Sequências: escrever a ordem dos movimentos, desenhá-la passo a passo, e saber que sinal dispara cada um

Letras para os atuadores, mais para avançar, menos para recuar

Uma escrita curta, que diz o que se move e em que ordem.

As convenções.

• Cada atuador recebe uma letra maiúscula: A, B, C, na ordem em que entram na sequência.
• O sinal + indica avanço da haste. O sinal −, recuo.
• Os movimentos são escritos da esquerda para a direita, na ordem em que ocorrem.
• Os fins de curso de cada atuador recebem a letra minúscula correspondente, com um índice: 0 para a posição recuada, 1 para a avançada. O cilindro A tem a0 e a1.
• Movimentos simultâneos são escritos entre parênteses, ou um sobre o outro.

Regras para uma sequência ser válida.

• Cada atuador alterna: depois de A+, o próximo movimento de A só pode ser A−.
• No fim do ciclo, cada atuador voltou à posição em que começou. O número de avanços de cada um é igual ao de recuos.
• A posição inicial é, em geral, com todos recuados. Quando um atuador começa avançado, isso é indicado.

A notação com condições. Quando um movimento depende de algo além do fim do anterior, a condição é escrita junto: um tempo de espera, uma pressão atingida, um sinal do operador. Por exemplo: A+ B+ t B− A−, com t indicando uma temporização antes do recuo de B.

O que a notação não diz. Não informa velocidades, forças, nem tempos. Diz apenas a ordem. É por isso que serve de ponto de partida: separa a pergunta sobre o que acontece, e em que ordem, da pergunta sobre como fazer.

Case real · Toledo, Ohio, 1903

Fazer uma garrafa exigia cinco pessoas e uma sequência decorada. Um homem colhia vidro derretido na ponta de um tubo de ferro. Outro o rolava e soprava dentro de um molde, que um menino abria e fechava. Outro arrematava o gargalo. Outro menino levava a garrafa ao forno de recozimento. Um bom grupo fazia cerca de três mil por dia. Um ex-soprador, que tinha começado nas vidrarias aos dez anos de idade, construiu uma máquina que fazia a sequência inteira, sem ninguém tocar no vidro

A garrafa de vidro era, no fim do século XIX, um produto artesanal fabricado em massa. O gargalo dependia da habilidade do soprador, e o resto, de uma equipe sincronizada, em que boa parte dos ajudantes eram crianças.

Michael Owens havia percorrido todas as funções de uma vidraria, de carregador de carvão a soprador, antes de se tornar gerente de uma fábrica em Toledo, no estado americano de Ohio. Com o apoio do dono da empresa, passou anos desenvolvendo máquinas para formar vidro. Em 1903, apresentou a que resolveu o problema completo, patenteada no ano seguinte: a máquina automática de garrafas.

O ponto difícil era o primeiro passo: retirar do forno a quantidade certa de vidro, sem mãos. A solução de Owens foi a sucção. Um molde, com a forma inicial da garrafa, mergulhava a boca na superfície do vidro derretido, e uma bomba de vácuo aspirava o vidro para dentro, até enchê-lo. Uma lâmina cortava o excesso. Em seguida, vinha uma sequência fixa: o gargalo era formado por um pino. O molde inicial se abria. Um segundo molde, com a forma final, fechava-se em torno do vidro ainda mole. Ar comprimido soprava por dentro, até o vidro encostar nas paredes. O molde se abria, e a garrafa pronta caía em uma esteira.

A máquina tinha vários braços, cada um com o seu par de moldes, montados em uma estrutura que girava continuamente. A cada volta, cada braço passava pelo forno e executava a sequência completa, comandado por cames fixos, enquanto os outros estavam em passos diferentes da mesma sequência. Os primeiros modelos tinham seis braços, e os posteriores, dez e quinze.

A produção de uma máquina passou de milhares de garrafas por hora, com dois ou três operadores, contra os três mil por dia de uma equipe manual. O preço das garrafas caiu a uma fração, e os recipientes de vidro padronizados tornaram viáveis o envase automático e a distribuição em escala de bebidas, alimentos e remédios. Organizações que combatiam o trabalho infantil nos Estados Unidos registraram, nos anos seguintes, a queda rápida do emprego de crianças nas vidrarias, que nenhuma lei tinha conseguido até então.

A lição: a máquina de Owens é uma sequência escrita em ferro: aspirar, cortar, formar o gargalo, abrir, fechar, soprar, abrir. Cada passo só pode começar quando o anterior terminou, e nenhum pode ser trocado de lugar. O trabalho de Owens foi, antes de tudo, decompor um ofício em passos sem ambiguidade, e só então mecanizar cada um. É o que a notação desta aula faz, em uma linha. O caso mostra ainda duas coisas. O ar aparece nas duas formas: vácuo para dosar e segurar, pressão para conformar. E a máquina rotativa, com vários braços em passos defasados, é a resposta para quando a sequência é longa demais para a cadência desejada: em vez de acelerar os passos, repete-se a sequência em paralelo.

Fontes: ASME, Landmark #86: Owens AR Bottle Machine (primeira máquina de garrafas totalmente automática, 1903, Toledo); Invention & Technology, landmark do Owens AR

O diagrama que mostra a posição de cada atuador em cada passo

Uma faixa para cada cilindro. Embaixo, recuado. Em cima, avançado. Da esquerda para a direita, os passos.

Como ler. Em cada linha de passo, o diagrama mostra o estado da máquina naquele instante: quem está avançado e quem está recuado. Em cada intervalo entre duas linhas, mostra quem está se movendo.

Na sequência da figura: na linha 1, tudo recuado. Entre 1 e 2, A avança. Na linha 2, A está avançado, toca a1, e esse sinal dispara B+. Entre 2 e 3, B avança, com A parado em cima. Na linha 3, os dois estão avançados. Entre 3 e 4, B recua. Na linha 4, B chegou embaixo, toca b0, e esse sinal dispara A−. Entre 4 e 5, A recua.

A ordem, e não o tempo. A distância entre as linhas de passo é sempre a mesma, quer o movimento leve meio segundo ou dez. O diagrama trajeto-passo é um diagrama de lógica: mostra a ordem dos eventos.

Comparar os dois diagramas. Na primeira sequência, a faixa de B é um triângulo dentro do patamar de A: B avança e recua enquanto A fica em cima. Na segunda, os dois desenham trapézios deslocados. Quem lê diagramas com frequência reconhece a sequência pela forma.

Movimentos simultâneos. Dois atuadores que se movem no mesmo passo aparecem com linhas inclinadas no mesmo intervalo, cada um na sua faixa.

Passos sem movimento. Uma espera, por temporização, é um intervalo em que todas as linhas são horizontais.

Mais de duas posições. Um atuador com posição intermediária recebe uma terceira linha horizontal na sua faixa. Um atuador giratório é representado do mesmo modo, com as posições angulares.

Quem dispara quem: cada movimento começa com o fim do anterior

Em uma sequência automática, não há relógio dando ordens. Cada passo termina, avisa, e o aviso é a ordem do passo seguinte.

O princípio. O fim de cada movimento é confirmado por um fim de curso. Esse sinal comanda o movimento seguinte. O último movimento, ao terminar, libera a partida de um novo ciclo.

A regra. O sinal que dispara um movimento é o fim de curso tocado no fim do movimento anterior. Se o anterior foi A+, o sinal é a1. Se foi B−, o sinal é b0.

Comando por trajeto. Essa forma de encadear, em que cada passo depende da confirmação do anterior, é o comando dependente de trajeto. Se um cilindro emperra no meio do curso, o fim de curso não é tocado, e a sequência para, em vez de continuar e causar uma colisão. É a forma mais segura.

Comando por tempo. Em vez de fins de curso, temporizadores dão os sinais: A avança, e, dois segundos depois, B avança, tenha A chegado ou não. Dispensa os fins de curso, e é usado onde não há como instalá-los. Não confirma nada.

Comando combinado. O mais comum na prática: fins de curso para confirmar posições, temporizadores para tempos de processo, válvulas de sequência para confirmar forças.

O diagrama de comando. Abaixo das faixas dos atuadores, podem ser desenhadas faixas para os sinais: cada fim de curso, com valor 1 nos passos em que está acionado, e 0 nos demais. Fica visível por quanto tempo cada sinal dura. É nesse diagrama que os conflitos de sinais aparecem.

Peça 3D · realidade aumentada

A sequência A+ B+ B− A−, na bancada

Dispositivo de furação: A prende a peça, B desce a furadeira, B sobe, A solta. Cada movimento começa quando o anterior aperta o seu fim de curso. Toque nos números e veja a sequência.

Abrir a peça 3D

Vista geralCilindro ACilindro Ba0 e a1b0 e b1Peça▶ Ver funcionando

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Trajeto-tempo, tempo de ciclo, e o diagrama funcional

Depois da ordem, a duração. E uma outra forma de descrever o comando, que serve a qualquer tecnologia.

Trajeto-tempo. As mesmas faixas, com o eixo horizontal em segundos. Movimentos rápidos ficam quase verticais. Lentos, pouco inclinados. Serve para calcular o tempo de ciclo, e para ver onde ele é gasto. Na figura, o avanço lento de B ocupa metade do ciclo.

O diagrama funcional. Outra forma de descrever a sequência, que não mostra posições, e sim o comando. Compõe-se de dois elementos.

• Etapas: quadrados numerados. Cada etapa tem, ao lado, as ações que ocorrem enquanto ela está ativa: A+, ligar o sopro, aguardar.
• Transições: traços curtos, entre uma etapa e a seguinte, com a condição que precisa ser satisfeita para passar adiante: a1, tempo decorrido, pressão atingida.

Em cada instante, uma etapa está ativa. Quando a condição da transição seguinte se torna verdadeira, a etapa ativa é desativada, e a seguinte é ativada.

Por que serve. O diagrama funcional separa, com nitidez, o que fazer em cada etapa e o que esperar para sair dela. Admite ramificações, com caminhos alternativos, e sequências paralelas. É independente da tecnologia: o mesmo diagrama é realizado com válvulas pneumáticas, com relés ou com um programa. O método passo a passo, de uma das próximas aulas, é a tradução direta dele para válvulas.

Validar uma sequência, cadeia de sinais de sequências usuais, tempo de ciclo, que sinal dispara, que estado em cada passo, como descrever, e treino

O primeiro modo confere se quatro movimentos formam uma sequência válida. O segundo mostra a cadeia de sinais. O terceiro calcula o tempo de ciclo. O quarto e o quinto classificam. O sexto apresenta decisões. O sétimo sorteia perguntas.

Quatro erros ao descrever sequências

Todos anteriores ao circuito, e todos mais baratos de corrigir no papel.

Sequências no seu trabalho

Toda máquina automática tem uma sequência. Nem toda tem a sequência escrita. Clique em um cartão.

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