TÉCNICAS DE COMANDOS PNEUMÁTICOS 1
Apostila de Técnicas de Comandos Pneumáticos. MICRO CAPACITAÇÃO - 2006 Coordenação: Cláudio Júlio Francisco José Eduardo May Revisão técnica: Cláudio Julio Francisco Eduardo May Fernando Alvaraz Conteúdo, Ilustrações, Formatação e Edição de Texto: Ricardo da Silva Moreira MICRO Capacitação Contínua Nosso departamento de capacitação tem como missão desenvolver competências e habilidades nos recursos humanos dos usuários MICRO Através de cursos, seminários e materiais didáticos de suporte, difundimos as tecnologias aplicáveis nos automatismos atuais. Objetivos - Oferecer capacitação e treinamento - Contribuir para melhoria contínua no atendimento e satisfação do usuário - Difundir as tecnologias de ponta que oferecem um amplo leque de soluções em automatismos, otimização de produtos e economia de energia. - Instruir tecnologicamente os formadores de nível secundário, superior ou profissional. - Participar da vinculação tecnológica entre instituições educacionais e produtivas. - Fornecer o equipamento e os materiais didáticos específicos e de suporte. Sujeito a Revisão sem aviso prévio. 2
APRESENTAÇÃO Derivado do termo grego πνευματικός (pneumatikos que significa "fôlego", "alma"), a 'pneumática é o uso de gás pressurizado na ciência e tecnologia "Pelas razões mencionadas e à vista, posso chegar à conclusão de que o homem dominará e poderá elevar-se sobre o ar mediante grandes asas construídas por si, contra a resistência da gravidade". Leonardo Da Vinci A frase demonstra apenas uma das muitas possibilidades de aproveitamento do ar na técnica, o que ocorre hoje em dia em grande escala, como meio de racionalização do trabalho. O ar comprimido vem encontrando, cada vez mais, campo de aplicação na indústria, assim como a água, a energia elétrica, etc. 3
ÍNDICE Denominação dos elementos pneumáticos em um circuito de comando 5 Tipos de seqüência 6 Elaboração de circuitos pneumáticos 7 Escolhendo um método 7 Elaboração de circuitos intuitivamente 8 Algumas maneiras de evitar ou eliminar a contra pressão 10 Elaboração de circuitos pelo método cascata 12 Elaboração de circuitos pelo método passo-a-passo 17 Condições Marginais 20 4
TÉCNICAS DE COMANDOS PNEUMÁTICOS DENOMINAÇÃO DOS ELEMENTOS PNEUMÁTICOS EM UM CIRCUITO DE COMANDO Denominação dos orifícios de utilização de válvulas pneumáticas conforme normas DIN/ISO. DIN = 24.300 ISO = 1.219 P = Pressão 1 = Pressão A,B,C = Utilização (vias de trabalho) 2, 4, 6 = Utilização (vias de trabalho) R,S,T = Escape (exaustão) 3, 5, 7 = Escape (exaustão). X,Y,Z = Pilotagem 10, 12,14 = Pilotagem. Para denominação dos elementos de trabalho, Cilindros, utiliza-se números seguidos de ponto e zero. Exemplo: 1.0, 2.0, 3.0... Para denominação dos elementos de comando, aqueles que comandam diretamente os elementos de trabalho, utiliza-se o numero do elemento de trabalho, seguido de ponto e numero um. Exemplo: 1.1, 2.1, 3.1... Para denominação dos elementos de sinal, aqueles que pilotam os elementos de comando, utiliza-se o número do elemento de trabalho, seguido de ponto e um número par para aqueles elementos responsáveis pelo avanço dos elementos de trabalho, e ponto e um número impar para aqueles responsáveis pelo retorno dos elementos de trabalho. Exemplo: Elementos de sinal de avanço: 1.2, 2.2, 3.2, 1.4, 2.4,3.4... Elementos de sinal de recuo : 1.3, 2.3, 3.3, 1.5, 2.5, 3.5... Para denominação das unidades de preparação de ar utiliza-se o numero zero, seguidos de ponto e um numero crescente. Exemplo: 0.1, 0.2, 0.3... 5
Para denominação de válvulas reguladoras de fluxo e válvulas de escape rápido, utiliza-se o numero do elemento de trabalho seguidos de zero e um numero par para os elementos responsáveis pelo avanço do cilindro e zero ponto e um numero impar para os elementos responsáveis pelo retorno dos elementos de trabalho. Exemplo : 1.02, 1.03, 2.02, 2.03... TIPOS DE SEQUÊNCIAS Há dois tipos de seqüências para comandos pneumáticos: - Seqüência direta, não ocorre contra pressão. - Seqüência indireta, ocorre contra pressão. Consideramos contra pressão, quando uma válvula de função memória recebe sinais simultâneos e opostos, também chamado de sobreposição de sinais. Uma seqüência de comando pneumático sempre será composta de uma quantia par de passos de movimentos, pois para todo elemento de trabalho que avançar, em algum momento da seqüência ele deverá recuar. Assim sendo dividindo-se uma seqüência ao meio, deve-se verificar as ordens de suas metades. Caso elas estejam na mesma ordem trata-se de uma seqüência direta, caso contrário será uma seqüência indireta. Exemplo: A+B+ A-B- ( seqüência direta ) A+B+ B-A- ( seqüência indireta ) A+B+C+ A-B-C- ( seqüência direta ) A+C+B- A-C-B+ ( seqüência direta ) A+B+C+A- D+B-D-C- ( seqüência indireta ) A+B+B- A-B+B- ( seqüência indireta ) * *No ultimo exemplo, embora as letras sigam a mesma ordem, trata-se de uma seqüência indireta, porque o mesmo cilindro executa dois movimentos em uma mesma metade. 6
ELABORAÇÃO DE CIRCUITOS PNEUMÁTICOS Na elaboração de um projeto, muitos métodos podem ser empregados. Porém o critério principal para a escolha de cada um reside quase sempre em atender as necessidades de cada usuário. Entre essas necessidades, destacam-se algumas, como por exemplo, a economia de tempo de elaboração e custo final do projeto. Também é importante que não exista a obrigação de especializar pessoas para o projeto, montagem e principalmente para a manutenção do sistema. As modificações eventuais devem ser previstas e também quando ocorrerem, não podem requerer muito tempo. Outro ponto importante em um projeto pneumático é a possibilidade de uma rápida localização de defeitos, assim como substituição fácil e rápida dos componentes. Enfim, os circuitos devem ser seguros e confiáveis. Projetistas experientes podem resolver intuitivamente, mediante meios reduzidos, defeitos simples. Em caso de problemas mais extensos ou que tenham a necessidade de mudanças freqüentes na seqüência, surge a exigência constante de novas soluções. Para estes casos, métodos mais racionais deverão ser buscados, visando uma maior rapidez para a solução.além da solução intuitiva que depende da experiência de cada projetista, existem dois métodos que são os mais utilizados para resolução de circuitos pneumáticos, são eles: Método CASCATA e o Método PASSO-A-PASSO. ESCOLHENDO UM MÉTODO Se a seqüência for indireta e de poucos passos, o circuito poderá ser elaborado intuitivamente, caso contrário, se a seqüência indireta e de muitos passos, devemos considerar um dos dois métodos indicados. Podemos considerar uma seqüência de poucos passos se a mesma possuir até seis passos. Exemplo: A+B+ B- A- (indireta e de poucos passos) A+C+C- B+B-A- ( indireta e de poucos passos ) A+A-B+C+ C-A+A-B- ( indireta e de muitos passos ) 7
ELABORAÇÃO DE CIRCUITOS INTUITIVAMENTE Elaborar circuitos pneumáticos intuitivamente é uma forma muito utilizada de solução de circuitos pneumáticos, mas presta-se aos casos onde a seqüência é simples (direta e de poucos passos). Esta forma de solução torna-se inconveniente para seqüências mais complexas, por exigir bloqueio de sinais, válvulas de função memória, emissores de sinais com acionamentos escamoteáveis, cortes de sinais, etc. Tais procedimentos, além de elevar o número de componentes, torna a solução mais demorada e incerta quanto ao funcionamento. A isso se soma o fato de que somente a pessoa que o projetou, terá pleno domínio deste, por se tratar de uma solução criativa e pessoal. E quando em funcionamento, em caso de avaria, a busca do defeito é problemática e demorada, comprometendo, portanto a solução. Seqüência exemplo: A+A-B+B- PROCEDIMENTO PARA A ELABORAÇÃO Passo 1 : Fazer o diagrama de movimentos Trajeto e Passo Passos : 1 2 3 4 A B Verificar as possibilidades de contra pressão (sinais simultâneos e opostos para o mesmo elemento de trabalho) Passo 2 : Desenhar os elementos de trabalho, para a seqüência exemplo A+A- B+B-, já entende-se que esta possui dois elementos de trabalho. Passo 3 : Desenhar os elementos de comando,identificando-os, pois isso torna mais fácil a visualização da solução do circuito. Para dois elementos de trabalho, teremos o mesmo número de elementos de comando. Passo 4 : Desenhar os elementos de sinais, identificando-os conforme as solicitações da seqüência. 8
Considerando os passos anteriores, teremos : Passo 5 : Desenhar a alimentação dos elementos de sinal e de comando, e traçar as linhas de alimentação, sinais e trabalho. Passo 6 : Desenhar o acionamento dos emissores de sinal. Observação: Verificar as possibilidades de contra pressão utilizando conhecimentos de recursos existentes para elimina-la do circuito: Válvulas com acionamento escamoteável, válvulas de corte de sinal, válvulas com função memória. Considerando os passos 5 e 6, teremos: 9
ALGUMAS MANEIRAS DE EVITAR OU ELIMINAR A CONTRA PRESSÃO Para eliminar uma contra pressão podemos utilizar: - Válvulas de acionamento tipo escamoteável (Gatilho) Um acionamento tipo escamoteável (gatilho) na válvula que estiver mantendo o sinal, pois esta tem a finalidade de emitir um sinal de curta duração. O gatilho em sua instalação, jamais poderá ficar acionado, caso contrário, perderá sua função. - Válvulas com função Memória É chamada de válvulas Memória todas as válvulas que possuem duplo acionamento, acionamento duplo piloto ou duplo solenóide (para o caso de elétroválvulas). Podemos utilizar uma válvula com função memória de 3/2 vias (NF), instaladas em série com a válvula que está provocando a contra pressão. Válvula Memória Obs: Para eliminar a contra pressão, o emissor de sinal, além de pilotar o elemento de comando, também deverá pilotar a válvula memória, para eliminar a contra pressão. 10
Obs: Se em um circuito for necessário acrescentar duas válvulas memória para cortar sinais, e ambas forem pilotadas (onde uma abre e outra fecha) pelos mesmos emissores de sinal, elas poderão ser substituídas por uma válvula memória de 5/2 vias (inversora de sinal), que passará a alimentar as válvulas que provocam a contra pressão. 11
ELABORAÇÃO DE CIRCUITOS PELO MÉTODO CASCATA Este método é utilizado quando se tem uma seqüência indireta e não muito extensa, até 7 grupos. Quantidade de grupos em uma seqüência: Para determinar a quantidade de grupos em uma seqüência, deve-se dividi-la da esquerda para direita, de tal forma que em cada grupo, não haja repetição de letras. Exemplo: Considere a seqüências a seguir : A+B+B-B+A-C+C-B-A+A- A+B+B-B+A-A+C+C-A+A- Com a divisão dos grupos, as seqüências ficarão: A+B+ B- B+A-C+ C-B-A+ A- ( 5 grupos ) A+B+ B- B+A- A+C+ C-A+ A- ( 6 grupos ) O método cascata consiste em selecionar linhas de pressão, através de válvulas com função memórias (5/2 vias ou 4/2 vias), alimentadas em série, de tal forma que somente uma linha de pressão terá ar por vez. As contra pressões do circuito são eliminadas nas trocas de linha. O numero de memórias não deve ultrapassar seis, devido à queda de pressão que irá surgir (provocada pela alimentação das memórias em série) retardando assim os sinais. Projeção de um circuito Cascata para selecionar quatro grupos (quatro linhas de pressão). 12
Obs: A pressão de início encontra-se sempre na ultima linha, devido à posição inicial da ultima válvula memória. A alimentação do sinal de partida é sempre ligada a ultima linha do circuito cascata, que é a linha que inicialmente possui pressão. Os sinais de final de curso responsáveis pela troca de grupos são sempre alimentados pela linha anterior ao próximo passo, garantindo a troca de linha em seqüência e a anulação de contra pressões. Para ter pressão na linha um, aciona-se a partida, que irá pilotar a ultima válvula memória, de cima para baixo. Neste instante a ultima linha que alimenta o botão de partida ficará em exaustão (eliminando uma sobreposição de sinal) e a primeira linha, de cima para baixo, ficará com pressão, habilitando a execução dos passos do primeiro grupo. O sinal de fim de curso do ultimo passo do grupo um irá enviar um sinal para que a primeira válvula da seqüência em cascata comute, trocando o ar da primeira linha para segunda linha, desta forma, colocando a pressão da primeira linha em exaustão e habilitando os passos do segundo grupo (linha dois). Da mesma forma, o sinal de fim de curso do ultimo passo do grupo dois, irá enviar um sinal para a segunda válvula da seqüência em cascata, trocando o ar da segunda linha para a terceira linha, habilitando os passos do terceiro grupo (linha três) e colocando a pressão da segunda linha em exaustão, anulando dessa forma as contra pressões. E assim sucessivamente até que a linha com pressão seja novamente a ultima, permitindo que a válvula de partida seja acionada novamente e um novo ciclo se reinicie. 13
ELABORANDO UM CIRCUITO COM O MÉTODO CASCATA Passo 1 Dividir a seqüência em grupos. Passo 2 O número de linhas de pressão será igual ao número de grupos Passo 3 O número de válvulas memória que atuam como selecionadoras de linha de pressão será igual ao número de linhas menos um. Exemplo: para cinco linhas de pressão, quatro válvulas selecionadoras. Passo 4 A alimentação do botão de partida, vem da ultima linha do circuito cascata. Passo 5 A ultima válvula do circuito cascata, que alimenta a ultima linha é desenhada inicialmente acionada, e o sinal de partida é dado na pilotagem do lado direito da válvula, reposicionando-a a posição inicial e desta forma colocando a pressão da ultima linha em exaustão e direcionando o ar diretamente para a primeira linha. Passo 6 As válvulas de sinal de fim de curso, responsáveis pela troca de ar de linhas de pressão, são sempre desenhadas abaixo do grupo de linhas de pressão. Passo 7 As Válvulas de sinal de fim de curso responsáveis pelos passos do mesmo grupo, são desenhadas a cima do grupo de linhas de pressão. Projeção de um circuito em cascata de dois grupos: 14
Projeção de um circuito em cascata de três grupos: DESENVOLVENDO O CIRCUITO PELO MÉTODO CASCATA Passo 1 Dividir a seqüência em grupos. Passo 2 Verificar os movimentos de cilindros em cada grupo. Passo 3 Verificar o primeiro passo de cada grupo, as válvulas de comando, nestes casos serão pilotadas diretamente pelas linhas de pressão respectivas ao seu grupo. Passo 4 Desenhar as linhas de pressão. Passo 5 Desenhar a projeção seqüência Cascata. Passo 6 Desenhar os emissores de sinais que pilotarão para a troca de linhas e fazer as ligações de alimentação e pilotagem das mesmas. Passo 7 Fazer as ligações de alimentação para as válvulas de comando. Passo 8 Fazer as ligações de pilotagem das válvulas de comando. Passo 9 Apagar as pontas sobressalentes das linhas de pressão. 15
Assim sendo, para a seqüência a seguir, teremos o seguinte circuito. A+B+B-C+C-A- A+B+ B-C+ C- A- (três grupos) 16
ELABORAÇÃO DE CIRCUITOS PELO MÉTODO PASSO-A-PASSO A resolução de circuitos pelo método passo-a-passo, é uma técnica que, como no método Cascata, não exige muito por parte daquele que o elabora, possui uma certa semelhança com o método Cascata, pois as contra-pressões são eliminadas nas trocas de linhas, que são selecionadas em seqüência por válvulas de função memória de 3/2 vias ligadas em paralelo, ou seja, cada uma recebe pressão diretamente da rede. Devido a isso, o numero de passos são ilimitados, pois não ocorre queda de pressão nas emissões de sinais como no método cascata. Porém para resolução de circuitos por este método, só podemos construir um circuito passo-a-passo a partir de 3 grupos, pois em circuitos de 2 grupos, acontecerá uma contra pressão na ultima válvula do circuito. Dividindo a seqüência, novamente por grupos, assim como no método cascata, o circuito irá passo-a-passo alternando os momentos de pressão nas linhas de cada grupo, da ultima linha para a primeira, da primeira para a segunda e assim por diante. Projeção de um circuito passo-a-passo de quatro linhas de pressão (quatro grupos). Neste sistema a pressão se encontra na linha quatro, a qual esta sendo alimentada pela ultima memória da direita. No instante que for dada a partida, esta pilotará a primeira válvula, direcionando o ar para a primeira linha que pilotará a ultima válvula da direita, cortando o ar da ultima linha. O fim de curso responsável pelo ultimo movimento do primeiro grupo, irá pilotar a segunda válvula do circuito passo-a-passo que irá reposicinar a primeira válvula, direcionando para exaustão o ar contido na primeira linha e alimentado a segunda linha com pressão. 17
Assim consecutivamente até que a ultima válvula seja pilotada, alimentado a ultima linha. Permitindo que um novo pulso seja dado no botão de partida, iniciando um novo ciclo. A estruturação da cadeia passo-a-passo, é baseada em blocos de comando de linhas de pressão. Estes blocos são formados por uma válvula função memória de 3/2 vias e um emissor de sinal (válvula com acionamento tipo rolete, ou acionamento manual por botão, no caso da válvula de partida do sistema). PASSOS PARA A ELABORAÇÃO DE UM CIRCUITO PASSO-A-PASSO Passo 1 Dividir a seqüência por grupos Passo 2 Verificar os movimentos dos elementos de trabalho de cada grupo. Passo 3 Verificar quais emissores de sinais pilotarão as válvulas de comando. Passo 4 Verificar quais emissores de sinais pilotarão as válvulas memória, efetuando assim a troca de linhas de pressão. Passo 5 Verificar o primeiro passo de cada grupo. As válvulas de comando serão pilotadas pelas suas respectivas linhas. Passo 6 Desenhar os elementos de trabalho e suas respectivas válvulas de comando. Passo 7 Desenhar a cadeia passo-a-passo para o grupo de linhas, um bloco para cada linha. Os blocos são formados por um elemento de sinal e uma válvula função memória de 3/2 vias. Exemplo de um bloco de comando de linha de pressão: 18
Passo 8 Fazer as ligações de pilotagem das válvulas de comando (direto da linha) Passo 9 Fazer a ligação dos emissores de sinais para a troca de linhas. Passo 10 Apagar as pontas sobressalentes das linhas de pressão. Desta forma, para a seguinte seqüência, A+B+B-A-C+C-, teremos o seguinte circuito. A+B+ B-A-C+ C- ( 3 grupos ) 19
CONDIÇÕES MARGINAIS São opções que o circuito oferece para facilitar a operação da máquina, por exemplo: Obs: - Parada de emergência - Ciclo único ou continuo - Manual, passo por passo. - Reset. A parada de emergência deve ser analisada caso a caso, máquina por máquina, pois em algumas situações o cilindro deverá parar onde ele se encontra e retornar de imediato, ou parar com pressão (fixando uma peça, por exemplo), ou cortar a pressão de todos os cilindros. Para desenvolvimento de seqüências emergenciais, deverá ser feito um estudo, junto ao operador do equipamento e o técnico de segurança do trabalho da empresa, buscando analisar todas as situações de risco que a máquina/equipamento, pode oferecer ao operador do mesmo. O projetista pode orientar e dar algumas possibilidades de movimentos de acordo com a tecnologia empregada na concepção do projeto final, mas nunca poderá se responsabilizar pelo projeto final da seqüência emergencial, sem antes consultar o usuário final e o técnico de segurança do trabalho, respeitando as normas internas e de segurança de cada empresa. 20
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