Comandos de Eletropneumática Exercícios Comentados para Elaboração, Montagem e Ensaios O Método Intuitivo de elaboração de circuitos: As técnicas de elaboração de circuitos eletropneumáticos fazem parte das informações tecnológicas necessárias para o desenho de qualquer circuito elétrico de comando seguro e eficaz para o controle dos movimentos de atuadores pneumáticos. O método intuitivo, dentre outras, é uma destas técnicas. No método intuitivo utiliza-se o mecanismo do pensamento e do raciocínio humano na busca da solução de uma situação-problema apresentada. Dessa forma, se podem obter diferentes soluções para um mesmo problema em questão, que é característica principal do método intuitivo. Porém nada impede que o método intuitivo se apóie também em alguma forma de ferramenta. Tanto o método intuitivo (quando bem apoiado por uma ferramenta de raciocínio), quanto o método cascata (também chamado de seqüência mínima ou minimização de contatos) apresentam a característica de reduzir número de relés auxiliares utilizados no comando elétrico. Tal redução é muito desejável quando se projeta um comando que será implementado utilizando componentes físicos reais, pois significa considerável redução de custos. Entretanto o método intuitivo difere do método cascata pela forma de raciocínio e pelo tipo de ferramenta de apoio utilizada: o método intuitivo é apoiado pela ferramenta denominada Mapa de Acionamentos, utilizando como referência um diagrama Trajeto-Passo e / ou uma Seqüência Algébrica. Exemplo de mapa de acionamentos: RELÊS AUXILIARES SOLENOIDES DE VÁLVULAS MOVIMENTOS DA SEQÜÊNCIA CHAVES FIM DE CURSO Sem tal ferramenta de apoio o método intuitivo é possível, mas se torna muito menos eficiente não garantindo uma minimização do uso de relês auxiliares e ficando ainda dependente de uma rotina de tentativa e erro. O método intuitivo considera ainda duas regras básicas: Utiliza relês auxiliares para funções de memorização do comando de válvulas direcionais que são acionadas por simples solenóide; 1
Utiliza relês auxiliares para resolver problemas de lógica seqüencial: com o recurso da combinação de sinais de modo a prover a habilitação ou desabilitação de um dado sinal de comando para os casos de sobreposição de sinais. A sobreposição de sinais ocorre de um modo que ela afeta o comando de um próximo movimento de uma dada seqüência, sempre após a ocorrência de dois movimentos consecutivos de sentidos opostos, de um mesmo atuador. A combinação de sinais é implementada associando-se em série ou paralelo no circuito os contatos relativos a estes sinais: Dois contatos NA em série se a função da combinação for ligar um relê auxiliar ou um solenóide de válvula (função lógica E ); Dois contatos NF em paralelo se a função da combinação for desligar um relê auxiliar ou um solenóide de válvula (função lógica Não-E ). Exercício: Dado o diagrama pneumático abaixo: A S1 S2 B S3 S4 Y1 Y2 Y3 Usando o método intuitivo, elaborar o diagrama de comando para as seguintes seqüências: 1- A+ B+ A- B- 2- A+ A- B+ B- 3- A+ B+ B- A- 4- A+ A- B+ A+ A- B- Considere ainda, para elaboração do circuito de comando de todas as 4 seqüências propostas, a necessidade de incluir um botão de partida, manualmente comandado, para dar início à execução da seqüência de acionamentos. 2
Exemplos de Soluções para os Exercícios Propostos: Situação Inicial da Planta (para todos os exercícios propostos) Situação de repouso do sistema com alimentação de ar ligada: A B 1- A+ B+ A- B- Comentário: Comece o mapa de acionamentos assinalando nele a seqüência de movimentos desejada: RELÊS AUXILIARES SOLENOIDES DE VÁLVULAS MOVIMENTOS DA SEQÜÊNCIA A+ B+ A- B- CHAVES FIM DE CURSO Em acionamentos seqüenciais de atuadores eletropneumáticos, normalmente o primeiro movimento é comandado a partir do acionamento manual de um botão de partida (push-button) e cada um dos movimentos subseqüentes é comandado a partir do acionamento da respectiva chave de fim de curso do movimento anterior. A única exceção a essa regra são os casos de seqüências nas quais ocorre sobreposição de sinais, conforme a definição dada à ocorrência desses casos. B1 RELÊS AUXILIARES SOLENOIDES DE VÁLVULAS MOVIMENTOS DA SEQÜÊNCIA A+ B+ A- B- CHAVES FIM DE CURSO S2 S4 S1 S3 3
Para se solucionar a lógica de comando para um acionamento seqüencial devemos começar com os seguintes questionamentos: Qual solenóide dever ser energizado para provocar um dado movimento? A válvula associada a esse solenóide é de duplo ou simples solenóide? No caso de válvula de duplo solenóide, além de acionar o solenóide relacionado ao movimento desejado, deve-se também tomar o cuidado de que o solenóide do movimento oposto não esteja simultaneamente acionado, caso contrário, a contrapressão impediria o movimento desejado. Já no caso de válvula de simples solenóide com retorno por mola, para retornar basta apenas cortar a energia do solenóide de avanço, mas, em contrapartida, é preciso se ter em mente a necessidade de manter a energização do solenóide de avanço por tanto tempo quanto se deseje que o avanço seja mantido e é justamente aqui que faz necessária a utilização de um relê auxiliar. Para que o relê auxiliar mantenha o solenóide de avanço ativado é necessário que o seu comando possua alguma forma de retenção. Esta retenção pode ser obtida por um esquema de ligação que utiliza um contato NA do próprio relê (K1) associado em paralelo com o contato NA do elemento acionador (B1) para manter o relê energizado. A este contato denominamos contato de selo, e o esquema de ligação é conforme mostrado na figura a seguir: Repare que sempre que utilizarmos este esquema de ligação, nós podemos antecipadamente prever a necessidade do uso de um contato NF em série (por exemplo, S4), para que tenhamos a possibilidade de, no devido momento, desenergizar o relê. Caso contrário o relê permaneceria selado, energizado por tempo indefinido. Podemos considerar o comando para esta seqüência (A+ B+ A- B-) relativamente simples de solucionar uma vez que nela não ocorre sobreposição de sinais, pois nesta seqüência não há ocorrência de dois movimentos consecutivos de sentidos opostos, de um mesmo atuador. Assim, usaremos apenas um relê auxiliar, que terá a finalidade de fazer a retenção da ativação da válvula simples solenóide associadas ao cilindro A. Mapa de Acionamentos: B1 RELÊS AUXILIARES K1 K1 SOLENOIDES DE VÁLVULAS Y1 Y2 Y1 Y3 MOVIMENTOS DA SEQÜÊNCIA A+ B+ A- B- CHAVES FIM DE CURSO S2 S4 S1 S3 4
Diagrama de Comando: Versão 1 : Esta solução de comando atende perfeitamente a necessidade da seqüência especificada. No entanto algo ainda pode ser melhorado. Repare que o solenóide Y3 permanece energizado mesmo quando a planta esta em seu estado de repouso. Isso pode não ser conveniente, pois pode reduzir a vida útil do solenóide bem como significa um desperdício de energia elétrica. Podemos facilmente ser evitado com uma pequena modificação na linha de comando do solenóide Y3, conforme apresentado a seguir: 5
Versão 2 : Coluna Extra B1 RELÊS AUXILIARES K1 K1 SOLENOIDES DE VÁLVULAS Y1 Y2 Y1 Y3 Y3 MOVIMENTOS DA SEQÜÊNCIA A+ B+ A- B- CHAVES FIM DE CURSO S2 S4 S1 S3 Associando um contato NF de S3 à linha de comando do solenóide Y3 evitamos que o mesmo permaneça energizado quando a planta se encontra no estado de repouso. Problema semelhante a este poderá ocorrer em outras seqüências dadas, assim, para que a solução do mesmo não fique como um aprimoramento a posteriori, podemos assumir como regra, adotarmos de antemão que o mapa de acionamentos tenha sempre uma coluna a mais que o número de movimentos previstos na seqüência. Algo ainda interessante de ser notado é que nós ativamos o solenóide Y3 sem nos preocuparmos em desativar o solenóide Y2, sendo que ambos estão associados à mesma válvula direcional duplo solenóide. Isto foi possível devido ao fato de que ao ativarmos Y3, Y2 já havia se desligado automaticamente no início do movimento A-. Mas fique atento, pois este desligamento automático nem sempre ocorre em outras seqüências, como é o caso das que veremos posteriormente. 6
2- A+ A- B+ B- Comentário: Nesta seqüência também usaremos um relê auxiliar com a finalidade de fazer a retenção da ativação da válvula simples solenóide associadas ao cilindro A. Entretanto um segundo relê auxiliar será também necessário, pois nesta seqüência certamente temos a ocorrência de sobreposição de sinais, uma vez que temos dois movimentos consecutivos de sentidos opostos de um mesmo atuador (A+ A-), afetando a ativação do próximo movimento da seqüência (B+); Temos ainda outros dois movimentos consecutivos e de sentidos opostos de um mesmo atuador (B+ B-), mas, neste caso, estes movimentos encerram a seqüência, não existindo assim, nenhum movimento posterior que venha a ter seu comando afetado. O modo como o comando do movimento B+ é afetado pela sobreposição de sinais é que tal movimento não poderá ser comandado simplesmente pela condição dada pelo sinal da chave de fim de curso do movimento imediatamente anterior (S1), mas sim, devemos criar uma outra condição apropriada para comandar este movimento. Isso porque devemos considerar e diferenciar duas situações: 1) A chave fim de curso S1 está acionada por que ainda não executamos o movimento A+, por exemplo, a planta está no estado de repouso, ou; 2) A chave fim de curso S1 está acionada por que já acabamos de realizar o movimento A-. Somente no segundo caso o movimento B+ deverá ser executado, mas no primeiro caso ele deve ser evitado! Deste modo, a condição adequada para ativar o movimento B+ é: A chave S1 deve estar acionada E O movimento A+ já deve ter sido previamente executado Assim devemos fazer uso de um relê auxiliar (K2) para memorizar que o evento A+ já foi executado. Mapa de Acionamentos: B1 RELÊS AUXILIARES K1 K2 K1 K2 SOLENOIDES DE VÁLVULAS Y1 Y1 Y2 Y2 Y3 MOVIMENTOS DA SEQÜÊNCIA A+ A- B+ B- CHAVES FIM DE CURSO S2 K2 S1 S4 S3 7
Repare que, ao final do movimento A-, o sinal da chave de fim de curso S1 se torna ativo mas o comando do próximo movimento (B+) não será feito diretamente por este sinal (S1), mas sim por uma combinação E deste sinal com o sinal do relê K2, ou seja: S1 K2 A função E é representada pelo símbolo. Em termos de circuito, podemos implementar tal função E por associar em série dois contatos Nados respectivos sinais, como mostrado a seguir: O solenóide Y2 somente será energizado se, e somente se, ambos os contatos K2 e S1 forem acionados, ou seja, somente se K2 E S1 forem simultaneamente acionados. Diagrama de Comando: Versão 1 : 8
Versão 2 : Repare que, diferentemente do exercício anterior não foi necessária a utilização da coluna extra do mapa de acionamentos, uma vez que o solenóide Y3 se desliga automaticamente ao iniciarmos o último movimento (B-). As duas soluções de comando mostradas acima satisfazem igualmente a seqüência do exercício 2, o único detalhe diferente é que: Na versão 2 usamos a seguinte estratégia: S2 K2 K1 Enquanto que na versão 1 usamos a estratégia: S2 K2 K1 Apesar da diferença, a funcionalidade é exatamente a mesma, no entanto, via de regra, a versão 2 é mais conveniente para a consistência do método intuitivo, ou seja, se precisamos ligar um relê auxiliar e, concomitantemente, desligar outro, primeiramente devemos ligar o relê que precisa ser ligado para em seguida, usamos um de seus próprios contatos, para desligar o outro relê que precisamos desligar. Essa conveniência é devida a alguns bons motivos, os quais não se aplicam agora neste exercício, com esta seqüência, mas que surgirão com certeza nos próximos exercícios, que têm seqüências em ordens diferentes e que possuem maior número de movimentos. Entre estes motivos podemos alistar: O relê auxiliar a ser ligado num determinado momento é sempre um único relê, ao passo que no mesmo momento relês a serem desligados podem vir a serem vários; Nos casos em que o comando para ligar um determinado relê resulta de uma combinação de sinais (combinação de contatos), uma vez que este relê seja efetivamente ligado, um único contato deste relê já carrega toda a condição da combinação de sinais; 9