Simulador de esteira com sensores — conta, decide e desvia a peça ao vivo

O que o sensor enxerga: a entrada digital do CLP

Toda a automação de uma esteira começa num ponto simples: o sensor precisa avisar o CLP que uma peça passou. Ele faz isso gerando um sinal digital — um nível de tensão que vale 0 (peça ausente) ou 1 (peça presente). Quando a peça entra no campo de detecção, o sinal sobe de 0 para 1: é a borda de subida. Quando a peça sai, ele cai de 1 para 0: a borda de descida. O CLP não conta o tempo que o sinal fica em 1; ele conta as transições. Uma peça bem detectada produz exatamente uma borda de subida e uma de descida — um pulso limpo por peça.

No simulador, cada um dos três sensores acende um halo verde por um instante no exato momento em que a peça cruza o seu campo. Esse halo é a borda de subida ficando visível. Olhe para o mapa de IOs, na aba à direita, e veja a entrada correspondente (I0.0 para o S1, I0.1 para o S2, I0.2 para o S3) piscar de 0 para 1 no mesmo instante. É essa a ponte entre o mundo físico da peça e o mundo lógico do programa: a entrada digital. Aprender a ler esse mapa é o primeiro passo de quem vai abrir um CODESYS ou um TIA Portal pela primeira vez.

O sensor de proximidade industrial costuma ter três fios: dois de alimentação (positivo e negativo) e um de sinal. A forma como esse fio de sinal chaveia define se o sensor é PNP ou NPN — um detalhe que decide se a fiação vai funcionar, e que vamos destrinchar mais adiante.

Os quatro tipos de sensor, em detalhe

Sensor indutivo

O sensor indutivo detecta apenas metais. Ele gera um campo eletromagnético na face e percebe a alteração desse campo quando um objeto metálico se aproxima. É o sensor mais usado no chão de fábrica para contar peças: robusto, sem partes móveis, imune a sujeira e gordura, e barato. Em compensação, o alcance é curto — tipicamente poucos milímetros, com a distância nominal exata variando por diâmetro e por modelo (a verificar no catálogo). Para contar parafusos, blocos usinados, latas ou qualquer peça metálica passando colada ao sensor, o indutivo é a escolha natural.

Sensor capacitivo

O sensor capacitivo enxerga praticamente qualquer material: plástico, vidro, madeira, líquido, pó, grão. Ele percebe a variação de capacitância quando algo entra no campo, metal ou não. Por isso é o sensor de nível e de detecção de materiais não metálicos. O preço dessa versatilidade é a sensibilidade ao ambiente: poeira acumulada, umidade e respingo podem disparar leituras falsas, exigindo ajuste de sensibilidade e bom grau de proteção. Numa linha de empacotamento de produtos plásticos, ou para sentir se uma caixa está cheia, o capacitivo resolve onde o indutivo é cego.

Sensor fotoelétrico

O sensor fotoelétrico usa um feixe de luz (normalmente infravermelho) e tem o maior alcance dos quatro — de centímetros a vários metros. Existe em três arranjos: barreira (emissor e receptor separados, a peça interrompe o feixe entre eles; o mais confiável e de maior alcance), retrorreflexivo (emissor e receptor no mesmo corpo, com um espelho do outro lado) e por difusão (detecta a luz refletida pela própria peça, sem refletor). É a escolha para peças grandes, distantes, ou quando não se pode colocar o sensor colado à esteira. Sofre com poeira na lente e com peças muito escuras ou translúcidas na versão por difusão.

Sensor óptico de fibra

O sensor óptico de fibra leva a luz por um cabo de fibra fino até o ponto de detecção. Isso permite enxergar peças minúsculas ou pontos de difícil acesso, onde um sensor convencional não cabe — dentro de uma máquina, num espaço apertado, perto de calor. A eletrônica fica longe do ponto quente, protegida; só a ponta de fibra encara o ambiente. É o sensor de aplicações de precisão, como detectar a presença de um componente pequeno numa montadora eletrônica.

PNP e NPN: como o sensor conversa com o CLP

Saber qual sensor usar resolve metade do problema. A outra metade é ligar o sensor corretamente na entrada do CLP — e é aí que entram as siglas PNP e NPN. Elas descrevem como um sensor de três fios chaveia o sinal de saída quando é acionado.

• Sensor PNP (sourcing): quando detecta a peça, ele coloca a tensão positiva na saída. A carga — ou a entrada do CLP — fica ligada entre a saída do sensor e o negativo (0 V). É o padrão mais comum no Brasil e na Europa.
• Sensor NPN (sinking): quando detecta a peça, ele conecta a saída ao negativo (0 V). A carga fica entre o positivo e a saída do sensor. Comum em equipamentos de origem asiática.

O ponto crítico é que o tipo de entrada do CLP precisa casar com o tipo de sensor. Uma entrada configurada como sink espera um sensor PNP; uma entrada source espera um NPN. Ligar um sensor PNP numa entrada que espera NPN simplesmente não funciona — o CLP nunca enxerga o sinal — e essa é uma das causas mais frequentes de “o sensor não conta” no comissionamento. Antes de fechar a fiação, a regra é conferir no manual do CLP o tipo de cada grupo de entradas e escolher os sensores de acordo. No simulador, cada sensor traz o seletor de operação NO/NC, que é a outra face dessa conversa: um sensor normalmente aberto (NO) fecha o sinal ao detectar; um normalmente fechado (NC) abre. Trocar de NO para NC inverte a leitura — útil para entender por que o contato de um botão de emergência é sempre NC.

A lógica de contagem (CTU) e o desvio

Com o sensor enxergando e a entrada bem ligada, o CLP pode contar. A instrução que faz isso é o CTU — Count Up, contador crescente da norma IEC 61131-3. A cada borda de subida do sensor de entrada (S1, na entrada da esteira), o CTU incrementa um valor interno, que o simulador mostra no display como CONT01. Esse valor sobe de peça em peça até bater no set-point do lote — o número de peças que você definiu no painel.

Quando o contador atinge o set-point e a próxima peça chega ao sensor S2 (logo antes do desviador), a lógica energiza a saída do desviador (Q0.1). A palheta articulada avança e redireciona a peça para a rampa lateral. Para garantir que o desviador fique avançado tempo suficiente para a peça passar, entra um temporizador TON (On-Delay, também da IEC 61131-3): ele mantém o desviador aberto pelo tempo configurado e, ao expirar, recolhe a palheta. Com o reset automático ligado, o contador zera e o lote recomeça. Tudo isso você acompanha no display do CLP (CONT, SET, DESV) e, na aba Ladder, vê os rungs 2, 3 e 4 acendendo em sequência — exatamente como um programador olha o programa em modo online.

Um detalhe de engenharia que o simulador respeita: o tempo de abertura do desviador (TON) tem de ser maior do que o tempo que a peça leva para cruzar o desviador, que depende da velocidade da esteira e do comprimento da peça. Reduza o TON abaixo desse limite e o simulador acende um card amarelo avisando que o tempo está curto — um erro de parametrização que, no campo, faria a peça ser cortada pela metade pelo desviador fechando cedo demais.

Debounce: por que um pulso vira vários

Há um fenômeno que assombra todo iniciante em automação: o CLP conta mais peças do que passaram. Quase sempre a causa é o repique do sinal — em inglês, bounce. Quando uma peça atravessa o limite do campo de um sensor, ou quando um contato mecânico fecha, o sinal pode oscilar rapidamente entre 0 e 1 por alguns milissegundos antes de estabilizar. Para o CTU, cada uma dessas oscilações parece uma nova borda de subida — e ele conta várias vezes a mesma peça.

A solução é o debounce: um filtro que ignora transições mais curtas do que um determinado tempo, garantindo um único pulso por peça. Ele pode ser feito por hardware (capacitor no contato), pelo filtro de entrada do próprio CLP (a maioria dos CLPs tem um parâmetro de tempo de filtro por entrada) ou por software, com um pequeno temporizador na lógica. O valor do filtro depende do CLP e da velocidade da linha: filtro curto demais não elimina o repique; longo demais pode perder peças que passam rápido. Calibrar esse tempo é um ajuste clássico de comissionamento — e o valor exato é sempre a verificar no manual do CLP, porque varia por modelo.

Intertravamento de segurança: START, STOP e E-STOP

Uma esteira não pode partir a qualquer momento. A botoeira do simulador reproduz a lógica de intertravamento que protege quem trabalha na máquina. A esteira só liga com o START pressionado, o E-STOP liberado e a porta de acesso fechada. Os dois últimos são representados por contatos normalmente fechados (NC) em série: enquanto a emergência está solta e a porta fechada, o circuito conduz; basta um deles abrir para a esteira parar. Essa é a razão de o botão de emergência usar contato NC — se o fio se rompe, o circuito abre e a máquina para, falhando de forma segura.

O simulador distingue dois níveis de parada. Abrir a porta durante a operação faz uma parada suave (STOP) e acende um alerta laranja — a esteira para, mas não é emergência; feche a porta e pressione START de novo para retomar. O E-STOP é diferente: para tudo imediatamente, esteira e desviador, acende o alarme vermelho e exige RESET manual — não há religamento automático. Essa diferença entre um intertravamento normal e uma parada de emergência é um conceito central de segurança de máquinas. No diagrama Ladder, o rung 1 mostra os três contatos em série comandando a bobina da esteira, e o rung 6 mostra o E-STOP derrubando tudo. A categoria de segurança real desse controle, conforme NBR ISO 13849-1, depende do projeto e fica marcada como a verificar — o simulador representa a lógica, não certifica a segurança.

Simular a falha: o sensor que mente

A parte mais instrutiva da bancada é provocar o defeito. Clique em qualquer sensor na cena e ele cicla por três estados: normal, travado em 0 e travado em 1. Cada um reproduz uma falha real de campo.

• Travado em 0 (sensor que não detecta): simula fio rompido, sensor sujo ou desalinhado. As peças passam, mas o CONT01 não incrementa; depois de algumas peças sem sinal, o simulador acende um alarme de falha de contagem. No Ladder, o rung 2 nunca fecha mesmo com peça passando — a prova visual de que o sensor está cego.
• Travado em 1 (sensor colado): simula um objeto permanente no campo ou um sensor com defeito que fica sempre acionado. Sem borda real, o CLP “vê” o sensor sempre em 1; a contagem dispara de forma espúria e o desvio pode acionar sozinho. O simulador avisa com um card amarelo antes mesmo de partir.

Aprender a reconhecer esses dois padrões no mapa de IOs — uma entrada que deveria piscar e fica sempre em 0, ou uma que fica sempre em 1 — é metade do trabalho de diagnóstico de uma linha parada. É exatamente o tipo de raciocínio que separa quem troca o sensor no chute de quem lê o sinal e acha o defeito.

O que este simulador não faz (e o que faz o projeto de automação)

Ser honesto sobre o escopo é parte de uma boa ferramenta de engenharia. Este é um modelo didático calibrado da lógica de detecção, contagem e desvio — ótimo para entender o fluxo, treinar a leitura do Ladder e do mapa de IOs, e ensinar a diferença entre os tipos de sensor. Mas ele deliberadamente não modela:

• o ciclo de scan real do CLP (a varredura periódica do programa, na casa dos milissegundos), que aqui consideramos contínuo — a verificar por modelo;
• o atraso eletromecânico do cilindro pneumático do desviador (dezenas a centenas de milissegundos), que depende do fabricante;
• a distância nominal e o tempo de resposta exatos de cada modelo de sensor, que vêm do catálogo;
• os protocolos de rede industrial (Modbus, Profinet, EtherNet/IP) e seus tempos;
• a categoria de segurança certificada do intertravamento, que é projeto conforme NBR ISO 13849-1 e NR-12.

A decisão de qual sensor, qual CLP, qual lógica e qual nível de segurança são adequados a uma linha específica é projeto de engenharia. Ela exige o levantamento da aplicação, a especificação dos sensores com modelo, alcance e grau de proteção, a programação do CLP, o projeto elétrico do painel e o projeto de segurança da máquina, consolidados com responsável técnico e ART. A Token Engenharia executa o painel de automação, o retrofit de esteira, a programação de CLP e o comissionamento de linhas industriais em todo o Brasil.

Perguntas frequentes

Como um sensor detecta uma peça numa esteira?

O sensor gera um sinal digital de 0 ou 1 conforme a peça entra ou sai do seu campo de detecção. Quando a peça chega, o sinal sobe de 0 para 1 (borda de subida); quando sai, volta para 0 (borda de descida). É essa transição de borda que o CLP usa para contar. No simulador, cada sensor acende um halo verde no instante em que a peça cruza o seu campo.

Qual a diferença entre sensor indutivo, capacitivo, fotoelétrico e óptico?

O indutivo só detecta metais, é robusto e de alcance curto; o capacitivo detecta quase qualquer material (plástico, líquido, granel), bom para nível; o fotoelétrico usa um feixe de luz e tem o maior alcance, em versões barreira, retrorreflexiva e por difusão; o óptico de fibra leva a luz por um cabo fino até pontos minúsculos ou de difícil acesso. A distância nominal de cada modelo é a verificar no catálogo do fabricante.

O que é PNP e NPN num sensor de proximidade?

São as duas formas de o sensor de três fios chavear a saída. O PNP entrega tensão positiva ao acionar (sourcing); o NPN conecta a saída ao negativo (sinking). A escolha precisa casar com o tipo de entrada do CLP (sink ou source) — ligar um PNP numa entrada que espera NPN não funciona. No Brasil predomina o PNP; o manual do CLP fecha a decisão.

Como o CLP conta as peças e decide desviar?

Com um contador crescente (CTU): a cada borda de subida do sensor de entrada, ele incrementa o CONT01. Ao atingir o set-point e o sensor pré-desvio detectar a próxima peça, energiza a saída do desviador, mantida avançada por um temporizador TON pelo tempo configurado; depois recolhe e, com reset automático, zera a contagem. O simulador mostra essa sequência no display e nos rungs do Ladder.

O que é debounce e por que ele importa na entrada digital?

É o tratamento do repique do sinal: ao cruzar um sensor ou fechar um contato, o sinal pode oscilar entre 0 e 1 por milissegundos. Sem filtro, o CLP conta várias bordas de uma peça só. O debounce — por hardware, por filtro de entrada do CLP ou por software — ignora transições curtas demais e garante um pulso por peça. O tempo de filtro depende do CLP e da velocidade da linha, e é a verificar no manual.

Como escolher o sensor certo para a aplicação?

Pelo material da peça (metal pede indutivo; plástico ou líquido pedem capacitivo ou fotoelétrico), pela distância (peça distante pede fotoelétrico), pelo ambiente (pó, água e óleo pedem grau de proteção IP adequado) e pela eletrônica (PNP ou NPN conforme a entrada do CLP). A definição final, com modelo, alcance e IP, é parte do projeto de automação — a Token Engenharia especifica e instala com ART.

Este simulador substitui a programação do CLP e o projeto de segurança?

Não. É um modelo didático de lógica de detecção, contagem e desvio. Não emula o ciclo de scan real, o atraso do desviador nem o tempo de resposta dos sensores — esses valores são a verificar por hardware. A programação real do CLP, a fiação, o intertravamento conforme NR-12 e a categoria de segurança (NBR ISO 13849-1) são projeto de engenharia. A Token Engenharia executa o painel, o retrofit e o comissionamento em todo o Brasil, com ART.