O Site do Hardware Livre - OSHW

Circuitos de Automação Industrial (MEC169)

Os Microcontroladores para aplicações industriais como os PlCs, Basic, Stamps e outros que proporcionam a montagem de sofisticados Controles Lógicos Programáveis (CLPs) consistem numa solução importante para a indústria moderna.

No entanto, é preciso lembrar que muitas vezes precisamos de pequenos automatisrnos que podem ser conseguidos com circuitos muito mais simples e, portanto, muito mais baratos.

A coletânea de circuitos simples de automação pode ser de grande utilidade nestes casos.

Estes circuitos servem de sugestão para os leitores mais habilidosos que podem usá-los da forma apresentada ou introduzir modificações e aperfeiçoamentos segundo às suas necessidades.

Os microprocessadores oferecem recursos inimagináveis para a automação e com ajuda dos computadores podem fazer com que as máquinas se tornem totalmente automatizadas, parecendo até "pensar”.

A utilização de “máquinas inteligentes" baseadas em automatismos controlados por circuitos eletrônicos é cada vez mais frequente, mesmo na pequena indústria.

No entanto, conforme dissemos na introdução existem pequenas operações que visam automatizar um ou outro mecanismo e, pela sua simplicidade, não precisam se basear em circuitos sofisticados.

Circuitos com integrados simples e até mesmo componentes discretos podem realizar estas operações.

Para os leitores avançados demais no conhecimento de automatismos com microprocessadores e que talvez tenham esquecido a velha e tradicional eletrônica do discreto e do circuito integrado não dedicado damos uma pequena coletânea destes circuitos.

Lembramos que muitos deles podem até funcionar agregados a sistemas mais sofisticados com microprocessadores operando como interfaces para automatismos secundários.

 

DETECTOR DE AUSENCIA DE PULSO

Eis um circuito bastante interessante em aplicações industriais e mesmo outras.

Ele detecta quando numa sequência de pulsos intervalados falta um.

Acoplado a uma esteira que transporta produtos, por exemplo, ele pode fazer soar um alarme na falta de uma unidade na sequência que deve ser embalada, conforme mostra a figura 1.

 

   Figura 1 – Detector de ausência de pulsos
Figura 1 – Detector de ausência de pulsos

 

 O princípio de funcionamento é simples: se usarmos um contador óptico ou um detector que produza pulsos na passagem do produto, ele enviará um pulso a um monoestável redisparável como o 555, em intervalos regulares.

O monoestável é ajustado para ter uma temporização que seja um pouco maior que o maior intervalo previsto entre a passagem de dois produtos sucessivos.

Isso significa que, em condições normais de funcionamento, antes da saída do 555 voltar a zero na temporização pelo primeiro disparo, haverá o redisparo pelo segundo produto.

Se o tempo de passagem for maior que esta temporização, o que vai ocorrer se faltar um produto na esteira, a saída do circuito voltará ao nível baixo, e com isso um relé ou sistema de aviso será acionado.

Na figura 2 temos o circuito básico para este detector.

 

   Figura 2 – Detector de ausência de pulso
Figura 2 – Detector de ausência de pulso

 

 O tempo que dependerá do intervalo entre os pulsos que devem ser detectados é ajustado no trimpot R e capacitor C.

Capacitores entre 10 nF e mais de 100 pF podem ser usados conforme a velocidade de passagem dos produtos ou o intervalo entre os pulsos que devam ser detectados.

Podemos-utilizar este mesmo circuito numa esteira para detectar uma redução abrupta de sua velocidade ou um travamento, bastando para isso usar sensores que produzam pulsos com sua movimentação.

Uma solução interessante é apresentada na figura 3 onde temos uma roda com ressaltos acoplada ao sistema de movimentação, ativando micro-Switches ou reed-switches.

 

Figura 3 – Sensor de rotação
Figura 3 – Sensor de rotação

 

 

Outra aplicação que pode ser criada a partir deste circuito básico é num sistema de vigilância noturna simplificada.

Colocando o circuito para um intervalo de tempo longo, por exemplo, da ordem de meia hora, e na saída um contador de impulsos, da maneira indicada na figura 4, obriga-se um vigilante noturno a pressionar um interruptor em intervalos de menos de meia hora.

Cada vez que essa operação não for feita, é enviado um pulso para o contador, e no dia seguinte, é possível contar quantas vezes ele faltou com sua obrigação.

A necessidade de acionar o pulsador a intervalos de menos de meia hora impede que o vigilante durma.

 

BIESTÁVEL EFICIENTE

Ligar e desligar um relé a partir de pulsos de comando enviados por micro-Switches, reed-Switches ou outros sensores pode ser a base de muitos automatismos.

Na figura 4 mostramos como isso pode ser feito com um circuito integrado 555 (monoestável) e um flip-f/op do tipo 4013.

 

 

Figura 4 – Biestável eficiente
Figura 4 – Biestável eficiente

 

 

A finalidade do circuito integrado 555 é evitar o disparo errático do sistema devido a repiques do interruptor usado como sensor.

Ocorre que no fechamento de um interruptor existe uma faixa de tempo em que a corrente varia de modo aleatório, conforme verificamos na figura 5 e que pode levar um circuito digital a interpretar isso como um certo número de pulsos.

 

   Figura 5 – Sinal de comutação com repiques
Figura 5 – Sinal de comutação com repiques

 

 

Se usarmos um flip-flop para acionamento de uma carga externa, ele pode interpretar o fechamento de um interruptor como uma sequência de abre-e-fecha, levando-o a um estado imprevisível na saída.

Com um monoestável temos a garantia de que no fechamento do sensor é produzido um pulso único de duração constante na saída para a comutação do flip-flop, figura 6.

 

 

 Figura 6 – Sinal sem repiques
Figura 6 – Sinal sem repiques

 

 

A duração do pulso depende do capacitor C e do resistor R, que podem variar numa ampla faixa de valores. R pode ficar entre 1 K Ω e 1 M Ω e C pode ficar entre 1 nF e 100 µF.

O tempo deste pulso dependerá da aplicação, mas para processos mecânicos comuns, como os que ocorrem em máquinas industriais e automatismos, sugerimos o uso de um capacitor de 10 nF e um resistor de 10 k Ω.

Estes componentes produzirão um pulso de alguns milissegundos, tempo bem maior que o necessário para a estabilização da corrente nos contatos no sensor.

Os pulsos do 555 são enviados a um flip-flop que muda de estado controlando um relé ou outro dispositivo de potência que a aplicação exija.

Foi utilizado um circuito integrado 4013 pela sua eficiência, pela possibilidade de agregar um reset ao estabelecer a tensão, levando-o sempre ao mesmo estado inicial e finalmente, pelo seu baixo custo.

 

SEQUENCIADOR PROGRAMÁVEL

Os microprocessadores com memórias de boa capacidade permitem a execução de operações em sequência, e como característica principal destes circuitos, estas sequências podem ser alteradas em função de dados de entrada, segundo o programa preestabelecido.

Este tipo de comportamento nem sempre é necessário num automatismo simples e sequências fixas de operações em tempos programados podem ser obtidas com componentes baratos e até mesmo discretos.

Um sequenciador de 10 passos com saídas programadas pode ser feito com base num circuito integrado 4017.

Na figura 7 temos a base deste circuito.

 

   Figura 7 – Sequenciador 4017
Figura 7 – Sequenciador 4017

 

 

Um oscilador com base num circuito integrado 555 determina os tempos de cada operação, ou seja, o tempo em que determinadas saídas, conforme a programação, permanecem no nível alto.

Podemos alterar estes tempos entre frações de segundo e muitos minutos, de acordo com a aplicação desejada.

Os sinais deste oscilador são aplicados à entrada de um contador Johnson que possui 10 saídas.

Estas saídas são do tipo 1 de 10, ou seja, a cada pulso de saída do oscilador, uma saída do 4017 vai ao nível alto, passando a anterior, que estava no nível alto, para o nível baixo.

O diagrama de tempos da figura 8 mostra o que ocorre.

 

   Figura 8 – Diagrama de tempos do 4017
Figura 8 – Diagrama de tempos do 4017

 

 

Veja que os tempos de nível alto são todos iguais, o que deve ser previsto na aplicação.

Se o acionamento pretendido para um automatismo for sequencial, este circuito pode ser empregado diretamente com uma das interfaces de potência mostradas na figura 9.

 

Figura 9 – Interfaces de potência para o 4017
Figura 9 – Interfaces de potência para o 4017

 

 

No entanto, é mais comum que na aplicação desejada tenhamos diversos dispositivos acionados ao mesmo tempo em combinações diferentes.

Por exemplo, podemos querer que no primeiro pulso sejam acionados um relé e uma lâmpada.

No segundo pulso, podemos desejar que outro relé e lâmpada sejam ativados e finalmente, num terceiro pulso, os dois relés é que serão ativados, veja a figura 10.

 

 

 Figura 10 – Acionamento programado
Figura 10 – Acionamento programado

 

 

Como obter tudo isso?

Na figura 11 mostramos como isso pode ser feito através de uma matriz de diodos.

 

Figura 11 – Usando uma matriz de diodos
Figura 11 – Usando uma matriz de diodos

 

 

Quando a saída 1 está no nível alto, os diodos D, e D2 conduzem e assim, o primeiro e o segundo transistor são acionados (Q1 e Q2).

Quando a saída 2 está no nível alto, os diodos D3 e D4 conduzem, e assim, O3 e Q2 são polarizados de modo a alimentar seus circuitos de carga.

No terceiro pulso, quando a saída 3 vai ao nível alto, os diodos D5 e D6

 Planejando os diodos, podemos ter 10 passos de acionamento com tantas combinações de dispositivos acionados quantas a aplicação exija.

Urna idéia interessante a ser explorada com base neste circuito é a elaboração de matrizes de programação do circuito encaixáveis em slots, conforme mostra a figura 12.

 

Figura 12 – Usando slots
Figura 12 – Usando slots

 

 

Cada matriz pode conter a sequência de acionamento de dispositivos de uma máquina, exatamente como cartões de programa.

Veja que o princípio de funcionamento deste circuito é o mesmo de automatismos industriais obtidos com cartões perfurados, porém de construção simples com base em dispositivos eletrônicos de fácil obtenção.

Para obter acionamentos mais complicados, as saídas da matriz podem ser levadas a circuitos monoestáveis e biestáveis.

Com os monoestáveis teremos saídas com tempos diferenciados do ciclo do oscilador, podendo ser ajustadas conforme a aplicação, como indicado na figura 13.

 

   Figura 13 – Monoestável acionado pela matriz
Figura 13 – Monoestável acionado pela matriz

 

 

Com biestáveis, podemos ligar um circuito com o primeiro pulso e desligá-lo com qualquer pulso da sequência depois dele.

 

CONCLUSÃO

Automatismos simples e até mesmo de alguma complexidade podem ser elaborados com componentes de baixo custo e fácil obtenção, substituindo até determinados CLPs em aplicações menos críticas.

Nos casos em que a programação é muito simples ou não haja programação ou necessidade de trabalhar com sinais de entrada ou de desvios

de comportamento, o que caracteriza o uso (os microprocessadores, até mesmo componentes comuns como o 555, 4017 e outros podem ser usados.

Outros artigos no site, na seção de mecatrônica, podem ser encontrados com ideias semelhantes e novas aplicações.

 

Opinião

Chegamos a 2018 (OP175)

Muitas coisas são prometidas para este ano. Temos a esperança de que ocorram mudanças onde elas devem ocorrer e esperamos que o desenvolvimento tecnológico de nosso país avance de modo a podermos estar emparelhados ou à frente dos principais países do mundo. Isso depende de nós e para ajudar neste propósito continuamos a fornecer mais e mais conteúdo para nosso site.

Leia mais...

BUSCA DATASHEET

N° do componente->   (Como usar este quadro de busca)


Perigo
Quem ama o perigo, nele perece. (Quien ama El peligro, en el perece.)
Cervantes (1547 1616) Dom Quixote Cap XX Parte II - Ver mais frases


Instituto Newton C Braga
Entre em contato - Como Anunciar - Políticas do Site

Apoio Social
Lions Clube de Guarulhos Sul SOS Mater Amabilis
Advertise in Brazil
If your business is Electronics, components or devices, this site is the correct place to insert your advertisement (see more)