Método passo a passo: uma memória para cada passo, todas ligadas do mesmo jeito

Uma memória, uma condição para ligar, e outra para desligar

O elemento que se repete. Entendido um, estão entendidos todos.

A memória. Uma válvula 3/2 de duplo piloto, alimentada diretamente pela rede. Ligada, a sua saída tem pressão. Desligada, a saída está em escape.

A condição de ligar. Uma função E, com duas entradas.

• A saída do passo anterior: garante que a sequência está, de fato, no ponto que antecede este passo.
• O fim de curso que confirma o término do movimento do passo anterior.

Só com as duas, o passo é ligado. O fim de curso, sozinho, não liga nada. O passo anterior, sozinho, também não.

A condição de desligar. A saída do passo seguinte. Quando o passo seguinte é ligado, este é desligado.

O que a saída faz. Vai a três lugares.

• Ao piloto da válvula de potência do movimento deste passo.
• À função E do passo seguinte, para habilitá-lo.
• Ao piloto de desligar do passo anterior.

A função E, na prática. Pode ser uma válvula de simultaneidade. Ou, mais simples, a ligação em série: o fim de curso é alimentado pela saída do passo anterior, em vez de pela rede. Sem passo anterior ativo, o fim de curso não tem ar, e não dá sinal. É o recurso da cascata, aplicado passo por passo.

Por que não há sobreposição. O sinal que pilota um movimento é a saída de uma memória, e essa memória é desligada assim que o passo seguinte começa. Nenhum sinal de comando dura mais que um passo. O fim de curso pode ficar pressionado o tempo que for: ele só serviu para ligar uma memória, uma vez.

Um detalhe de tempo. Por um instante, durante a troca, o passo novo e o anterior estão ligados juntos: o novo precisa existir para desligar o anterior. Esse instante é o tempo de comutação de uma válvula, e não causa conflito, porque dois passos vizinhos nunca comandam pilotos opostos da mesma válvula, a não ser em movimentos seguidos do mesmo cilindro. Nesse caso, a válvula de potência espera, por milésimos de segundo, o sinal anterior cair.

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Os módulos de passo, em cadeia

Quatro módulos de passo montados lado a lado, com as entradas X dos fins de curso e as saídas Y dos movimentos. Veja o indicador andar de um passo para o outro.

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Do primeiro ao último passo, e de volta ao primeiro

Os módulos, lado a lado, na ordem da sequência.

O fechamento. A cadeia é um anel. O último passo habilita o primeiro, e o primeiro desliga o último. Na posição inicial, a memória ligada é a do último passo: é ela que, com o fim de curso do último movimento e o botão de partida, liga o passo 1.

Reposição. Ao pressurizar a máquina, as memórias estão onde ficaram. É preciso garantir que só a última esteja ligada. Um sinal de reposição, dado por um botão ou automaticamente, liga a última memória e desliga todas as outras, por meio de válvulas alternadoras nos seus pilotos.

Passos sem movimento. Um passo pode comandar outra coisa que não um cilindro: um temporizador, cuja saída, passado o tempo, serve de condição para o passo seguinte. Um sopro de ar. Um contador. A cadeia não distingue.

Condições adicionais. Qualquer condição entra como mais um sinal na função E do passo: pressão atingida, por uma válvula de sequência. Peça presente. Proteção fechada.

Case real · Kansas City e La Porte, de 1889 a 1892

Ele era dono de uma funerária, e estava convencido de que perdia clientes para o concorrente por causa da telefonista: quando alguém pedia para falar com a funerária, ela ligava para a outra. Não tinha como provar, e não tinha a quem reclamar, porque toda ligação da cidade passava pelas mãos de uma pessoa. Decidiu, então, eliminar a pessoa. Não era engenheiro, nem eletricista. Desenhou, com alfinetes espetados em uma caixa de colarinhos, um mecanismo que encontrava a linha chamada contando os pulsos que o próprio assinante enviava, um passo por pulso

Nas primeiras décadas do telefone, toda chamada era completada à mão. O assinante girava uma manivela, uma telefonista atendia, ouvia o pedido, e ligava as duas linhas com um cabo, em um painel. O sistema funcionava, e dependia da atenção e da boa-fé de quem operava.

Almon Strowger, agente funerário em Kansas City, no centro dos Estados Unidos, passou a suspeitar de que as chamadas destinadas a ele eram desviadas. A história tem versões, e todas terminam do mesmo modo: ele se dedicou a criar uma central que dispensasse a telefonista. Depositou o pedido de patente em 1889, e a obteve em 1891.

O dispositivo central era um seletor de passos. Um braço de contato, movido por eletroímãs e catracas, avançava uma posição a cada pulso elétrico recebido. O assinante enviava os pulsos, a princípio apertando botões um certo número de vezes, e, mais tarde, com um disco giratório, que os gerava sozinho ao voltar. Para chamar o número 37, três pulsos faziam o seletor subir três níveis, e sete pulsos o faziam girar sete posições nesse nível. O braço parava sobre o contato da linha 37.

Cada pulso tinha um único efeito: avançar um passo a partir de onde o seletor estava. O mecanismo guardava, na sua posição, tudo o que havia acontecido até ali. Para centrais maiores, seletores eram encadeados: o primeiro, comandado pelo primeiro dígito, escolhia um grupo, e passava a chamada a um segundo, que obedecia ao dígito seguinte.

A primeira central automática comercial entrou em operação em 1892, em La Porte, no estado de Indiana, com algumas dezenas de assinantes. A grande companhia telefônica americana resistiu por décadas ao sistema, e só o adotou em larga escala depois de 1919. A partir daí, as centrais passo a passo se espalharam pelo mundo, e muitas continuaram em serviço até a década de 1990, quando foram substituídas por centrais eletrônicas.

A lição: o seletor de Strowger é o princípio desta aula em ferro e cobre: a posição do mecanismo é a memória do passo, e cada sinal só tem o efeito de avançar um passo a partir do atual. O mesmo pulso significa coisas diferentes conforme onde o seletor está, assim como o mesmo fim de curso b0 significa coisas diferentes conforme a memória que está ligada. É o que permite tratar movimentos repetidos. O caso mostra ainda por que a arquitetura durou um século: é modular. Uma central maior se fazia com mais seletores iguais, encadeados, e não com um mecanismo mais complicado. E um defeito ficava em um seletor, visível, parado no passo em que falhou.

Fontes: Wikipedia (inglês), Almon Brown Strowger (seletor automático; central de La Porte, Indiana, 1892); Patente US 447 918, A. B. Strowger, Automatic telephone-exchange, 1891

Movimentos repetidos, e o passo a passo mínimo

O que o método resolve que os outros não resolvem bem. E como gastar menos memórias quando a sequência permite.

Movimentos repetidos. Na sequência A+ B+ B− B+ B− A−, de dois golpes, o cilindro B avança duas vezes e recua duas vezes. A tabela tem seis passos, como qualquer outra de seis movimentos. Aparecem duas novidades.

• O mesmo piloto, comandado por dois passos. O piloto de B+ recebe a saída da memória 2 e a da memória 4. As duas são unidas por uma válvula alternadora. O mesmo para o piloto de B−, com as memórias 3 e 5.
• O mesmo fim de curso, usado por dois passos. O fim de curso b0 confirma o primeiro recuo, e liga o passo 4. Mais tarde, confirma o segundo recuo, e liga o passo 6. Ele é alimentado pela rede, e o seu sinal vai a duas funções E, cada uma com a memória do seu passo anterior. Só a que estiver habilitada responde.

É a resposta à pergunta que o método intuitivo não conseguia responder: como o circuito sabe se o toque em b0 pede um novo golpe ou o fim do ciclo? Sabe porque guarda em que passo está.

O passo a passo mínimo. A versão descrita até aqui, com uma memória por passo, é chamada de máxima. Há uma versão econômica. Divide-se a sequência em grupos, pela mesma regra da cascata: nenhuma letra repetida no grupo. Usa-se uma memória por grupo, em vez de uma por passo. Dentro de cada grupo, os movimentos são encadeados pelos fins de curso, alimentados pela saída da memória do grupo, como na cascata.

A diferença em relação à cascata está na ligação das memórias: são válvulas 3/2 em paralelo, cada uma alimentada pela rede, e cada uma ligando a seguinte e desligando a anterior. Não há ar atravessando válvulas em série, e não há limite prático para o número de grupos.

Os quatro caminhos, e o passo a passo dentro de um controlador

Três aulas de métodos pneumáticos puros. E a constatação de que o último deles é, sem tirar nem pôr, um programa.

Da cadeia de válvulas à cadeia de relés. Em eletropneumática, os fins de curso são sensores elétricos, as válvulas de potência têm solenoides, e a lógica é feita com relés. A cadeia passo a passo se traduz diretamente: cada passo é um relé com autorretenção, ligado pelo relé anterior em série com o sensor, e desligado pelo relé seguinte. É o circuito desta aula, com outra tecnologia.

Da cadeia de relés ao programa. Em um controlador programável, cada passo é uma posição de memória, e as condições de ligar e de desligar são linhas de programa. O diagrama funcional da aula 15, com etapas e transições, é a descrição exata dessa estrutura, e há linguagens de programação que o aceitam como está: desenha-se o diagrama, e ele é o programa.

O que muda de uma tecnologia para outra é o custo de cada passo. Em pneumática pura, um passo é uma válvula, conexões e tubos. Em relés, um relé e condutores. Em um controlador, alguns caracteres.

O que não muda com a tecnologia.

• A sequência, escrita em uma linha, e o diagrama trajeto-passo.
• A cadeia de passos: cada um ligado pelo anterior e pela confirmação, desligado pelo seguinte.
• A condição inicial e a reposição.
• Os modos de operação: ciclo único, contínuo, manual passo a passo, e o que acontece na parada de emergência.
• As válvulas de potência e os atuadores, com tudo o que foi visto sobre força, velocidade, repouso e falha.

Por isso vale aprender os métodos em pneumática, onde cada passo é um objeto. Quem os entende programa uma sequência com a mesma tabela.

Modos de operação, na cadeia passo a passo.

• Ciclo único: a partida entra na condição do passo 1.
• Ciclo contínuo: uma memória de marcha, em paralelo com o botão.
• Passo a passo manual: um botão de avanço entra na função E de todos os passos. A cada toque, a sequência avança um. É o modo de ajuste, que a cadeia oferece quase de graça.
• Parada no fim do ciclo: desliga-se a memória de marcha. A sequência termina e para no último passo.
• Emergência: não basta congelar a cadeia. Define-se o que cada atuador deve fazer, e a cadeia é reposta depois.

Gerador da tabela de passos, simulador da cadeia, comparação de métodos, que método usar, o que fazer, e treino

O primeiro modo monta a tabela de passos de uma sequência. O segundo percorre a cadeia, mostrando a memória ativa. O terceiro compara os métodos em número de memórias. O quarto classifica situações. O quinto apresenta decisões. O sexto sorteia perguntas.

Quatro erros com o método passo a passo

Dois de ligação, um de partida, e um de escolha.

O método passo a passo no seu trabalho

Em válvulas, em relés ou em programa, é a estrutura da maior parte dos comandos sequenciais em operação. Clique em um cartão.

Emita o documento do seu trabalho

Os resultados do laboratório entram sozinhos. Complete o que falta, assine e salve em PDF: é a sua peça de portfólio desta aula.