Aplicação - Avanço e recuo de um cilindro

Vamos começar a nossa aula com uma aplicação industrial bem simples: o avanço e recuo automático de um cilindro de dupla ação (Figura 19). Esse procedimento é o “carro chefe” de boa parte das aplicações industriais, e sem ele não poderíamos, por exemplo, empurrar caixas, amassar chapas, ou selecionar um dado material na linha de produção. Dessa forma, ele será o nosso ponto de partida para as demais aplicações.

A ideia é desenvolver um programa em Ladder que utilize três sinais de entrada e dois sinais de saída. São eles: um sinal de entrada referente à botoeira de início ($S^{1}$); dois sinais de entrada referentes aos sensores de fim de curso ($a_0$ e $a_1$); e dois sinais de saída referentes à válvula de comando, sendo um para cada solenoide ($A^{+}$ e $A^{-}$). O objetivo inicial é realizar o avanço e recuo automático do cilindro uma única vez através de $S_1$. Considere que todas as chaves físicas (sensores de fim de curso) e botoeiras são do tipo NA.

Para solucionar esse problema, utilizaremos o método do GRAFCET, dividindo o nosso processo em etapas. A primeira delas corresponde à etapa inicial, que será identificada por “0” e terá como finalidade apenas aguardar até que a botoeira $S_1$ seja pressionada (primeira condição de transição). Se isso acontecer, o sistema deve prosseguir para uma nova etapa (etapa “1”), em que o cilindro vai avançar até que o sensor de fim de curso ($a_1$) seja acionado (segunda condição de transição). Nesse caso, o sistema deve sair da etapa atual (etapa “1”) e passar para a seguinte (etapa “2”), que será responsável por recuar o cilindro até que o sensor de fim de curso $a_0$ seja acionado (terceira condição de transição). Por fim, se a0 for ativado, o sistema deve retornar para a etapa “0”, na qual ficará aguardando até que a chave de início seja novamente pressionada. O Quadro 2 apresenta um resumo da referida sequência.

Com base na tabela apresentada, podemos obter o GRAFCET da Figura 20. Note o sentido de evolução das etapas, as condições de transição e as ações associadas.

O próximo passo é desenvolver o nosso diagrama Ladder. Assim como na aula passada, vamos utilizar chaves e solenoides para representar as variáveis auxiliares do sistema ($F_0$, $F_1$ e $F_2$), chaves para representar os sinais de entrada (nesse caso, somente uma, $S_1$) e solenoides para representar as saídas $(A^{+}$ e $A^{-})$. Novamente, cada variável auxiliar está associada a uma etapa do GRAFCET (Figura 20).

A primeira situação que devemos considerar está relacionada ao “despertar” do CLP. Normalmente, quando o programa é iniciado, o valor de todas as variáveis auxiliares é “0”. Dessa forma, é preciso garantir que a etapa inicial $(F_0)$ seja ativada e, assim, forçar o início do processo. É o que deve fazer a linha 1 (Figura 21) do nosso programa. Caso o valor das variáveis $F_0$, $F_1$ e $F_2$ seja “0” (nesse caso, nenhuma etapa está definida como ativa), a variável $F_0$ recebe “1”, indicando que o sistema vai para a etapa inicial “0”. Lembre-se que é possível representar as nossas variáveis (e entradas) por chaves do tipo NA ou NF, o que depende da lógica desejada. Quando são utilizadas chaves NF, por exemplo, caso a variável associada receba “0”, a chave se mantém na sua condição original, ou seja, fechada. No caso da linha 1, a alimentação do solenoide F0 está condicionada ao estado das chaves $F_0$, $F_1$ e $F_2$, que são do tipo NF. Em outras palavras, a variável $F_0$ só recebe “1” (solenoide $F_0$ alimentado), caso o valor das variáveis $F_1$, $F_2$ e $F_3$ seja “0” (chaves $F_1$, $F_2$ e $F_3$ fechadas).

A próxima linha do programa (linha 2) deve ser responsável pela etapa “0” do sistema, ou seja, pela implementação da sua ação associada e da respectiva condição de transição para a etapa seguinte. Então, o que devemos fazer? De acordo com o GRAFCET da Figura 20, o programa deve apenas aguardar até que um sinal externo (fechamento da chave $S_1$) seja identificado, gerando uma mudança de etapa logo em seguida. Note que não existe uma ação associada explícita (além de aguardar), apenas uma condição de transição. Em relação ao Ladder, podemos “traduzir” essa etapa em duas chaves do tipo NA em série, uma que representa o estado $F_0$ e outra que representa a botoeira externa $S_1$, além de dois solenoides em paralelo, porém em série com as chaves. Um dos solenoides corresponde ao da variável $F_0$, indicando que, caso seja alimentado, a variável $F_0$ recebe “0” (solenoide do tipo “R”). Em paralelo, o segundo solenoide corresponde ao da variável F_1, indicando que, caso seja alimentado, a variável F1 recebe “1” (solenoide do tipo “S”). Em suma, caso as chaves F0 e S estejam na condição fechada, os solenoides F0 e F1 serão alimentados e, dessa forma, o sistema sai da etapa “0” para a etapa “1”.

A próxima linha do programa (linha 3) deve ser responsável pela implementação da etapa “1” do sistema. Inicialmente, trabalharemos a sua ação associada que, nesse caso, corresponde ao avanço do cilindro (Figura 20) e, em seguida, a sua condição de transição. Sendo assim, precisamos, antes de tudo, saber se a etapa “1” está ativa. Em caso positivo, devemos acionar o solenoide de avanço do cilindro e desacionar o solenoide de recuo (para evitar a queima da válvula). Para tal, vamos utilizar uma chave NA (associada à variável F1) em série com duas bobinas que estão em paralelo, sendo uma para cada ação do cilindro, avanço (A+) e recuo (A-). Quando energizadas (chave F1 fechada), a saída A+ recebe “1”, enquanto a saída A- recebe “0”.

Já definimos como proceder com a ação associada da etapa “1”. Agora, vamos nos preocupar com a sua condição de transição. De acordo com o GRAFCET da Figura 20, essa condição está relacionada ao sensor de fim de curso $a_1$. Quando acionado, o sistema deve sair da etapa “1” para a etapa “2”. No nosso programa, isso deve se traduzir em uma chave NA (associada à variável $F_1$) em série com outra chave NA (associada à variável $a_1$), que por sua vez, está em série com dois solenoides em paralelo, sendo um para cada variável auxiliar, $F_1$ e $F_2$. Dessa forma, quando essas chaves estiverem fechadas, os dois solenoides serão energizados, fazendo com que a variável $F_1$ receba “0” (R) e a variável $F_2$ receba “1” (S). Note que a chave $F_1$, mencionada no parágrafo anterior, foi novamente utilizada para verificar se a etapa “1” está ativa.

Por fim, a próxima linha do programa (linha 4) deve ser responsável pela implementação da etapa “2” do sistema. Essa etapa é muito similar à etapa anterior, exceto pelo fato de que o cilindro deve recuar (ação associada), em vez de avançar, até que o sensor de fim de curso seja acionado (condição de transição). Porém, a estrutura de programação é a mesma. Devemos apenas tomar cuidado em substituir as chaves e os solenoides anteriores pelos atuais. A Figura 24 apresenta essa implementação.

O diagrama Ladder completo é apresentado na Figura 25. Note que ele nada mais é do que a união de todas as linhas apresentadas anteriormente nas Figuras 21, 22, 23 e 24.