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Sensor Sensor é definido como sendo um dispositivo sensível a um fenômeno físico, como temperatura, umidade, luz , pressão, dentre outros Sensor: responsável pela conversão de uma grandeza física para um sinal elétrico que pode ser compreendido pelo CLP Por meio desta sensibilidade os sensores enviam um sinal para os dispositivos de medição e controle. São fundamentais em qualquer sistema de automação. Eles detectam as grandezas físicas ou químicas que são emitidas ao controlador Controlador O dispositivo que utiliza o sinal de erro para determinar ou calcular o sinal de controle a ser aplicado à planta é chamado controlador Em um sistema automatizado, para que se possa calcular e implementar um controlador dedicado é preciso medir matematicamente todo o processo através de sua planta Controlador É o cérebro do sistema de controle – recebe informações dos sensores e botoeiras, processa as informações através da lógica implementada no controlador e passa ao atuador que realizará a ação. Atuadores Os atuadores são dispositivos a serem acionados pra executarem uma determinada força de deslocamento ou outra ação física • Definido pelo sistema controlador por meio de uma ação de controle (maneira pela qual o controlador produz o sinal de controle)] • Podem ser elétricos, magnéticos, hidráulicos, pneumáticos ou acionamento misto • Motores, aquecedores, válvulas e cilindros pneumáticos, dentre outros Os atuadores fazem o sistema trabalhar Cilindro pneumático ou hidráulico VÁLVULAS motores Elementos da automação O uso da automação de processos é fundamental - logo, a obtenção dos valores das variáveis físicas do ambiente a ser automatizado é essencial . - Essa função sensitiva de monitoramento e medição das grandezas físicas do processo é exercida pelos sensores Elementos da automação sistema de medição: os sensores são utilizados como dispositivos para mensurar as grandezas do processo, tais como temperatura, nível, vazão, pressão, etc Observa-se a utilização do sensor como um elemento da malha fechada de controle. Percebe-se então que e de grande valia e importância para as aplicações industriais a correta seleção de um instrumento de medição, onde os critérios de escolha devem seguir padrões adequados a aplicação. Elementos da automação Proteção: sensores podem ser utilizados em diversos ambientes com características destrutivas. Logo deve haver proteção • Proteger as pessoas contra o contato a partes energizadas sem isolamento • Evitar o contato com as partes móveis no interior do envoltório; • Evitar entrada de corpos estranhos; • Proteger o equipamento contra a entrada de água em seu interior. Exemplo de como e identidade o grau de proteção nos equipamentos elétricos. Os envoltórios são especificados poir uma simbologia Elementos da automação Transdutores Os termos sensor e transdutor, na maioria das vezes são usados como sinônimos. Mas de acordo com a definição encontrada na literatura, o transdutor e um instrumento que e constituído pelo sensor e por todos os circuitos de interface utilizados em determinada aplicação. Ele e um dispositivo capaz de alterar a natureza física de um sinal. transformador de corrente (TC), transformador de potencial (TP), termopar, entre outros. Transdutor: vai transformar o sinal em um sinal válido para o clp Sensores de Proximidade Sensor Indutivo São dispositivos eletrônicos capazes de detectar a presença de um objeto sem utilizar contato mecânico entre o acionador e o sensor - vida útil longa - Opera em condições de trabalho severas - - principal função: detecção de objetos metálicos Sensor Indutivo Sensor Indutivo Sensor Indutivo Led acende Sensor Indutivo Oscilação pára até chegar a zero Emite sinal de saída e passa para o clp Fecha o contato e passa o sinal. Sensor Indutivo - Modelos Seu princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta frequência que é desenvolvido por uma bobina instalada na face sensora Funcionamento Baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta frequência que é desenvolvido na fase sensora Este campo é gerado por uma bobina ressonante que faz parte de um circuito oscilador. Quando um metal aproxima do campo por corrente de Foucault absorve energia do campo e diminui a amplitude do sinal gerado no oscilador A variação da amplitude é convertida em uma variação de tensão contínua que comprada com um valor padrão passa a atuar no estágio de saída. Funcionamento INDUTIVO O princípio de funcionamento: O sensor possui internamente um oscilador e uma bobina que juntos geram um campo magnético de pequena amplitude. Assim, quando um material qualquer entre no campo, pequenas correntes são induzidas na superfície do mesmo, e através da interferência magnética com o campo que gera uma diminuição da energia no oscilador, que faz com que ocorra uma queda de tensão no circuito do oscilador. O circuito do sensor percebe essa diferença de tensão e muda o estato presente no sensor. Funcionamento Indutivo Oscilador Um oscilador eletrônico ou oscilador eletrônico, é um circuito eletrônico que produz um sinal eletrônico repetitivo, frequentemente uma onda senoidal ou uma onda quadrada, sem a necessidade de aplicação de um sinal externo. Indutivo Histerese é a diferença entre o ponto de acionamento (quando o alvo metálico se aproxima da fase sensora) e o ponto de “desacionamento” (quando o alvo afasta-se do sensor) este valor é importante, pois garante uma diferença entre o ponto de acionamento e desacionamento, evitando que uma possível vibração do sensor ou acionador, a saída ocile Sensor Indutivo - Funcionamento - Sensora sai o campo eletromagnético - Manda um sinal para o clp, por exemplo, uso para controlar o que desejar Sensor Indutivo - Funcionamento - Detecta a peça - Veja os contatos, abre e fecha - Por ex: contator C1 liga o motor - C2: a peça passou abre Funcionamento Fase sensora: superfície que emerge o campo eletromagnético Distância de Acionamento a distância depende da intensidade do campo eletromagnético que depende do tamanho da bobina Distância Sensora : é a distância em que, aproximando-se o acionador da face sensora, o sensor muda de estado de saída Distância Sensora nominal (Sn): é a distância sensora teórica, a qual utiliza o alvo padrão como acionamento e não considera as variações causadas pela industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. O valor que os sensores de proximidade indutivos são especificados Funcionamento Distância Sensora operacional(So): é a distância que seguramente é possível operar, considerando todas as variações da industrialização, temperatura e tensão de alimentação. Fórmula Funcionamento Material do acionador A distância sensora nominal varia com o tipo de metal, ou seja, é especificada pra o ferro ou aço, e necessita ser multiplicada por um fator de correção para outros materiais. Material fator Aço inox – 0.85 Latão – 0.5 Alumínio 0.4 Cobre 0.3 Funcionamento Indutivo um objeto metálico ao aproximar-se do campo do sensor, absorve a energia produzida pelo oscilador, e assim, quando o objeto estiver em um ponto próximo da faixa, o fluxo de energia para o oscilador, e, o sensor, muda o estado de saída. ➢São os mais comuns na indústria, tem baixo custo, comparados aos capacitivos. ➢Seu funcionamento baseia-se na variação da indutância do campo eletromagnético gerado por uma bobina, quandoobjetos metálicos passam próximo da face sensora Indutivo www.youtube.com/watch?v=dZKesqSYtZA www.youtube.com/watch?v=-JDLNyNXORY Na indústria - indutivo contar peças, medir velocidade, Detecção de presença ou ausência de um material metálico; Detecção de passagem de material; Detecção de fim de curso; Contagem e reconhecimento de pulsos por meio de componente mecânico dentado; Identificação de materiais metálicos; Leitura de posição (longa distância); Sensor de posição de cilindro Sensor de mesa transportadora Sensor de velocidade de rotação Fim de curso para prensa Fim de curso de uma mesa . Na indústria Na indústria Na indústria Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto Capacitivo Tb não precisam de contato físico para detectar algum objeto ➢Tem como principal vantagem poder detectar objetos metálicos e não metálicos, ao contrario do indutivo que só detecta objetos metálicos. ➢Outra vantagem é que podem detectar dentro de recipientes não metálicos. ➢Estes sensores são usados geralmente na indústria de alimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques Capacitivo Contrário do funcionamento indutivo. Ao aproximar uma peça a constante dielétrica começa a interferir no capacitor. Aumentando o campo de Oscilação – logo, identifica a peça QUALQUER PEÇA. METAL E NÃO METAL Constante dielétrica (ε) é uma propriedade do material isolante utilizado em capacitores que influi na capacitância total do dispositivo. Capacitivo Posso colocar a sensibilidade : mais ou menos sensível Pode ser usado para detecção de nível, porém depende da constante dielétrica: Ex: constante dielétrica do vidro é 3.7, logo ele não enxerga a parede do vidro, somente enxerga o álcool, que é alta Quando o nível do álcool baixar ele não identificara mais nada – o que indica tanque vazio Ex2: Não enxerga a parede e nem o flúor. Capacitivo Funcionamento: baseia-se na geração de um campo elétrico desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor Capacitor é um componente que armazena cargas elétricas num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica Capacitivo - funcionamento Ocorre um mudança no valor da capacitância formada pela placa sensível ao ambiente, devido a alteração do valor da frequência de oscilação do circuito ressonante pela aproximação de um alvo qualquer Capacitância ou capacidade elétrica é a grandeza escalar determinada pela quantidade de energia elétrica que pode ser acumulada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que atravessa um capacitor numa determinada frequência. Sua unidade é dada em farad Capacitivo - funcionamento O lado sensível de um sensor capacitivo é formado por dois eletrodos metálicos que equivalem a um capacitor Quando um objeto se aproxima da face ativa do sensor, ele entra no campo elétrico sob a superfície do eletrodo e causa uma mudança na capacitância do conjunto, ocorrendo uma oscilação com uma amplitude tal que seja detectada por um circuito e convertida em comando de chaveamento Eletrodo: Nome genérico dos pólios condutores de corrente elétrica de um sistema que gera ou consome energia elétrica. O objetivo do elétrodo é proporcionar uma transferência de elétrons que se encontram entre o meio em que o eléctrodo está inserido através de corrente elétrica Capacitivo ➢São usados para medir: ➢Detecção de umidade, de nível, de proximidade, etc Sensor Capacitivo de proximidade: baseia-se no fenômeno de variação do dielétrico. Para qualquer tipo de material: plástico, farinha, madeira, etc Sensor Capacitivo de nível: detectar nível de líquido de tanques Normalmente, o sensor e instalado em paralelo com uma parede vertical de um tanque feito de material condutor. Assim, ao decorrer do tempo que o espaço entre a parede e o eletrodo e preenchido pelo tanque, a capacitância cresce na proporção do nível do material Sensor Capacitivo de detecção de umidade: medição do potencial da água no solo. A variação da capacitância, basicamente dependera do tipo e da quantidade de matéria presente entre as placas Dielétrico: é um isolante elétrico que, sob a atuação de um campo elétrico exterior acima do limite de sua rigidez dielétrica permite o fluxo de corrente elétrica Elétrodo: eletrodo, conhecido por polo, de maneira geral é o terminal utilizado para conectar um circuito elétrico a uma parte metálica ou não metálica ou solução aquosa Capacitivo Aplicações Detecção de material condutor Detecção de material não condutor Detectar sapatos em uma esteira transportadora Detectar nível de reservatório Nível de uma coluna de água Verificar se as garrafas já foram inseridas na caixa Aplicações Capacitivo www.youtube.com/watch?v=jeBQJI-YwVc www.youtube.com/watch?v=QItuf6lNvmI Capacitivo www.youtube.com/watch?v=jeBQJI-YwVc www.youtube.com/watch?v=QItuf6lNvmI Sensor de ultrassom Sensor de ultrasom Ultrassónico: bate no material e volta nele, então ele conta este pulso através do circuito oscilador Sensor de ultrasom Sensor de ultrassom O sensor ultrassom é um dos equipamentos muito utilizados pelas indústrias, devido a sua precisão e por não precisarem de contato físico. Ora funciona como emissor sonoro, ora como receptor. Pode ser detector de proximidade ou presença ou ausência Detecta qualquer tipo de material, independente da forma, cor, constituição, é imune a poeira, umidade e atmosferas agressivas Sensor de ultrassom . é um dispositivo muito utilizado na indústria para medição de distância e detecção de posição de materiais granulados, materiais em pó e fluidos Sensor de ultrasom – características genéricas Desvantagem: necessidade de alinhamento angular, relativa baixa velocidade. Sensor de ultrassom Detectar folga no cilindro Detecção de caixa Detecção de pilha de madeira Sensor de ultrassom – características genéricas A transparência, poeira, sujeira ou vapor não representam problemas e podemos afirmar que tudo que reflete o som pode ser detectado e consequentemente medido a distância. Podem medir distâncias que variam de 20mm a 20 metros com erro de medição de 1% do valor medido. preciso e confiável. Sensor de ultrasom – características genéricas Sensor de ultrasom – características genéricas Sensor de ultrassom – características genéricas Sensor fotoelétrico ou ópticos Sensor Óptico (Reflexivos Feixe de Luz) O princípio de funcionamento pode ser explicado basicamente pelo sinal de luz que é gerado pelo emissor, modulado para uma determinada frequência e assim o receptor do sinal do sensor é acoplado a um filtro que somente considera sinais com a mesma frequência, minimizando assim possíveis interferências, ou seja, ruídos de outras fontes luminosas Sensor Óptico (Reflexivos Feixe de Luz) Sensor Óptico - diagrama de bloco Sensor Óptico (Reflexivos Feixe de Luz) Componentes fotoelétricos:existe um grande número no mercado. LED é um exemplo. Diodos emissores de luz infravermelhos são muito utilizados em sensores, devido ao custo e adaptabilidade Sensor Óptico (Reflexivos Feixe de Luz) Sensor Óptico (Reflexivos Feixe de Luz) Sensor Óptico (Reflexivos Feixe de Luz) Sensor Óptico (Reflexivos Feixe de Luz) Vídeos interessantes: www.youtube.com/watch?v=avivPkTaQgI www.youtube.com/watch?v=OMQTB9fNaTs Sensor Óptico Sensor de Visão O sensor de visão é composto por células fotoelétricas que possuem a função de capturar uma imagem. A qualidade desta captura depende bastante da quantidade de células fotoelétricas que o sensor possui e esta medida é dada em pixels. Depois de capturar a imagem, o sensor de visão compara as características da imagem com uma imagem pré definida armazenada na memória do sensor e emite um sinal de conforme ou não conforme. Sensor Óptico Detectar imperfeição em uma lata Caso haja rejeição, descartar a lata - O sensor e visão foi fixado de forma a pegar a imagem do topo da lata - Lata 1 - padrão Sensor Visão Padrões de reconhecimento que podem ser adotados para os sensores de visão: Diferenças de contraste – Aplicado em peças que possuem variação de cor; Diferenças de brilho – Complementa o padrão acima podendo até reconhecer peças que foram ou não usinadas; Tamanho ou diâmetro; Reconhecimento de caracteres – Padrão adotado para reconhecer posição de etiquetas, gravação ou não das etiquetas, embalagem correta, etc; Diferença de contornos; Leitura de códigos de barras, QR codes e Textos alfa- numéricos: Sensor Visão Sensor Visão Sensor Visão Sensor de Visão da Balluff • Checagem de Brilho; • Comparação de Contraste; • Checagem de Posições; • Contagem de Bordas; • Comparação de Tamanhos; • Checagem de Contornos; • Comparação de Caracteres; • Reconhecimento de padrões em 360 graus. Sensores de Vazão e Fluxo A vazão representa a quantidade de líquidos, gases ou vapores, que passa em um determinado ponto em um certo período de tempo, e sua unidade passa a ser por vazão ou massa. Sensores detectam determinado fluido que passa através de uma tubulação. Objetivo: acompanhar, controlar e determinar a quantidade de produtos produzidos e elaboradas no processo. www.youtube.com/watch?v=XuQWQBi0k3o www.youtube.com/watch?v=-XD0LmJyYJQ www.youtube.com/watch?v=kHpZN92V9JM www.youtube.com/watch?v=68Q47lEcVgI Sensores de Vazão e Fluxo Sensores de temperatura indústria, veículos, eletrodomésticos, etc. Podem ser: termistores: resistores sensíveis a temperatura termopares: mede diferença de temperatura par bimetálico: são duas chapas de diferentes materiais com índices diferentes de dilação. Com aquecimento: Abrir ou fechar o contato eletrônicos: usadas em placas de circuito impresso pirômetros: medir temperatura corpo sem contato com sensor www.youtube.com/watch?v=DCwUVLF2g6Y www.youtube.com/watch?v=JtTXvNwguhU Sensores de temperatura Muito utilizados na indústria Aumenta a resistência de acordo com a temperatura Altitude Sensor para medir altura e ou altitude. medindo a quantidade de pressão estática do ar aplicada sobre o mesmo, determinando então a altura sobre o nível do mar Aviões, radares, satélites, e nos centros de comando de tráfego aéreo www.youtube.com/watch?v=DCwUVLF2g6Y www.youtube.com/watch?v=JtTXvNwguhU Tempo absoluto A medição de tempo muitas vezes representa um importante aspecto do sensoriamento e da tomada de medidas. O registro acurado do tempo permite que os fatos registrados pelos sensores sejam reconstruídos, permitindo entender os acontecimentos em um sistema. Tempo absoluto www.youtube.com/watch?v=DCwUVLF2g6Y www.youtube.com/watch?v=JtTXvNwguhU Tempo absoluto Em uma situação de exemplo supondo que em um barramento ha 3 geradores interconectados cada um com um transformador de potencial e um datalogger conforme diagrama . Considerando que o relógio do primeiro gerador esteja atrasado 30 segundos e que ocorra uma falha no mesmo que conduza a uma falha no segundo após alguns segundos e no terceiro por último. Uma análise das informações registradas levara a crença de que a falha foi produzida pelo segundo gerador conduzindo a uma subsequente do terceiro e após do primeiro. Encoders Muitas vezes não é considerado um sensor, mas pode sim ser um sensor de posicionamento de eixos ou velocidade de rotação dos motores com alta precisão. Robôs e máquinas ferramentas Encoder absoluto: medem o deslocamento em relação a um ponto de referência interno do dispositivo Encoder incremental: indica o deslocamento somente em relação a um pondo inicial de referência Encoders Controle numérico de máquinas Impressoras Controle de posição Controle de posição de radar www.youtube.com/watch?v=cn83jR2mchw www.youtube.com/watch?v=2f6ywLevPI0 Encoders Tacômetro Taquímetro: medir o número de rotações de um motor. São bastante utilizados no controle do processo produtivo e da segurança do trabalho O Tacômetro baseia-se no princípio do motor de corrente CC com escovas que funcionam como gerador, e o campo magnético e obtido por meio de um imã permanente cujos polos encontram-se dispostos nas faces. Sensor de força Sensor de força É um transdutor que mede deformações no corpo de acordo com a resistência - Insere uma carga na coluna suporte, a mesma é comprimida gerando um aumento da área transversal e uma diminuição do comprimento, diminuindo então o valor da resistência RFID Projeto Ao selecionar uma plataforma de controle para automatizar uma máquina, você deve primeiro decidir: quero aumentar produtividade? Melhor repetibilidade? Precisão? Preciso de servomotores ou motores de passo? Servomotores geralmente terá uma melhor aceleração e velocidade máxima característica de um passo. Os motores de passo fazem melhor ao seguira uma posição sem hesitar Que tipo de controlador, será trabalho de um plc? Ou preciso de um dedicado. Para material básico e controle de transporte o PLC é uma boa escolha Projeto Se a engrenagem eletrônica de alta velocidade, o registro do produto ou movimento mais complexo for necessária, um controlador de movimento/máquina dedicada e uma escolha melhor. Se o tratamento dos dados e necessária, em seguida, um controlador de movimento/maquina mais dedicada faria melhor. Será que o controlador faz o trabalho? . Certifique-se o controlador tem o poder do processador para executar todas as funções necessárias. executar varias tarefas simultaneamente. Procure um processador rápido, memória suficiente , etc Logo, para automação vários conhecimentos são necessários Atuadores Industriais Nos sistemas de controle industrial, um atuador é um dispositivo de hardware que converte um sinal de comando do controlador em uma mudança em um parâmetro físico Atuadores podem ser classificados em 3 categorias: Elétrico: mais comuns. Hidráulico: grandes forças são necessárias. Pneumático: usam ar comprimido como energia (aplicados a força relativamente baixa, devido a baixa pressões do ar. ) Movimento: linear ou rotativo Atuadores Industriais Atuadores lineares Um atuador linear e um atuador que cria o movimento em uma linha reta, em contraste com o movimento circular de um motor elétrico convencional. Usados: ferramentas e máquinas industriais, em periféricos de computador, tais como discos rígidos e impressoras, em válvulas e amortecedores, e em muitos outros lugares onde e necessário movimento linear.Atuadores Industriais Atuadores lineares • Atuadores Elétricos: Acionado por um motor elétrico. São os mais comuns. O movimento rotativo do motor é convertido para o deslocamento linear. Há muitos projetos de atuadores modernos. Atuadores Industriais Atuadores hidráulicos: envolvem tipicamente um cilindro oco com um pistão inserido. Uma pressão aplicada gera a força para mover um objeto. . Exemplo operado manualmente é o macaco hidráulico. Tipicamente é controlado por uma bomba hidráulica Atuadores pneumáticos: semelhante ao hidráulico, mas usa ar comprimido: Atuadores de ar não são necessariamente usado para máquinas pesadas e casos em que grandes quantidades de peso estão presentes. A fonte de energia é simplesmente um compressor de ar. • como o ar é a fonte de entrada podem ser utilizados em mtos locais • desvantagem: compressores de ar são grandes, volumosos, alto. São difíceis de transportar uma vez instalados. • Tentem a vazar e isso os tornam menos eficientes Atuadores Industriais • . Atuadores mecânicos: operam através da conversão de movimento rotativo em movimento linear • Atuadores piezoeléctricos: O efeito piezoeléctrico e uma propriedade de certos materiais em que a aplicação de uma tensão ao material faz com que ele se expanda. Voltagens muito elevadas correspondem a apenas pequenas expansões. Como resultado, os atuadores piezoeléctricos podem alcançar resolução de posicionamento extremamente fina, mas também têm um alcance muito curto de movimento. Além disso, os materiais piezoeléctricos apresentam histerese que torna difícil controlar a sua expansão de uma maneira reproduzível. Atuadores Industriais 1 N = 1 kg x 1 m/s² 1 kN = 1000 N Atuadores Industriais A maioria dos atuadores atuais são construídos para alta velocidade, força, ou um compromisso entre os dois. Ao considerar um atuador para uma determinada aplicação, as especiações mais importantes são tipicamente curso, velocidade, forca, manutenção, precisão e vida util. Existem muitos tipos de motores que podem ser usados em sistemas atuadores Motores com ou sem escova Passo Indução: operar uma válvula grande em uma refinaria (precisão não é necessária) Servomotores: robô e preciso de maior precisão Motores Elétricos Converte energia elétrica → energia mecânica Na automação são mais utilizados: 1 – motores de CC 2 – Motores de CA 3 - Motores de passo Estator: componente fixo em forma de anel Rotor: parte cilindrica que gira dentro do estator
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