Ficha 01 · Componentes, cablagem, programa

a) 3/2 NC monostável com solenoide + mola. Simples efeito basta uma única câmara comandada; mola devolve em queda de tensão (segura para marcação).

b) 5/3 com centro fechado monostável (com 2 solenoides + mola central, ou 2 solenoides + retorno por mola). 3 posições permitem paragem intermédia. Centro fechado mantém cilindro na posição em que parou.

c) 5/2 biestável (2 solenoides, sem mola). Mantém última posição mesmo em queda de tensão. Útil para apertar peças durante processos longos.

d) 5/2 monostável (1 solenoide + mola). Em queda de tensão, mola devolve à posição segura (cilindro recolhido). Standard em prensas, máquinas com zona de risco.

e) 3/2 NC para comando do gerador de vácuo (Venturi). Activa → ar passa → vácuo gerado → ventosa agarra. Desactiva → ar pára → vácuo desaparece → solta.

Para libertação rápida (acabar a sucção mais rapidamente): 3/2 com sopro que após desligar vácuo aplica brevemente ar à ventosa (anti-stick).

a) Corrente: I = P / U = 4 / 24 = 0,167 A = 167 mA.

Esta corrente é compatível com saídas digitais standard do PLC (0,5 A típico). Várias electroválvulas podem ser ligadas a um único módulo de saídas sem sobrecarga.

b) Fonte de alimentação 24V CC: - Fonte chaveada (switching) industrial em DIN rail. - Capacidade: somar correntes de todas as cargas (electroválvulas + sensores + PLC) + margem 30%. - Exemplo: 20 electroválvulas × 0,2 A + 30 sensores × 0,1 A + PLC 1 A = 8 A → fonte 10 A com margem. - Marca típica: Phoenix Contact, Mean Well, Siemens SITOP.

c) Protecção contra surtos: - Bobina em desconexão gera f.e.m. induzida (tensão) que pode atingir 100-300 V. - Protecção: diodo de roda livre em paralelo com a bobina (ânodo a 0V, cátodo a +24V). Quando bobina desconecta, energia armazenada flui pelo diodo em vez de criar pico de tensão. - Conector com diodo integrado é o mais prático. - Alternativa: PLCs Siemens recentes têm protecção interna; verificar manual.

d) Conector com LED: - LED acende quando a bobina recebe tensão. - Diagnóstico imediato: olhar à válvula confirma que sinal eléctrico está a chegar (ou não). - Inestimável em diagnóstico de avarias — separa imediatamente problema eléctrico (LED não acende) de problema pneumático (LED acende mas válvula não comuta). - Custo extra: 3-8 € por conector. Vale sempre a pena.

a) Sensor magnético (Reed switch ou Hall) específico de cilindro Festo. Clipa no exterior; detecta pistão magnético. Tipo: 3 fios PNP NO para PLC standard. - Ref típica: Festo SMT-8M-A-PS-24V-K2,5-OE.

b) Sensor indutivo blindado (M12 ou M18, distância 5-8 mm). Sem contacto = sem desgaste; ideal para detecção de peças metálicas em produção. - Ref típica: SICK IM12-04BPS-ZC1 (M12, 4 mm, PNP NO).

c) Sensor capacitivo (detecta líquidos) ou sensor flutuador mecânico (simples e robusto para níveis discretos). - Capacitivo: detecta sem contacto mas pode ter falsos positivos com humidade exterior. - Flutuador: contacto seco simples; standard em depósitos. - Para nível contínuo: sonda ultra-sónica ou de pressão.

d) Sensor fotoeléctrico difuso (alcance até 2 m) ou reflexivo com espelho do outro lado (mais fiável a 1 m). Caixas a 1m são detectáveis facilmente. - Ref típica: SICK WL12-2 (reflexivo, alcance 4 m).

e) Pressostato pneumático ajustável com saída eléctrica. Activa contacto quando pressão atinge setpoint configurado (6 bar neste caso). - Ref típica: Festo PEN-1/8-6 (ajustável 1-12 bar, saída PNP).

a) Diferença: - PNP (sourcing/source): ao detectar, sensor liga +24V à saída. Carga (entrada PLC) ligada entre saída e 0V. - NPN (sinking/sink): ao detectar, sensor liga 0V à saída. Carga ligada entre +24V e saída.

Internamente: - PNP: transistor PNP comutando a alimentação positiva. - NPN: transistor NPN comutando a alimentação negativa.

b) Padrão europeu: PNP. Standard em PLCs Siemens, Schneider, Beckhoff, Phoenix Contact. Quase todos os sensores europeus são PNP.

Padrão asiático/americano: tradicionalmente NPN, mas em transição para PNP nos últimos anos.

c) Problema ao ligar NPN a entrada PNP: - Entrada PNP espera +24V quando activa. - Sensor NPN dá 0V quando activa. - Resultado: lógica invertida OU não funciona de todo.

Pode ainda pior: dependendo da entrada interna do PLC, pode-se danificar componentes (tipicamente não destrutivo, mas comportamento errático).

d) Soluções:

Solução 1: substituir sensor por PNP equivalente. Recomendado.

Solução 2: usar PLC com entradas configuráveis (PNP/NPN selecionáveis por software). Alguns PLCs modernos têm esta opção (Beckhoff CX, Siemens S7-1500 com módulos específicos).

Solução 3: usar relé intermédio — sensor NPN actua bobina de 24V referenciada à massa errada... complicado, melhor usar conversor de polaridade. Existe componente comercial (5-15 €) que converte NPN ↔ PNP. Phoenix Contact, Murr Elektronik têm referências.

Solução 4: redesenhar circuito com referência invertida. Geralmente não é prático em sistema já instalado.

Lição: especificar sempre PNP ao comprar sensores na Europa. Misturar tipos em retrofit pode custar muito caro em tempo de diagnóstico.

a) Verificação de I/Os: - Entradas necessárias: 8 + 2 + 1 = 11 (PLC tem 14: OK, sobram 3). - Saídas necessárias: 4 + 1 = 5 (PLC tem 10: OK, sobram 5).

Sistema cabe no PLC base sem necessidade de módulos de expansão.

b) Mapa de I/Os:

5 entradas e 4 saídas reserva para expansão futura.

c) Fonte de alimentação 24V CC:

Consumo: - PLC: ~0,5 A (24V). - 8 sensores PNP: 8 × 0,015 A = 0,12 A. - 4 electroválvulas (24V, 5W): 4 × 0,2 A = 0,8 A (todas activas, pior caso). - Lâmpada (24V, 5W): 0,2 A. - Margem para auxiliares: 0,3 A. - Total: ~2 A.

Com margem 30%: 2,6 A.

Standard comercial: fonte 3 A ou 5 A (pequena diferença de preço). Escolher 5 A dá grande margem para futuras adições.

Ref típica: Phoenix Contact QUINT4-PS/1AC/24DC/5 (5 A, 24V, alimentação 100-240 V CA). Custo ~150 €.

Alternativa económica: Mean Well DR-120-24 (5 A, 24V). Custo ~50 €.

Notas: - Fonte montada em DIN rail no quadro eléctrico. - Saída protegida por disjuntor termo-magnético 5 A no lado 24V. - LEDs indicadores facilitam diagnóstico.

Ladder simplificado (notação Siemens):

Network 1: Iniciar movimento de avanço
| I0.0   I0.2     I0.1           M0.0 (avanço)
|──┤├─────┤├─────┤NC├────────────( S )──|
|  START  B2A    STOP                  |

Network 2: Parar avanço quando atinge B1
| I0.3   ou STOP/emergência       M0.0
|──┤├─────────────────────────────( R )──|
|  B1A                                  |

Network 3: Activar saída EV cilindro A enquanto memória M0.0 estiver SET
| M0.0
|──┤├──────────────────────────(  Q0.0 )──|
|                                          |

Network 4: Iniciar temporização quando atinge B1
| I0.3                                T#2s
|──┤├─────────────────────────────( T1 )──|
|  B1A                                   |

Network 5: Activar memória de "recuo" após temporização
| T1.Q       I0.1                   M0.1 (recuo)
|──┤├─────────┤NC├──────────────────( S )──|
|             STOP                        |

Network 6: Reset memória recuo quando cilindro chega a B2
| I0.2 ou STOP                       M0.1
|──┤├──────────────────────────────( R )──|

Network 7: Saída EV de recuo
(em válvula monostável, o recuo é por mola — Q0.0 = 0)
(em válvula biestável, Q0.1 activa recuo)
| M0.1
|──┤├──────────────────────────(  Q0.1 )──|

Network 8: Tratamento de paragem de emergência
| I0.1
|──┤NC├─────────────────( reset todos: M0.0, M0.1, T1 )──|
|  STOP

Network 9: Lâmpada "ciclo activo"
| M0.0  OU  M0.1                     Q0.4
|──┤├─────────────────────────────( )──|

Lógica explicada: 1. Network 1: Premir START + cilindro recolhido + STOP inactivo → SET M0.0 (avanço inicia). 2. Network 2: Cilindro atinge B1 (fim avançado) OU STOP → RESET M0.0. 3. Network 3: Enquanto M0.0 está SET, saída Q0.0 activa → válvula avança. 4. Network 4: B1 inicia temporização T1 de 2 segundos. 5. Network 5: Após T1, SET M0.1 (recuo inicia) — desde que STOP não esteja activo. 6. Network 6: B2 (recolhido) OU STOP → RESET M0.1. 7. Network 7: M0.1 → Q0.1 (em biestável) ou simplesmente Q0.0=0 (em monostável). 8. Network 8: STOP corta todas as memórias (estado seguro). 9. Network 9: Lâmpada acende durante movimento.

Observações: - SET/RESET (não simples bobina) para criar memória — necessário para auto-retenção. - STOP em NC (normalmente fechado, abre quando premido) é mais seguro: se cabo de STOP for cortado, sinal vai a 0 → sistema vai para estado seguro (fail-safe). - Em válvula monostável, basta desligar Q0.0 para cilindro recuar (mola). - Em válvula biestável, são necessárias 2 saídas (Q0.0 avanço, Q0.1 recuo).

Esta é a base. Em programa industrial real seriam adicionados: - Verificação de tempo máximo de avanço (se não atinge B1 em X tempo → erro). - Contagem de ciclos. - Modo manual (operador comanda cada movimento individualmente). - Alarmes para HMI. - Backup de dados.

Sequência de diagnóstico:

1. Verificar nível eléctrico — LED da electroválvula (5 segundos): - Aproximar-se da electroválvula. - LED do conector está aceso? - Sim → sinal eléctrico chega à bobina; problema é pneumático ou mecânico. - Não → problema na cablagem entre PLC e válvula.

2. Se LED da válvula não acende, verificar cabo: - Multímetro entre os 2 fios da bobina (no conector): deve haver +24V. - Se não há tensão: cabo cortado, conector mal apertado, ou problema na saída do PLC. - Verificar tensão na própria saída do PLC: pino Q0.0 deve dar +24V quando comando activo. - Se não chega +24V no PLC: saída queimada ou tensão de alimentação CC ausente.

3. Se LED da válvula acende mas válvula não comuta: - Pressionar override manual da válvula (botão pequeno no corpo). Se válvula comuta manualmente: bobina queimada (sinal eléctrico não cria campo magnético suficiente). - Se nem manualmente comuta: spool preso (sujidade), válvula avariada.

4. Se válvula comuta (overrride ou eléctrico) mas cilindro não move: - Verificar pressão à entrada da válvula (manómetro). Deve ser 6-8 bar. - Se pressão zero: problema a montante — filtro entupido, FRL desafinado, fuga grande na linha. - Se pressão presente: problema entre válvula e cilindro.

5. Inspeccionar mangueiras válvula→cilindro: - Visual: mangueira esmagada? Conexão solta? - Premir ar via mangueira (com válvula activa) e ver se chega ar à entrada do cilindro.

6. Inspeccionar cilindro: - Verificar visualmente — bloqueio mecânico externo? Algo a impedir movimento (peça presa)? - Pode haver vedação interna degradada (cilindro perde óleo). Sintoma: ar entra mas não sai força suficiente. - Desmontar cilindro se necessário (último recurso).

7. Diagnóstico online com PLC (se possível): - Conectar laptop com TIA Portal. - Verificar valores das entradas: B2 está realmente activo? Sensor está bem fixado? - Verificar se temporizadores ou outras memórias estão a influenciar o programa.

8. Verificar saídas adjacentes: - Se outras electroválvulas funcionam normalmente: problema localizado nesta linha. - Se nenhuma funciona: problema a montante (alimentação 24V, fonte, distribuição).

Tabela resumo:

Lição: diagnóstico sistemático em sistemas electropneumáticos é uma combinação de verificação dos 3 níveis (pneumático, eléctrico, lógico). Começar pelo mais simples e visual (LED), e ir aprofundando.

a) Relé de segurança bi-manual específico: - Pilz PNOZ X8.1P ou equivalente. - Categoria 4 conforme ISO 13849 (PLe). - Saída de segurança redundante (2 contactos).

b) Botoeiras de segurança com 2 contactos cada (1 NO + 1 NC): - 2 botões de operador (espaçados > 50 cm para forçar uso das 2 mãos). - Contactos redundantes para detecção de falha (relé valida que ambos os contactos comutam).

c) Cablagem:

Botão 1 (NO + NC) ──┐
                   ├──> Relé de segurança PNOZ
Botão 2 (NO + NC) ──┘
                                  │
                       Saída de segurança
                       (contacto seco habilitado quando ambos botões premidos em < 0,5s)
                                  │
                                  ▼
                     Entrada de habilitação no PLC (I0.0 por exemplo)
                                  │
                                  ▼
                     Lógica do PLC: só activa saída Q0.0 (EV avanço) 
                     se entrada de habilitação estiver activa.

Quando operador prime ambos os botões: 1. Relé de segurança valida (contactos íntegros + janela temporal OK). 2. Relé de segurança fecha contacto de saída. 3. PLC vê habilitação activa → permite avanço.

Quando operador solta um botão: 1. Relé de segurança detecta perda → abre saída instantaneamente. 2. PLC perde habilitação → desactiva avanço. 3. Cilindro pára (em monostável volta à posição segura).

Princípio de segurança: o relé de segurança é a barreira. Mesmo que o PLC falhe (programa em loop, software bug), o relé valida o bi-manual em hardware certificado.

Custo adicional: relé PNOZ ~300 €, botoeiras seguranças 2 × 100 €. Total ~500 € para garantir segurança categoria 4 — exigido por lei em prensas perigosas.