal de saída proporcional a amplitude do sinal de entrada, também chamados de sensores de medição ou transdutores, são fundamentais para o controle dinâmico dos processos Em automação o principal objetivo é comandar eventos, como a chegada de um objeto a uma posição, um nível de um líquido a um valor, etc Neste caso utilizam-se, comumente, sensores com saída binária (0 ou 1), que são denominados sensores discretos e classificam-se em: Sensor de contato mecânico Sensor de proximidade 4 Sensor de contato mecânico Para a detecção de um objeto é necessária a aplicação de uma força entre o sensor e o objeto Exemplo: as chaves de contato são dispositivos eletromecânicos que possuem um atuador ligado mecanicamente a um conjunto de contatos. Podem ser distinguidas conforme os critérios: Chave normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF); Contatos momentâneos ou permanentes; Dois ou quatro pares de contatos elétricos; Atuação por pressão; Abertura e fechamento lento de contatos. 5 Sensor de contato mecânico 6 Fonte: MORAES; CASTRUCCI, 2007 Sensor de contato mecânico Alguns exemplos de sensores de contato: Chaves eletromecânicas Chaves Manipuladas pelo Operador do Processo: botoeira, push-button 7 Sensor de contato mecânico Alguns exemplos de sensores de contato: Chaves-limite ou de Fim de Curso: transportadores, portas, elevadores, válvulas. Mecanismos de acionamento comuns: alavanca rolante e alavanca de forquilha. Utiliza o dispositivo micro-switch 8 Sensor de contato mecânico Chaves fim de curso9 Ref.: Youtube – Mundo da Elétrica: “Chave Fim de Curso - O que é e como funciona?” Sensor de contato mecânico Alguns exemplos de sensores de contato: Chaves de nível Chaves de fluxo Chaves de pressão Chaves de temperatura 10 Sensor de proximidade A detecção de um objeto é através da proximidade entre o sensor e o objeto Princípios de funcionamento: Indutivo: detecta alterações num campo eletromagnético, sendo próprio para objetos metálicos; 11 Sensor de proximidade Capacitivo: detecta alterações em um campo eletrostático, sendo próprio para objetos isolantes; 12 Sensor de proximidade Princípios de funcionamento: Fotoelétrico: detecta variações de luz infravermelha; Efeito Hall: detecta alterações de campo magnético. 13 Sensor de proximidade Sensores Reed Possui duas lâminas de contato elétrico no interior de uma ampola preenchida com gás inerte; quando o relé é colocado em um campo magnético, as lâminas se unem e fecham contato 14 Sensor de proximidade Sensores Reed 15 Ref.: Youtube – Mundo da Elétrica: “Reed Switch – o que é?” Sensor de proximidade Sensores ópticos Emitem um feixe de luz e detectam as alterações da intensidade de luz recebida em consequência do movimento de objetos opacos Possuem um emissor de impulsos rápidos de luz infravermelha e um receptor Exemplos: Sensores com fibra ótica; Encoders; sensores ultrassônicos 16 Sensor de proximidade Sensores com fibra ótica A função do cabo de fibra ótica é fazer a transmissão do sinal luminoso do sensor ao local onde se deseja a detecção do objeto 17 Sensor de proximidade Encoders (Codificadores digitais angulares) Serve para a medição da posição ou deslocamento angular em eixos Incrementais: são aqueles que requerem um sistema de contagem de incrementos gerados por um disco girante Absolutos: fornecem uma saída digital para qualquer posição angular do eixo; existem diversas formas de realizar esses dispositivos, usando técnicas de Slip Ring (anel com contatos deslizan- tes), magnéticas e óticas 18 Sensor de proximidade Encoder Incremental 19 Sensor de proximidade Encoder absoluto 20 Sensor de proximidade Sensor ultrassônico Pode ser usado para medir deslocamentos Possui um circuito eletrônico que fornece um trem de pulsos para excitar um transdutor piezoelétrico É gerado um pulso de pressão acústica que se propaga no ar até atingir o alvo ou objeto. Parte da energia acústica do pulso retorna para o transdutor em forma de um eco após um certo intervalo de tempo 21 Sensor de proximidade Sensor ultrassônico d: distância entre o sensor e o anteparo (m) 𝐶0: velocidade do som no ar (m/s) 𝜏: intervalo de tempo contado a partir da transmissão do pulso até a recepção pelo transdutor (s) 22 𝑑 = 𝐶0. 𝜏 2 Sensor de proximidade Sensor Hall 𝑉𝐻 = 𝑅𝐻𝐼𝑋𝐵𝑍 𝑡 𝑉𝐻: tensão gerada pelo efeito Hall 𝑅𝐻: constante Hall do material 𝐼𝑋: corrente através da placa de metal ou semicondutor 𝐵𝑍: densidade de fluxo magnético 23 Interface com o CLP Na automação industrial é comum empregar o CLP, sendo o elemento que recebe as informações dos sensores, podendo permitir a operação do processo automaticamente, além do operador poder monitorar o processo via sistema supervisório 24 Resumo Nesta aula vimos os sensores discretos, que apresentam na saída duas respostas possíveis: 0 ou 1 (contato aberto ou fechado, por exemplo) Podemos citar os sensores de contato mecânico: Chaves eletromecânicas, botoeiras, push-button, chave fim de curso, chaves de nível, chaves de fluxo, chaves de pressão e chaves de temperatura Os sensores de proximidade podem ser baseados nos princípios: indutivo, capacitivo, fotoelétrico e efeito hall. Alguns exemplos: sensores reed, sensores ópticos (com fibra ótica, encoders, ultrassônicos) 25 Dúvidas/perguntas26 Referências Bibliográficas ALVES, José L. L. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. 2. ed. São Paulo: LTC, 2010. MORAES, Cícero Couto de; CASTRUCCI, Plínio de Lauro. Engenharia de Automação Industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. 27
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