Os circuitos elétricos de comando

Antes de começarmos a trabalhar com a linguagem de programação Ladder, vamos falar um pouco sobre os circuitos elétricos de comando. No passado, esses circuitos dominavam o comando das válvulas e cilindros. Porém, com o avanço das tecnologias, eles foram substituídos pelos Controladores Lógicos Programáveis (CLP), o que gerou uma grande revolução na forma de lidar com os sistemas eletropneumáticos. Para evitar problemas de adaptação, os desenvolvedores criaram uma maneira de suavizar a transição entre o velho e o novo: a linguagem de programação Ladder. Muito similar aos circuitos elétricos, corresponde a uma das formas mais comuns de programação do CLP. Vale salientar que não é a única, porém é a mais intuitiva, principalmente para profissionais que estão migrando ou iniciando a programação desse dispositivo.

Quem sabe analisar e projetar os circuitos de comando, faz isso também com os diagramas Ladder. Dessa forma, vamos utilizar a seguinte estratégia na aula de hoje: estudaremos inicialmente os circuitos a relé; depois, obteremos os respectivos diagramas Ladder, para, em seguida, examiná-los com base no método do GRAFCET.

Para começar, considere, como exemplo, a aplicação da Figura 7, a seguir. Já sabemos que a sequência, com quatro passos,

$A^{+} \rightarrow B^{+} \rightarrow A^{-} \rightarrow B^{-}$

é a chave para movimentar os cilindros e que o acionamento de cada cilindro está ligado a um dos sensores de fim de curso (para mais detalhes, consultar o material da aula passada). Em suma: o cilindro A só deve avançar $(A^{+})$, se o cilindro B estiver recuado $(b_0)$; o cilindro B só deve avançar $(B^{+})$, se A estiver avançado $(a_1)$; o cilindro A só deve recuar $(A^{-})$, se B estiver avançado $(b_1)$; por fim, o cilindro B só deve recuar $(B^{-})$, se A estiver recuado $(a_0)$. Os sensores de fim de curso podem funcionar como uma chave normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF). Incialmente, vamos considerar sensores do tipo NA. Ou seja, quando o sensor é ativado, os seus respectivos contatos se fecham.

A Figura 8 apresenta o circuito de comando para o sistema. De acordo com o procedimento da aula passada, as válvulas escolhidas possuem dois solenoides, um para o avanço do cilindro e outro para o seu recuo. No circuito de comando, observe que cada sensor é representado por uma chave NA e cada solenoide, por quadrados. Note, ainda, a presença de uma chave S, responsável por iniciar todo o processo.

Há de se fazer, porém, uma pergunta: se estamos lidando com um circuito, onde está a fonte de alimentação? Qual a sua representação no esquema? Inicialmente, é importante esclarecer que estamos lidando com um circuito DC (corrente contínua). Sendo assim, precisamos identificar onde estão os terminais positivo e negativo da fonte. O objetivo principal é simplificar a representação do circuito. Em vez de desenhar uma fonte, que deve ser conectada a todos os ramos do circuito, vamos utilizar duas linhas horizontais: uma na parte superior (terminal positivo) e outra, na inferior (terminal negativo). Pela convenção de análise de circuitos DC, a corrente flui no sentido vertical, de cima para baixo, ou seja, na direção dos solenoides.

Análise do circuito

Vamos começar pelo primeiro ramo vertical, da esquerda para a direita. Caso a chave S (chave de início) seja fechada - e caso o cilindro B esteja recuado (chave b0 fechada) -, o solenoide A+ será energizado, fazendo com que A avance até acionar o seu sensor de fim de curso (fechamento da chave a1). Na sequência, o solenoide B+ será energizado (terceiro ramo, da esquerda para a direita), fazendo com que o cilindro B avance até acionar (fechar) a chave b1. Nesse momento, o solenoide A- será energizado (segundo ramo, da esquerda para a direita), fazendo com que o cilindro A recue até acionar (fechar) a chave a0. Esta, por sua vez, energiza o solenoide B-, fazendo com que o cilindro B recue até acionar (fechar) a chave b0. Caso a chave S se mantenha fechada, o ciclo se inicia novamente. Caso contrário, o sistema fica aguardando até que a chave de início seja fechada.

Já sabemos lidar com circuitos de comando para sistemas eletropneumáticos. Porém, considere agora a seguinte situação: imagine que não existam válvulas com dois solenoides disponíveis. A empresa que vai utilizar o sistema da Figura 7 deseja conter gastos, decidindo usar somente válvulas com um único solenoide (o estoque da empresa está cheio desses equipamentos). Como devemos proceder? É possível desempenhar a mesma atividade apenas com válvulas de um único solenoide? A resposta é sim. Porém, teremos um pouco mais de trabalho; precisaremos de dois relés auxiliares nessa abordagem.

O circuito da Figura 9 apresenta a nossa solução. Em relação ao primeiro passo da sequência $A^{+} → B^{+} → A^{-} → B^{-}$, considere o primeiro ramo na vertical (Figura 3), da esquerda para a direita. Temos a chave de início S, o sensor de fim de curso $b_0$ (tipo NA) e o sensor de fim de curso $b_1$ (tipo NF). Adicionalmente, temos dois solenoides: um referente à nossa válvula de comando (A) e outro, ao relé auxiliar $(K_{1})$. Note que a lógica de comando para o cilindro A continua a mesma, uma vez que o fechamento de S, em conjunto com $b_0$ (cilindro B recuado), faz com que o cilindro A avance.

No segundo passo da sequência, quando o cilindro B avançar, precisamos manter o solenoide A energizado. Porém, temos um pequeno problema. Ao avançar o cilindro B, a chave $b_0$ é aberta, cortando a alimentação de A. Nesse momento, entra o nosso relé auxiliar. Observe que, no primeiro passo (avanço de A), a bobina $K_1$ também é energizada de acordo com a Figura 3, fechado o contato $K_1$, que é do tipo NA (contato de selo). Dessa forma, no segundo passo, quando o cilindro B avançar e a chave b0 for aberta (B está se movimentado), o solenoide A se manterá energizado através de $K_1$. Quando o cilindro B avançar totalmente, o seu sensor de fim de curso $b_1$ abrirá (considere agora esse sensor como do tipo NF), cortando a alimentação dos dois solenoides (A e $K_1$). Comportamento similar é observado para o cilindro B.