Sensores%20e%20Rede%20AS-Interface

1
Sensores eRede AS-Interface
s
Prof. Cícero
2
Sensores e REDE AS-Interface

• SENSORES INDUTIVOS / CAPACITIVOS / ÓPTICOS
  / ULTRASÔNICOS
• Princípio de Funcionamento
• Características Construtivas
• Especificações Técnicas
• Aplicações
• REDE AS-Interface
• Conceituação
• Principais Características
• Topologias
• Modularidade
• Endereçamento
• Características Mestre- Escravo
• Aplicações da Rede AS-Interface

3
Definição
Sensores são dispositivos construídos para
detectar a presença ou passagem de objetos
metálicos ou não metálicos, por proximidade ou
aproximação, sem contato físico. Esta detecção é
feita pela face sensora do sensor, que ao ser
acionado envia um sinal elétrico.
4
Características Fundamentais dos Sensores para
Automação

• O sinal de um sensor está associado ao sistema de
  controle automático, sendo caracterizado por
• Linearidade
• Faixa de atuação
• Histerese
• Sensibilidade
• Superfície Ativa
• Fator de correção
• Freqüência de Comutação
• Distância Sensora ( Nominal e Real )

5
Visão Geral das famílias de sensores e seus
principais tipos
6
Sensores Indutivos
s
Prof. Cícero
7
Princípio de Funcionamento
Geração de um campo eletromagnético de alta
freqüência, que é desenvolvido por uma bobina
ressonante instalada na face sensora.
8
Característica de Resposta
Elemento normalizado
Curva característica de resposta
de qualquer direção
Superfície ativa
9
Zonas livres na montagem em metal

• Face Sensora
• Distância Sensora
• Distância Sensora Nominal

10
Características Construtivas
Sensores
Faceados
Não Faceados
11
Fator de Redução

• Distância Sensora Operacional
• Influência do Atuador Fator de Redução

12
Classes de saídas 2, 3 e 4 condutores
1 NA
1 NA
1 NA 1 NF
13
Configuração de saída do tipo pnp e npn com 3
condutores
Saída A (L) - conectando
Saída A (L-) - conectando
14
Aplicações
15
Sensores Capacitivos
s
Prof. Cícero
16
Princípio de Funcionamento
Baseia-se na geração de um campo elétrico,
desenvolvido por um oscilador controlado por
capacitor.
Detecção de plásticos, madeiras, vidro, pós e
líquidos
17
Aspectos Construtivos
Sensores Faceados
Perturbações
Fase Sensora
Eletrodo Principal Eletrodo de Terra Eletrodo de
Compensação
18
Aspectos Construtivos
Sensores Não - Faceados
19
Fator de Redução
20
Classes de saídas 2, 3 e 4 condutores
1 NA
1 NA
1 NA 1 NF
21
Sensores Óticos
s
Prof. Cícero
22
Tipos de Ópticos
Baseiam-se na transmissão e recepção de luz, que
pode ser refletida ou interrompida pelo objeto a
ser detectado.
Sensor difuso(sensor energético)
Sensor difuso com supressão de fundo
Sensor reflexivo
Sensor barreira
Sensor para condutores de fibra ótica
Sensor reflexivo com saída analógica
Sensor de cores
Sensor fenda
Sensor marca cor
23
Difusão
Luz infravermelha
Energético
A luz é refletida diretamente pelo objeto
Vermelha e Laser
Supressão de Fundo
24
Reflexivos
Luz vermelha visível
A luz é refletida por uma espelho especial
Espelho de três vias
O feixe de luz é interrompido por um objeto
25
Reflexivo em um espelho de 3 vias
Espelho de 3 vias
A luz polarizada do transmissor é modificada e
atravessa o filtro de polarização do receptor.
Refletor "normal"
A luz polarizada NAO é modificada e o receptor
não pode vê-la.
Variação possível /- 15
26
Barreira de Luz direta
A luz do emissor atinge o receptor
O objeto interrompe este raio de luz escuro
ligado
27
Comparação da distância sensora
Transição Preto / Branco
100 40
Sensor energético
100 94
Sensor com supressão de fundo
28
Condutores de fibra ótica
De acordo com as fibras usadas, podem ser usados
como sensor difuso ou sensor de barreira
A distância sensora depende da fibra ótica
utilizada fibras óticas de vidro ou de plástico.
29
Laser com saída analógica
10V
0V
85 mm
45 mm
Um raio laser é refletido no objeto e é
direcionado a um diodo especial (PSD). O ponto de
encontro depende da distância do
objeto. Resolução 20µm ou 80µm.
30
Marca cor
O sensor marca cor reage a diferenças de
contraste. De acordo com a aplicação ele
transmite luz vermelha ou verde. Ele é um sensor
energético especial.
31
Fenda
O sensor fenda reage a diferenças de contraste.
Ele envia um raio de luz através do objeto e o
recebe ao mesmo tempo. De acordo com a aplicação
ele emite luz verde/vermelha ou
infra-vermelha. Ele é um sensor energético
especial
32
Cor
O sensor de cor pode reconhecer uma determinada
cor. Trabalha com 3 transmissores vermelho,
verde, azul. Pode reconhecer uma cor ou uma
graduação de cor. É acionado através de função
Teach-In. Não reage a diferenças de
luminosidade.
33
Reserva de função
Nível recebido
Reserva de função Emissão de luz em excesso
Hysterese de ligação
Reserva de função Emissão de luz em excesso (LED
verde)
Saída de comutação (LED amarelo)
34
Função anti-interferência
O emissor modula o raio de luz
Receptor reconhece o impulso de luz
O receptor avalia o sinal. Se o sinal está
correto, a saída é acionada.
35
Função anti-interferência

• VANTAGENS
• Quase insensível à luz externa
• Sem influências mútuas
• Sem instruções de montagem

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Sensibilidade à luz externa
Especificação 10.000 Lux (Luz natural) 3.000
Lux (luz artificial)
Radiação solar direta 10.000 - 100.000
Lux(meio-dia) Céu nublado 1.000 Lux Iluminação
interior 300 - 1.000 Lux Iluminação de rua 0,5
- 30 Lux
Uma lâmpada incandescente de 100 W gera em 1m de
distância aprox. 100 Lux. (média)
37
Configurações das Saídas
Quanto à incidência de luz LIGHT ON A saída é
chaveada quando a PRESENÇA da luz é detectada
pelo receptor. DARK ON A saída é chaveada
quando a AUSÊNCIA de luz é detectada pelo
receptor.
38
Zonas de Atuação
39
Exemplos de aplicação
Contagem de garrafas utilizando um sensor difuso
Controle de rasgos no rolo de tear usando um
sensor difuso
40
Exemplos de aplicação
Contagem de CI'susando um sensor de fibra ótica
Controle de tampas usando um sensor de fibra
ótica do tipo barreira
41
Exemplos de aplicação
Medição do comprimento de rolo em mesa de
corte com um sensor de fibra ótica de barreira
Sinalização iminente do fim do rolo usando um
sensor difuso
42
Exemplos de aplicação
Contagem de caixas usando um sensor reflex
Monitoramento de portão usando um sensor de
barreira
43
Sensores Ultra-sônicos
s
Prof. Cícero
44
Definição
O sensor emite pulsos cíclicos ultra-sônicos que
refletidos por um objeto incidem no receptor,
acionando a saída do sensor
Início da faixa de operação
Final da faixa de operação
Distância do objeto
Zona Cega
Faixa de medição
45
Funcionamento
46
Alinhamento Angular
47
Aplicação Angular
48
Cone sonoro Ganho em dB
49
Formas de Atuação
50
Zonas livres
Distância sensora
X
Y
X cm
Y cm
cm
6 - 130 20 - 130 40 - 300 60 - 600 80 - 1000
gt 3 gt 15 gt 30 gt 40 gt 70
gt 6 gt 30 gt 60 gt 80 gt 150
51
Formas de atuação
Barreira de reflexo
Sensor de proximidade
O eco é produzido
O eco de referência não é refletido São
necessários 2 chaveamentos
52
Vantagens

• Para detecção de objetos a distâncias determinada
• Detecção de objetos de diferentes materiais,
  formas e cores
• Detecção de objetos pequenos em longa distância
• Pode ser usado - como sensor de proximidade com
  supressão de fundo - como barreira de
  reflexão- para saída da distância de objeto de
  forma digital ou analógica
• Funcionamento constante sem manutenção

53
Comparação entre sensores de proximidadeultra-sôn
icos e óticos
Ultra-sônico
Óptico
Características típicas

• Ponto de operação independente da superfície de
  materiais, cor, intensidade de luz e
  contrastesóticos
• Insensível a poluição, por isso não necessita
  manutenção
• Exatidão gt 1 mm
• Freqüência 8 Hz
• Sensível a turbulências atmosféricas e temperatura

• Ponto de operação dependente da superfície de
  materiais, cor, intensidade de luz e
  contrastesóticos
• Sensível a poluição, por isso necessita
  manutenção
• Exatidão gt 0,25 mm
• Freqüência 1000 Hz
• Insensível a turbulências atmosféricas e
  temperatura

54
Materiais e Objetos
Exemplos para objetos
Exemplos para materiais
Metal Pedra Terra Cimento Madeira Vidro Tabaco Esm
alte Plástico (transparente e colorido) Styropor R
oupas Papel Borracha Koks Líquido
Telhas Garrafas Paleta Blocos de
aço Pessoas Portas Veículos Fogões Placas de
chumbo Transparências Vidro plano Entulho Esteiras
Níveis líquidos Partes de máquina Peças de
automóveis
55
Aplicação
56
Aplicação
57
Aplicação
58
Aplicações
Laços de controle para prensas ou máquinas de
extrusão
Monitoramento individual de vagas em
estacionamentos
59
Aplicações
Medição do diâmetro do rolo de papéis, plástico
ou produtos têxteis
Deteção do nível de líquidos em recipientes
Medição de alturas de tábuas de madeira, vidro,
plástico, bóias de metal, etc ...
Monitoramento de rupturas de cabos e cordas
60
Influências Ambientais
61
Como especificar um sensor

• 1. Distância sensora SN
• 2. Tensão de alimentação VCA / VCC
• Tipos de saída CA
• CC PNP
• NPN Saídas NA, NF ou NANF
• 4. Material a ser detectado
• - Metal (ferroso, não-ferroso, opaco,
  translúcido, transparente)
• - Não metal
• 5.a- Dimensões do alvo
• - Diâmetro
• - Final alvo brilhante / escuro
• 5.b- Dimensional do Sensor
• 6. Conexão elétrica cabo, conector
• 7. Temperatura de operação ambiente ºC
• 8. Ambiente poeira, óleo, umidade/névoa
• 9. Detecção cores
• Proteção contra água (IP)
• Tipo de Excitação Light On e Dark On

62
Rede AS-Interface
s
Prof. Cícero
63
REDE AS-Interface

• Conceituação
• Principais Características
• Topologias
• Modularidade
• Endereçamento
• Características Mestre- Escravo
• Aplicações da Rede AS-Interface

64
Onde se encontra AS-Interface em sistemas de
automação com bus de campo?
Tempos
Nível supervisório
Computador Industrial
CLP, Supervisório
Nível de controle
CLP, IHM, Inversores, Instrumentos, CNCs
Nível de automação
Chaves de partida, sensores, atuadores, etc.
Nível de campo
65
Topologias possíveis da Rede AS-Interface
66
AS-Interface
O AS-Interface é um sistema de interconexão entre
redes, não proprietário e padronizado, voltado à
conexão de sensores, atuadores e outros
equipamentos atuando no nível operacional da
planta.
67
AS-Interface

• Características Principais da Rede AS-Interface
• Transferência de dados e energia em um único cabo
  
• Sistema Mestre (monomestre) / Escravo com tempo
  máximo de ciclo de 5 / 10ms
• 31 / 62 Escravos com no máximo 4 Entradas e 4 / 3
  Saídas cada
• Módulos com Grau de Proteção IP 65/67
• Máximo de 100 m na estrutura em árvore(com o uso
  de repetidores/extensores pode-se chegar a 500m)
• Módulos padronizados e controlados pela
  Associação Internacional AS-Interface

68
Interação Mestre / Escravos
69
Processo de ComunicaçãoMestre
requisição
1
resposta
requisição
2
resposta
requisição
ciclo max. 5ms
3
resposta
. . .
chamada de parâmetro
X
resposta
chamada de diagnóstico
?
???
Mestre
Escravos
70
Troca de Dados Mestre-Escravo
Resposta do escravo
Requisição do mestre
Pausa- Mestre
0
A3
PB
1
SB
A4
I3
I0
I2
I1
A2
I4
A1
A0
0
I1
I3
I2
I0
PB
1
ST
EB
EB
ST
71
Interação Mestre-Escravo
0
1
Entradas
resposta
1
0
1
requisição
1
Saídas
0
0
Escravo
Mestre AS-Interface
72
Campos de Dados do Mestre
73
LES, LAS, LPS

• O mestre controla três listas internas
  (Tabelas)
• LRS ... Lista de escravos reconhecidos
• LAS ... Lista de escravos ativos
• LCS ... Lista de escravos configurados
• Atualização da lista pelo escravo
• Endereço do Escravo
• Perfil do Escravo (Código I/O e de ID)

74
Estrutura da mensagem do AS-Interface
75
Codificação de Sinal
Bit Nr.
1
2
3
4
5
6
0
0
0
0
1
1
Sinal
CodificaçãoManchester II
Modulação APM
76
Modulação APM Alternate Pulse Modulation)

• O Sinal não possui componente DC
• Isso é um requisito quando dados e energia são
  transmitidos em um único cabo
• Permite espectro de banda em freqüência
• Reduz reflexões no fim do cabo
• Aumenta os impulsos (2 por Bit)
• Sincronização é feita mais fácil
• Redundância resulta em efetivo reconhecimento de
  erro

77
Medição do reconhecimento de erro

• Start bit Impulso Negativo
• Alternância Troca de polaridade depois de cada
  impulso
• Pausa de Impulso Sempre no início de um
  comprimento definido entre dois pulsos
• Dados Um pulso na segunda metade do bit
• Checagem de Paridade Soma de todos os pulsos
  positivos é par
• End bit Impulso positivo
• Interrogation length Nenhum impulso diretamente
  após o end bit

78
Funcionamento do Mestre AS-Interface
79
Os Escravos módulos de I/O, sensores, botoeiras,
etc.
80
Escravo AS-Interface IP67 por que usar cabos
perfilados?
81
Cabo AS-Interface

• Cabo Perfilado proteção contra inversão de
  polaridade
• Cabo auto-cicatrizante
• Disponível nas versões amarelo (Dados e energia
  30 VCC)preto (Alimentação auxiliar 24
  VCC)

1,5 mm2
82
AS-Interface Versão 2.1Comparação
83
Escravos v 2.1 quais são as diferenças?
Versão 2.0 1 endereço / escravo(Máx. 4E/4S)
Versão 2.12 Escravos porendereço comum
Escravos A e B!(Máx. 4E/3S)
A
B
84
Escravos A/B Como isso funciona?
Para escravos padrão o tempo de ciclo continua 5
ms!!!
Chamada 1. Ciclo max. 5ms - todos os escravos
padrão - todos os escravos A - todos os escravos
B (se não existir o correspondente escravo A, ou
seja, por ex., o 5A não está na rede mas o 5B
está)
Chamada 2. Ciclo max. 10ms - todos os escravos
padrão - todos os escravos B (se o correspondente
está presente na rede) - todos os escravos A
(se o correspondenteB está presente)
85
Versão 2.1 permite qualquer combinação entre
escravos padrão e A/B
86
Safety at Work O Princípio
Monitor de Segurança
Escravo Seguro
CLP e Mestre padrão
EscravoPadrão
EscravoPadrão
EscravoPadrão
87
Safety at Work O Princípio
Tabela de códigos dosescravos seguros
Comparação do códigoCód. Ok sistema ligado
1
n

4
4
5
5

8
8

. . . . .
3
3

5
5
10

10

12
12
n
7
7

2
3
7
Monitor
Ciclo
1
4
5
6
8
Escravo Seguro
0 1 0 0
0 1 0 1
1 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
0 1 1 1
88
Safety at Work O Princípio
Tabela de Códigos dosescravos seguros
1
n

4 5 8 3 5 10 12 7
4
0
. . . . .
. . .
n
Monitor
Escravo Seguro
0 1 0 0
0 0 0 0
89
Exemplo de Circuito Monitor com um circuito de
segurança
Liga
13/1423/24 Circuito de Segurança32 Circuito de
SinalizaçãoY33/Y34 Circuito de
RealimentaçãoLiga Botão de Liga opcional
90
Transmissão de valores analógicos
O sinal é transmitido para o CLP como um valor
analógico completo (16 bits) Nenhum FB (function
block) é necessário
91
Transferência de dados com os analógicoso que
acontece com os tempos?
Transferência de dados de acordo com o perfil
analógico 7.1/7.2 versão 2.0
Seis ciclos AS-Interface, com 5ms máx. cada
Doze ciclos de Programa com SFC (System
Function Call)
Módulo Analógico
AS-Interface mestre
CPU
Transferência de dados de acordo com o perfil
analógico 7.3/7.4 versão 2.1
Sete ciclos AS-Interface, com 5 ms máx. cada
HUM ciclo de Programa com SFC (System
Function Call)
Módulo Analógico
AS-Interface mestre
CPU

• Tempo de transmissão máximo de 7 ciclos AS-i (lt
  35ms)
• Resolução 15 bits bit de sinal (incl.
  Overrange)
• Tipo de Escravo escravo padrão!!!

92
Como dimensionar uma fonte AS-Interface?
1) Módulos AS-i (lt 40 mA cada um) 2) Sensores a
serem utilizados em cada entrada - sensores
indutivos ( 40 mA cada) - sensores ópticos (
90 mA cada) 3) Consumo do Mestre AS-i (lt 40
mA) Exemplo 120E / 90S - 30 módulos de 4E/3S
mestre - consumo total 31 x 40 1,2A - 100
sensores indutivos - consumo total 100 x 40
4A - 20 sensores ópticos - consumo
total 20 x 90 1,8A (Atenção -
limite de corrente por módulo, normalmente lt 250
mA!) - Fator de Serviço 0,5 lt F lt 1,0 -
verificar sempre se os sensores podem estar
atuados simultaneamente (dado do cliente!) - E as
Saídas??? - Fonte Auxiliar normalmente em
24VCC!Dimens. similar da fonte (alimentação do
atuador via cabo preto)
7A
93
Repetidores e Extensores na AS-Interface
Modularidade com emprego de repetidores
Modularidade com emprego de repetidores e
extensores
94
Operação com Repetidor e Extensor
..
95
Repetidor

• Permite extensão do cabo por mais 100m(pode-se
  chegar até 500m)
• Escravos podem ser instalados em ambos os lados
  do repetidor
• As Fontes AS-Interface são necessárias em ambos
  os lados do repetidor
• Isolação galvânica para os dois cabos (dois
  lados)
• Mesma construção de um módulo de aplicação IP67

96
Extensor

• Mestre pode ser instalado até 100m de distância
  do segmento AS-Interface
• Escravos podem ser instalados somente nos 100m
  seguintes (saída do extensor)
• Nenhuma fonte é necessária entre o mestre e o
  extensor
• Não faz isolação galvânica dos dois segmentos
• Instalados em módulos IP67

97
Benefícios AS-Interface
Comparativo de CustosTécnica Convencional x
AS-Interface
98
Benefícios AS-Interface

• Simplicidade
• 1) Endereçamento de escravos via Endereçador
• 2) Botão no master possibilita configuração
  automática reconhecimento automático dos
  escravos já endereçados
• 3) O modo de operação pode ser definido como
  ProtegidoTransfere a configuração do sistema
  como obrigatória
• 4) Integração de sinais fail-safe via bus de
  campousando CLP padrão
• Se um escravo falha
• Mestre reconhece uma falha e marca o endereço do
  escravo
• Um escravo em falha tem que ser trocado, e na
  troca o mestre escreve o endereço necessário
  automaticamente para o novo escravo idêntico
  (requisitos de manutenção reduzidos)

99
Benefícios AS-Interface

• Garantia de uma construção Simplesfácil
  instalação e operação
• Transferência de dados e energia num único
  caboeconomia nos custos de fiação e instalação
• Alta segurança na operação via monitoramento
  contínuo dos escravos conectados
• Simples e fácil comissionamento e manutenção

100
s
Prof. Cícero
FIM