automaçao bom

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Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Colegiado do Curso de Engenharia de Controle e Automação - CECAU Thiago Rodrigues Cerqueira Fundamentos da Automação Industrial Pneutrônica e Aplicação em uma Máquina de Dupla Furação de Pequenas Peças com Condições Adicionais Monografia de Graduação em Engenharia de Controle e Automação Ouro Preto, 2010

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sistemas de automaçao industrial

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Page 1: Automaçao bom

Universidade Federal de Ouro Preto

Escola de Minas

Colegiado do Curso de Engenharia de Controle e

Automação - CECAU

Thiago Rodrigues Cerqueira

Fundamentos da Automação Industrial Pneutrônica e Aplicação em uma

Máquina de Dupla Furação de Pequenas Peças com Condições Adicionais

Monografia de Graduação em Engenharia de Controle e Automação

Ouro Preto, 2010

Page 2: Automaçao bom

THIAGO RODRIGUES CERQUEIRA

Fundamentos da Automação Industrial Pneutrônica e Aplicação

em uma Máquina de Dupla Furação de Pequenas Peças com

Condições Adicionais

Monografia apresentada ao Curso de

Engenharia de Controle e Automação da

Universidade Federal de Ouro Preto como parte

dos requisitos para a obtenção do Grau de

Engenheiro de Controle e Automação.

Orientador:

Prof. Dr. Luiz Joaquim Cardoso Rocha

Ouro Preto

Escola de Minas – UFOP

Dezembro/2010

Page 3: Automaçao bom

C416f Cerqueira, Thiago Rodrigues.

Fundamentos da automação industrial pneutrônica e aplicação em uma máquina de dupla furação de

pequenas peças com condições adicionais [manuscrito] / Thiago Rodrigues Cerqueira. – 2010.

53 f. : il. color., grafs., tabs.

Orientador: Prof. Dr. Luiz Joaquim Cardoso Rocha

Co-orientadora: Profa. Dra. Karla Pimenta Boaventura Palmieri.

Monografia (Graduação) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola

de Minas. Colegiado do Curso de Engenharia de Controle e Automação.

1. Automação industrial. 2. Pneumática. 3. Automação eletropneumática. I. Universidade Federal de

Ouro Preto. II. Título.

CDU: 681.5:621.5

Catalogação: [email protected]

Page 4: Automaçao bom
Page 5: Automaçao bom

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente aos meus pais, meu pai Jorge pelo apoio e confiança e minha mãe

Rosane pelo amor incondicional, à minha irmã Giselly, minha fiel amiga, aos meus sobrinhos

pelo carinho, à minha esposa Marcelle pela compreensão no momento em que mais precisei

de apoio, à minha filha Maria Fernanda pela felicidade que vem me proporcionando a cada

instante, a todos os meus parentes pela ajuda que me deram sempre que precisei, aos meus

irmãos da República Skulaxu pela amizade e companheirismo e aos amigos que passaram

pela minha vida durante essa etapa, sendo essenciais nessa caminhada, os quais me auxiliaram

e me motivaram em diversos momentos, colaborando também por mais essa etapa vencida.

Page 6: Automaçao bom

“A satisfação está no esforço feito para alcançar o objetivo,

e não em tê-lo alcançado.”

(Mahatma Gandhi)

Page 7: Automaçao bom

RESUMO

O seguinte estudo define com clareza e objetividade os fundamentos da automação industrial

pneutrônica e sua aplicação em uma máquina de dupla furação de pequenas peças com

condições adicionais. Tendo como estudo os fundamentos da automação industrial

pneutrônica, enfatiza-se sua definição, sendo ela a junção da automação com a

eletropneumática. Caracteriza-se também a função da pneutrônica que se dá pela

automatização dos processos industriais. A pneutrônica possui grande importância no

contexto industrial, tendo como objetivo a otimização de processos, o aumento da produção e

a melhoria na qualidade dos produtos. A pneutrônica é aplicada em automatismos que

utilizam a lógica de funcionamento através de um controlador de nível industrial conhecido

como Controlador Lógico Programável, que permite flexibilidade na programação de acordo

com o processo, aliado a eletropneumática. Após o estudo teórico é apresentada a simulação

de uma máquina de dupla furação de pequenas peças que utiliza dos princípios da

pneutrônica.

Palavras-chave: Pneutrônica, pneumática, automação, CLP, processo, eletropneumática.

Page 8: Automaçao bom

ABSTRACT

The following work clearly and objectivity defines the fundamentals of the pneutronic

industrial automation and your application in a little pieces double perforation machine with

additional conditions. Based in the pneutronic industrial automation fundamentals, it

emphasizes your definition that is the junction of automation with electropneumatic. It also

characterizes the function of pneutronic that is the automation of the industrial processes. The

pneutronic has great importance in the industrial context, with the purpose of automates the

processes, raises the productivity and makes high quality products. The pneutronic is applied

in automatisms that use the logic of operation by an industrial controller known as

Programmable Logic Controller that permits flexibility in the program allied with

electropneumatic. After the theoretical study a simulation of a little pieces double perforation

machine is presented it uses the pneutronic principles.

Keywords: Pneutronic, pneumatic, automation, PLC, process, electropneumatic.

Page 9: Automaçao bom

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 – Compressor de ar................................................................................................. 15

Figura 2.2 – Atuador pneumático linear (cilindro). ................................................................. 17

Figura 2.3 – Motor pneumático. .............................................................................................. 18

Figura 2.4 – Acionamentos de válvulas direcionais. ............................................................... 18

Figura 2.5 – Resumo das válvulas direcionais. ....................................................................... 19

Figura 2.6 – Válvula de retenção. ............................................................................................ 19

Figura 2.7 – Válvula alternadora. ............................................................................................ 20

Figura 2.8 – Válvula reguladora de fluxo. ............................................................................... 20

Figura 3.1 – CLP (Controlador Lógico Programável). ............................................................ 21

Figura 4.1 – Ambiente FluidSIM® 3.6 Pneumatics. ............................................................... 23

Figura 4.2 – Esquema do processo. ......................................................................................... 24

Figura 4.3 – Diagrama trajeto-passo 1..................................................................................... 25

Figura 4.4 – Opção de ciclo único ou contínuo. ...................................................................... 29

Figura 4.5 – Pressionar B2. ..................................................................................................... 29

Figura 4.6 – Sinal reset ou emergência.................................................................................... 29

Figura 4.7 – Condições iniciais. .............................................................................................. 30

Figura 4.8 – Comando manual passo a passo ou ciclo contínuo ou ciclo único. .................... 30

Figura 4.9 – Sinal B3 para ciclo contínuo. .............................................................................. 31

Figura 4.10 – Sinal B3 para ciclo único. ................................................................................. 31

Figura 4.11 – Cancelar sinal de B3 para ciclo contínuo. ......................................................... 31

Figura 4.12 – Cancelar sinal de B3 para ciclo único. .............................................................. 31

Figura 4.13 – Ativar e desativar comando estado inicial. ....................................................... 32

Figura 4.14 – Ativar e desativar comando fixar. ..................................................................... 33

Figura 4.15 – Ativar e desativar comando furo 1. ................................................................... 33

Figura 4.16 – Ativar e desativar comando de retorno pós furo 1. ........................................... 34

Figura 4.17 – Ativar e desativar comando avançar mesa. ....................................................... 34

Page 10: Automaçao bom

Figura 4.18 – Ativar e desativar comando furo 2. ................................................................... 35

Figura 4.19 – Ativar e desativar comando de retorno pós furo 2. ........................................... 35

Figura 4.20 – Ativar e desativar comando de recuar mesa. ..................................................... 35

Figura 4.21 – Ativar e desativar comando de soltar peça. ....................................................... 36

Figura 4.22 – Ativar e desativar comando de expulsar peça. .................................................. 37

Figura 4.23 – Ativar e desativar comando de recuar cilindro. ................................................ 37

Figura 4.24 – Ativar e desativar comando MEN11. ................................................................ 38

Figura 4.25 – Ativar o alarme. ................................................................................................. 38

Figura 4.26 – Ativar o temporizador. ...................................................................................... 38

Figura 4.27 – Memorizar e apagar sinal TP1M. ...................................................................... 39

Figura 4.28 – Retorno por emergência. ................................................................................... 39

Figura 4.29 – Acionamento dos solenóides e do motor. ......................................................... 40

Figura 4.30 – Sensores............................................................................................................. 41

Figura 4.31 – Alarme. .............................................................................................................. 41

Figura 4.32 – Mesa de controle. .............................................................................................. 42

Figura 4.33 – Simulador da máquina de dupla furação. .......................................................... 43

Figura 5.1 – Diagrama trajeto-passo 2..................................................................................... 44

Figura 5.2 – Diagrama trajeto-passo obtido. ........................................................................... 45

Figura 5.3 – Diagrama comparativo de ciclo único e contínuo. .............................................. 45

Figura 5.4 – Diagrama com botão de emergência acionado. ................................................... 46

Figura 5.5 – Diagrama sem peça no depósito. ......................................................................... 47

Figura 5.6 – Diagrama passo a passo condicionado. ............................................................... 47

Figura 5.7 – Diagrama passo a passo incondicionado. ............................................................ 48

Figura 5.8 – Luzes indicativas. ................................................................................................ 48

Figura 5.9 – Diagrama com peça mal fixada. .......................................................................... 49

Figura 5.10 – Diagrama com falta de peça no depósito. ......................................................... 50

Figura 5.11 – Diagrama com broca quebrada.......................................................................... 50

Page 11: Automaçao bom

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 10

1.1 Contexto............................................................................................................................. 10

1.1.1 Pneutrônica ..................................................................................................................... 10

1.1.2 Furação ........................................................................................................................... 10

1.2 Objetivo ............................................................................................................................. 11

1.3 Metodologia ....................................................................................................................... 11

1.4 Estrutura do Trabalho ........................................................................................................ 11

2 SISTEMAS PNEUMÁTICOS ........................................................................................... 13

2.1 Vantagens e Desvantagens ................................................................................................ 13

2.2 Aplicabilidade .................................................................................................................... 14

2.3 Principais Componentes dos Sistemas Pneumáticos ......................................................... 15

2.3.1 Compressores.................................................................................................................. 15

2.3.2 Secadores ........................................................................................................................ 16

2.3.3 Tubos de Transmissão .................................................................................................... 16

2.3.4 Filtros de Ar .................................................................................................................... 16

2.3.5 Lubrificadores ................................................................................................................. 17

2.3.6 Atuadores ....................................................................................................................... 17

2.3.3 Válvulas Direcionais....................................................................................................... 18

2.2.3.2 Válvulas de Retenção .................................................................................................. 19

2.2.3.3 Válvulas Alternadoras ................................................................................................. 20

2.2.3.4 Válvulas Reguladoras de Fluxo ................................................................................... 20

3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL............................................................ 21

3.1 Linguagens de Programação de CLP................................................................................. 21

3.1.1 Linguagens Gráficas ....................................................................................................... 21

3.1.2 Linguagens Textuais ....................................................................................................... 22

4 ESTUDO DE CASO ........................................................................................................... 23

4.1 Material Utilizado .............................................................................................................. 23

4.2 Esquema do Projeto ........................................................................................................... 24

4.2.1 Condições Adicionais ..................................................................................................... 25

Page 12: Automaçao bom

4.2.2 Programas Especiais ....................................................................................................... 26

4.2.3 Tabelas de Correspondência ........................................................................................... 26

4.2.4 Programa ......................................................................................................................... 28

4.2.5 Interface .......................................................................................................................... 40

5 RESULTADOS ................................................................................................................... 44

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................. 51

REFERÊNCIAS..................................................................................................................... 52

Page 13: Automaçao bom

1 INTRODUÇÃO

1.1 Contexto

1.1.1 Pneutrônica

Hoje, as indústrias estão sempre buscando, entre as tecnologias existentes, meios de

aperfeiçoar seus processos. Cada processo possui suas características e para ter um melhor

desempenho essas características precisam ser consideradas para assim poder ser escolhido o

tipo de tecnologia a ser aplicada.

Os sistemas pneumáticos são simples de serem implantados, de fácil manutenção, robustos,

baixo custo dos componentes, versátil, entre outras características.

Devido as suas características, desde os anos 70 a sua utilização vem aumentando no ramo da

automação de equipamentos mecânicos. Com a junção da microeletrônica e da informática,

nos anos 80, fez-se um sistema com as características dos três elementos, gerando assim um

equipamento muito útil para a automação industrial.

De acordo com Bollmann (1997), a pneutrônica é definida como sendo a combinação dos

recursos técnicos da pneumática, da microeletrônica e da informática, associada à promoção

da melhor comunicação entre seus especialistas, visando à obtenção de soluções otimizadoras

e inovadoras no âmbito dos projetos de máquinas e de sistemas de produção.

1.1.2 Furação

O processo de furação é muito importante para a conformação do metal, muitas peças do

nosso dia a dia possuem pelo menos um furo, e não há outro modo senão o método de furação

para modelar o metal com um furo.

Grande parte das peças que são fabricadas em indústrias metalúrgicas e de fabricação possui,

Page 14: Automaçao bom

14

pelo menos, um furo, e somente uma parte muito pequena dessas peças já vem com o furo

pronto do processo de obtenção da peça bruta (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 2006). O

avanço da técnica de furação pode ser muito importante para o aumento da produção de peças

no processo metalúrgico. Com a automação do processo de furação tem-se uma melhor

qualidade nos furos e maior velocidade no processo, assim aumentando a eficiência e

rentabilidade.

1.2 Objetivo

Os objetivos deste trabalho são: adquirir conhecimento sobre os componentes de um sistema

pneumático e eletro-pneumático, tais como, a importância e a função, além de observar a

aplicabilidade da pneutrônica no âmbito atual da automação industrial, e simular

numericamente uma máquina de dupla furação automatizada de pequenas peças com

condições adicionais, conforme proposto por Bollmann (1997).

1.3 Metodologia

Para o embasamento teórico deste trabalho foi feito pesquisas em literatura específica,

relacionadas com os temas: pneumática, pneutrônica, eletro-pneumática e automação

industrial. Também foi visto tutoriais sobre o software da Festo: FluidSIM® Pneumatics com

o objetivo de aprender sua estrutura e seus princípios para o auxílio na montagem da

simulações da máquina de dupla furação. Esta máquina foi programada por meio da

linguagem de programação LADDER, ou seja, também foi estudada a lógica desta

programação.

1.4 Estrutura do Trabalho

No capítulo 1 é apresentado o contexto atual da pneutrônica e da furação no âmbito industrial,

assim como suas definições e importância.

No capítulo 2 se vê o conceito de sistema pneumático, seguido de suas características mais

marcantes e também são apresentados os componentes principais que caracterizam um

sistema pneumático.

Page 15: Automaçao bom

15

No capítulo 3 têm-se as definições de CLP, assim, como sua utilidade e suas formas de

programação.

No capítulo 4 se tem o estudo de caso, onde é apresentada a simulação de uma proposta de

implantação de uma máquina de dupla furação. Suas etapas são bem apresentadas e

claramente explicadas.

No capítulo 5 são apresentados os resultados obtidos com a simulação da máquina e a seguir

as considerações finais.

Page 16: Automaçao bom

2 SISTEMAS PNEUMÁTICOS

Um sistema é caracterizado por um conjunto de elementos que juntos exercem certa função

pré-estabelecida. Assim, sistemas pneumáticos são sistemas que possuem elementos

pneumáticos como: compressor, válvulas direcionais, atuadores, tubos, entre outros; e

geralmente são utilizados para transmitir energia por meio do ar comprimido para elementos

atuadores ao qual não necessitam de grandes esforços, pois trabalham a baixa pressão.

2.1 Vantagens e Desvantagens

Como qualquer sistema, o pneumático tem seus prós e contras, sua aplicação depende

exclusivamente das necessidades da indústria ou da área ao qual será implantado. Observe

abaixo algumas das suas principais vantagens na aplicação industrial:

robustez dos componentes;

fácil implantação;

simplicidade de manipulação;

o ar é facilmente armazenável e transportável;

fácil manutenção;

não há necessidade de tubulação de retorno;

velocidade dos atuadores é relativamente grande;

fácil integração com sistemas de controle e automação;

boa relação potência/peso;

enorme flexibilidade de uso e aplicação;

não produz faíscas. Pode ser usado em ambientes explosivos;

a sobrecarga não causa danos nos componentes;

pode ser aplicado em ambientes de altas temperaturas.

Já como desvantagens, ou limitações de uso, citam-se principalmente:

Page 17: Automaçao bom

17

o ar precisa ser bem preparado antes de ser utilizado;

impossível de se obter paradas intermediárias e velocidades uniformes, devido à

compressibilidade do ar;

limitação das forças máximas de trabalho;

devido à viscosidade do ar, este sistema propicia oscilações durante o movimento;

ruídos;

problemas na lubrificação de componentes, pois o ar com óleo é jogado para o

ambiente.

2.2 Aplicabilidade

Os sistemas pneumáticos podem ser empregados para praticamente todas as atividades

industriais existentes. Há aplicação desde as mais simples atividades repetitivas como abrir e

fechar algum dispositivo até em sistemas de manipulação robótica mais complexas.

A transição do trabalho manual para a produção plenamente automatizada quer seja em

empresas grandes, médias ou pequenas, ocorre, na maioria das vezes, gradativamente,

iniciando com a Automação de Baixo Custo. Neste contexto a pneumática tem uma ampla

gama de contribuições a dar. Dessas, destacam-se a mecanização de tarefas manuais, a

automatização ou semi-automatização de máquinas simples dos mais diversos tipos, a

modernização de máquinas ferramenta e a construção de dispositivos que executam

automaticamente seqüência de tarefas simples ou mais complexas, e finalmente, tudo isso

facilmente integrável à microeletrônica e à informática (ONUDI, 1983).

Algumas das diversas tarefas que se pode aplicar a pneumática para um melhor desempenho

são: transporte e manipulação de peças, montagem, fabricação, caracterização, teste de

duração, embalagem de produtos, acionamentos diversos, entre outros. Dessas tarefas seguem

algumas atividades possíveis com a pneumática: alimentação, posicionamento, fixação,

expulsão, separação, giro, contagem, dosagem, ordenação, furação, solda, dobragem,

prensagem, entre outras muitas atividades.

Page 18: Automaçao bom

18

2.3 Principais Componentes dos Sistemas Pneumáticos

2.3.1 Compressores

Para a produção do ar comprimido há a necessidade de compressores, figura 2.1.

Compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão do ar, adquirido na atmosfera, até

uma pressão pré-estabelecida necessária para a execução dos trabalhos. A maioria dos

dispositivos pneumáticos trabalha com uma estação central de distribuição de ar comprimido.

Figura 2.1 – Compressor de ar.

Fonte: POLICENTER, 2010.

Os compressores podem ser classificados segundo seus princípios de trabalho. As

classificações fundamentais são: deslocamento positivo e deslocamento dinâmico.

Os compressores classificados por deslocamento positivo baseiam-se fundamentalmente na

redução de volume do ar. Nestes compressores o ar é armazenado em uma câmara isolada do

meio externo, seu volume é então gradualmente diminuído, quando se alcança certa pressão

este ar é então expulso da câmara para a tubulação para o transporte da energia.

Já nos compressores classificados por deslocamento dinâmico a elevação da pressão acontece

mediante a transformação da energia cinética em energia de pressão. O ar é colocado em

contato com impulsores, este é acelerado, atingindo altas velocidades. Após isto, seu

escoamento é desacelerado através de um difusor (duto que provoca diminuição na velocidade

Page 19: Automaçao bom

19

de escoamento de um fluido, causando aumento de pressão), obrigando a um aumento da

pressão.

2.3.2 Secadores

Como vimos, uma das vantagens dos sistemas pneumáticos é a facilidade de adquirir seu bem

de transmissão de energia, o ar. O ar pode ser adquirido da atmosfera, porém, o ar atmosférico

precisa ser tratado antes de ser jogado nos tubos de transmissão dos sistemas pneumáticos.

O ar atmosférico possui umidade, e a umidade é muito prejudicial aos componentes

pneumáticos, sendo necessário fazer reparações e trocas, além de limitar o uso dos sistemas,

pois em certos casos não se pode ter umidade no ar utilizado, por exemplo, em operações

como pintura. Assim, é muito viável a utilização de secadores de ar, para a remoção da

umidade do ar.

2.3.3 Tubos de Transmissão

Nesta parte consideram-se apenas medidas que se deve tomar para a construção dos dutos de

transmissão do ar comprimido, não se entra em detalhe sobre os motivos das especificações.

Sobre as ligações dos dutos existe a possibilidade da utilização de roscas, solda, flange e

acoplamento rápido, cada qual com suas características e particularidades. Também é

importante valorizar curvas e não utilizar cotovelos, para não ter perdas de energia. Outro fato

importante é a inclinação dos tubos, pois mesmo após a secagem do ar, este ainda permanece

com resíduos de umidade, e com uma inclinação adequada pode-se evitar acúmulo de água

nos tubos.

2.3.4 Filtros de Ar

O ar, como dito anteriormente, é adquirido livremente na atmosfera, e por este motivo o

mesmo precisa tratado antes de ser utilizado. Além da umidade, o ar atmosférico contém

partículas de impurezas que podem danificar os equipamentos causando atrito entre as parte

Page 20: Automaçao bom

20

internas do mesmo. E é por isso que existem os filtros de ar, para a eliminação destas

impurezas e também auxilia na desumidificação do ar.

2.3.5 Lubrificadores

Os componentes de um sistema pneumático possuem parte que fazem movimentos internos

causando atrito entre suas peças. O atrito desgasta as peças e com o tempo estas peças

precisam ser trocadas.

O lubrificador tem como função injetar certa quantia de óleo no ar para auxiliar na

lubrificação destas peças. Atualmente os componentes pneumáticos estão sendo trabalhados

para não precisarem de lubrificação, pois o ar dos sistemas pneumáticos é eliminado na

atmosfera, assim poluindo o ambiente ao qual se encontra.

2.3.6 Atuadores

Os atuadores são dispositivos que fazem a conversão da energia contida no ar comprimido em

trabalho. Nos sistemas pneumáticos, eles ficam ligados diretamente à carga que se deseja

movimentar.

Os atuadores são divididos em lineares e rotativos. Os atuadores lineares, mostrado na figura

2.2, são os que produzem movimentos retilíneos, tem como exemplo os cilindros

pneumáticos. Já os atuadores rotativos, ilustrado na figura 2.3, têm como exemplo os motores

pneumáticos, transformam a energia do ar comprimido em energia de rotação.

Figura 2.2 – Atuador pneumático linear (cilindro).

Fonte: CRUZ, 2008.

Page 21: Automaçao bom

21

Figura 2.3 – Motor pneumático.

Fonte: CRUZ, 2008.

2.3.3 Válvulas Direcionais

As válvulas direcionais são componentes dos sistemas pneumáticos responsáveis pelo

acionamento dos atuadores, elas são ativadas pelo recebimento de comando via diversos

meios: pneumático, mecânico, elétrico, entre outros, ver figura 2.4, assim, elas determinam

quando um atuador será acionado assim como quanto tempo ele permanecerá pressurizado.

Figura 2.4 – Acionamentos de válvulas direcionais.

Fonte: BIGATON, 2008.

Page 22: Automaçao bom

22

As válvulas direcionais possuem posições. O número de posições é a quantidade de

movimentos que uma válvula pode exercer ou permanecer sob ação por certo tempo, por

exemplo, tem-se uma torneira comum que pode estar fechada ou aberta permitindo assim

passagem de água, neste caso há duas posições, torneira fechada e torneira aberta. Na figura

2.5 pode-se ver um resumo das válvulas direcionais.

Figura 2.5 – Resumo das válvulas direcionais.

Fonte: BIGATON, 2008.

2.2.3.2 Válvulas de Retenção

As válvulas de retenção, figura 2.6, são dispositivos mecânicos que somente permitem o ar

escoar em uma direção. Elas trabalham automaticamente e a maioria não precisa da ajuda de

um operador ou algum atuador eletrônico de controle.

Figura 2.6 – Válvula de retenção.

Fonte: BIGATON, 2008.

Page 23: Automaçao bom

23

2.2.3.3 Válvulas Alternadoras

As válvulas alternadoras, ver figura 2.7, são válvulas para pilotagem alternada, possuem duas

entradas e uma saída para seleção da linha. Elas permitem o fluxo em apenas uma das linhas,

bloqueando a outra entrada.

Figura 2.7 – Válvula alternadora.

Fonte: BIGATON, 2008.

2.2.3.4 Válvulas Reguladoras de Fluxo

As válvulas reguladoras, figura 2.8, de fluxo permitem que a vazão em um determinado ponto

do sistema seja controlada, assim impondo mais segurança na linha. Elas podem ser

controladas manualmente ou remotamente.

Figura 2.8 – Válvula reguladora de fluxo.

Fonte: BRAKEMATIC, 2010.

Page 24: Automaçao bom

3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

O Controlador Lógico Programável - CLP, ou PLC do inglês programmable logic controller,

ver figura 3.1, é um computador especializado em realizar operações lógicas de diversos

níveis de complexidade. É um computador mais robusto, perfeito para resistir à ambientes

industriais. Os CLP‟s são capazes de exercer funções especificas, tais como, seqüenciamento,

temporização, contagem e aritmética.

Figura 3.1 – CLP (Controlador Lógico Programável).

Fonte: SIEMENS, 2010.

3.1 Linguagens de Programação de CLP

Para facilitar a programação dos CLP‟s, foram sendo desenvolvidas durante o tempo, diversas

linguagens de programação. Essas linguagens de programação constituem-se em um conjunto

de símbolos, comandos, blocos, figuras, com regras de sintaxe e semântica.

As linguagens de programação dos CLP‟s são classificadas como: linguagens gráficas ou

linguagens textuais.

3.1.1 Linguagens Gráficas

As linguagens gráficas se caracterizam pela utilização de desenhos para a programação. São

conhecidas pela sua simplicidade e facilidade de programação.

Page 25: Automaçao bom

25

As linguagens gráficas são: Diagramas de Funções Seqüenciais, Diagramas de Contatos e

Diagramas de Blocos de Função.

Os Diagramas de Funções Seqüenciais ou SFC do inglês Sequential Function Chart – ou

Grafcet é um método de programação desenvolvido para facilitar e uniformizar o tratamento

de projetos. Sua técnica consiste em decompor em passos e transições um diagrama de

tarefas. Cada passo representa um estado particular do sistema que está sendo controlado.

Os Diagramas de Contatos, ou mais conhecidos como Diagramas LADDER, é a linguagem de

programação de CLP‟s mais utilizada. Parte da lógica de utilizar contatos simples simulando a

abertura e fechamento de relés. Hoje são mais abrangentes e possuem tarefas como

contadores, temporizadores, entre outros.

Os Diagramas de Blocos de Funções ou FBD do inglês Function Block Diagram é uma

linguagem que utiliza os blocos de função para expressar o comportamento do programa.

Utiliza de blocos como temporizadores, contadores, memórias, entre outros.

3.1.2 Linguagens Textuais

As linguagens textuais utilizam de textos e códigos para a programação. Elas são a linguagem

Lista de Instruções e a Texto Estruturado.

A linguagem de Texto Estruturado é uma linguagem de alto nível e muito poderosa, possui

raízes das linguagens Ada, Pascal e C. Possui comandos tradicionais como if, else, for, entre

outros. Já a linguagem de Lista de Instruções é uma linguagem bem semelhante ao

Assembler.

Page 26: Automaçao bom

4 ESTUDO DE CASO

Este estudo consiste da simulação de uma máquina de dupla furação com condições

adicionais proposta por Bollmann (1997). Aqui se vê sua simulação com o uso do software

FluidSIM® 3.6 Pneumatics. Com esta simulação pode-se ter mais visibilidade do

funcionamento desta máquina, assim, ficando mais fácil seu aperfeiçoamento futuro.

4.1 Material Utilizado

A montagem e a programação da máquina de dupla furação foram desenvolvidas com o

software de simulação da Festo: FluidSIM® 3.6 Pneumatics. Na figura 4.1 pode-se ver o

ambiente de trabalho do software.

Figura 4.1 – Ambiente FluidSIM® 3.6 Pneumatics.

Na figura há quatro marcações, o número „1‟ é o local onde fica a biblioteca de dispositivos,

lá o usuário procura os dispositivos necessários para o seu projeto. O número „2‟ indica a

Page 27: Automaçao bom

27

barra de status, que é onde o programa passa as informações em tempo real do que está

acontecendo no programa. O número „3‟ é a barra de ferramentas, é onde o usuário encontra

as ferramentas do software, como por exemplo, os botões de controle da simulação. E o

número „4‟ é a tela de edição do projeto, esta tela é onde o usuário monta seu projeto e

observa seu comportamento durante a simulação.

4.2 Esquema do Projeto

Na figura 4.2 pode-se observar um esquema da máquina, com os cilindros de alimentação e

fixação „A‟, de furação „B‟, de avanço e retorno da mesa móvel „C‟ e de expulsão da peça

‟D‟, os sensores de posição dos cilindros „S1‟, „S2‟, „S3‟, „S4‟, ‟S5‟ e „S6‟, a posição dos

sensores de existência de peça no depósito „S0.4‟, de fixação da peça „S0.2‟ e o de integridade

da broca „S0.3‟.

Figura 4.2 – Esquema do processo.

Fonte: BOLLMANN, 1997.

Já na figura 4.3 observa-se um diagrama trajeto-passo com a seqüência normal de furação: o

cilindro „A‟ alimenta e fixa a peça, assim, o cilindro „B‟ promove o avanço de um motor de

acionamento da broca, que sempre liga ao avanço do cilindro, para fazer o primeiro furo.

Assim que terminar o furo, o cilindro „B‟ retorna, o motor desliga, e o cilindro „C‟ avança

Page 28: Automaçao bom

28

promovendo um pequeno movimento da mesa, logo o cilindro „B‟ avança novamente para

fazer o segundo furo. Então, o cilindro „B‟ retorna novamente, com o motor da broca já

desligado, o cilindro „C‟ recua, em seguida o cilindro „A‟ também recua soltando a peça, e

então, o cilindro „D‟ expulsa a peça com seu avanço e logo recua. Neste diagrama também

não está sendo considerado o tempo de cada operação, apenas a seqüência dos movimentos

dos cilindros.

Figura 4.3 – Diagrama trajeto-passo 1.

4.2.1 Condições Adicionais

Além da seqüência normal de furação deseja-se que o programa cumpra com algumas

condições de funcionamento:

opção de ciclo único ou contínuo;

botão de parada de emergência (desliga o motor da broca, interrompe o avanço do

cilindro „B‟ e o faz recuar);

botão de inicialização (inicializa o programa);

cada novo ciclo só pode recomeçar se houver peças no depósito e se a broca de

furação não estiver quebrada;

comando manual passo a passo (condicionado às condições lógicas associadas às

transições);

Page 29: Automaçao bom

29

comando manual passo a passo independente do cumprimento das condições lógicas

associadas às transições;

luz indicativa de que as condições iniciais estão satisfeitas;

luz de alarme, no caso de interrupções na seqüência de eventos ou problemas nas

condições iniciais (não haver peças no depósito ou broca quebrada).

4.2.2 Programas Especiais

Além da seqüência normal e das condições adicionais, há ainda algumas condições especiais

que aqui se denomina de programas especiais, são essas:

se for verificado, logo após a fixação, que a peça não está na posição correta, deve-se

soltar e expulsá-la imediatamente (salto), para então recomeçar normalmente um

novo ciclo;

caso não haja peças no depósito, interromper o ciclo contínuo e soar o alarme;

se após o primeiro furo a broca estiver quebrada, saltar para o fim do ciclo e soar o

alarme.

4.2.3 Tabelas de Correspondência

Nas tabelas 4.1 a 4.3 são apresentados alguns elementos, tanto de entrada quanto de saída, que

fazem parte da programação do CLP, entre eles: sensores, luzes, botões entre outros. Também

são apresentadas saídas internas do CLP que são variáveis de auxílio.

Deve-se considerar que neste trabalho são implementadas ações que simulam um CLP, então

apesar dos dados das tabelas 4.1 a 4.3 serem apresentados como deveriam ser em um CLP,

eles serão tratados diferentes, como explicado no sub-capítulo 4.2.4 - Programa.

Algumas variáveis da tabela original de sinais de entrada sugerida por Bollmann (1997) foram

modificadas ou ignoradas na programação realizada neste trabalho.

Page 30: Automaçao bom

30

Tabela 4.1 – Sinais de entrada.

SINAIS DE ENTRADA

Símbolo Descrição Correspondência lógica

SCIU Botão de início de ciclo único Acionado SCIU = 1

SCIC Botão de início de ciclo contínuo Acionado SCIC = 1

RES Botão de inicialização Acionado RES = 1

EMG Parada de emergência Acionado EMG = 1

MAN Comando manual passo a passo condicionado Acionado MAN = 1

BB2 Comando manual passo a passo incondicionado Acionado BB2 = 1

S0.2 Sensor da posição correta da peça fixada Posição OK S0.2 = 1

S0.3 Sensor da integridade da broca Broca OK S0.3 = 1

S0.4 Sensor de verificação de existência de peças no depósito Existe peça S0.4 = 1

S1 Fim de curso do recuo do cilindro „A‟ Cilindro recuado S1 = 1

S2 Fim de curso do avanço do cilindro „A‟ Cilindro avançado S2 = 1

S3 Fim de curso do recuo do cilindro „B‟ Cilindro recuado S3 = 1

S4 Fim de curso do avanço do cilindro „B‟ Cilindro avançado S4 = 1

S5 Fim de curso do recuo do cilindro „C‟ Cilindro recuado S5 = 1

S6 Fim de curso do avanço do cilindro „C‟ Cilindro avançado S6 = 1

Tabela 4.2 – Sinais de saída.

SINAIS DE SAÍDA

Símbolo Descrição Correspondência lógica

AA Solenóide do avanço do cilindro „A‟ Avançar AA = 1

AR Solenóide do recuo do cilindro „A‟ Recuar AR = 1

BA Solenóide do avanço do cilindro „B‟ Avançar BA = 1

BR Solenóide do recuo do cilindro „B‟ Recuar AR = 1

CA Solenóide do avanço do cilindro „C‟ Avançar CA = 1

CR Solenóide do recuo do cilindro „C‟ Recuar CR = 1

DA Solenóide do avanço do cilindro „D‟ Avançar DA = 1

MOTOR Motor de acionamento da broca Ligar Y4 = 1

CLOK Luz de condições iniciais OK Acender CLOK = 1

ALARME Alarme acústico e luminoso Ativar ALARME = 1

Na tabela de sinais de saída foram modificados os símbolos das variáveis para facilitar no

entendimento da programação e alguns sinais luminosos também foram removidos.

Page 31: Automaçao bom

31

Na tabela 4.3 foi mantido o mesmo padrão da original, porém algumas mudanças ocorreram

devido às mudanças das tabelas de sinais de entrada e saída.

Tabela 4.3 – Saídas internas do CLP.

SAÍDAS INTERNAS DO CLP

Símbolo Descrição

START Partida com opção de ciclo único ou contínuo

B3 Comando de permissão de avanço de passo

RSEM Sinal comum, Reset/Emergência

B2 Comando manual passo a passo incondicionado

B3CC Permissão de B3 para ciclo contínuo

DESB3CC Cancela B3CC

B3CU Permissão de B3 para ciclo único

DESB3CU Cancela B3CU

CLOK Condições iniciais OK

MEN0; MEN1; MEN2; MEN3; MEN4; MEN5;

MEN6; MEN7; MEN8; MEN9; MEN10; MEN11

Memórias internas do CLP correspondentes aos

passos

DESMEN0; DESMEN1; DESMEN2; DESMEN3;

DESMEN4; DESMEN5; DESMEN6; DESMEN7;

DESMEN8; DESMEN9; DESMEN10; DESMEN11

Limpa as memórias internas do CLP

TEMP1 Sinal de saída do temporizador

TP1M Sinal TEMP1 memorizado

DESTP1M Cancela TEMP1

4.2.4 Programa

A proposta de Bollmann (1997) é que o programa fosse editado em um CLP, porém aqui o

programa foi elaborado no software FluidSIM® 3.6 Pneumatics. Este software não permite

que a programação seja feita em diagrama de contatos dentro de um CLP, então foi feito a

programação na área de trabalho do software, isto implica em alguns problemas, como por

exemplo, o programa não é lido de forma cíclica como num CLP, assim alguns sinais de saída

tiveram que ter um delay de 0.01 segundos no sinal para que a leitura tivesse semelhança com

a de um CLP, e também o processamento de um CLP é muito mais rápido.

Page 32: Automaçao bom

32

Nas figuras de 4.4 a 4.29 as linhas de comando da programação precedidas de uma breve

explicação de seu funcionamento.

A linha de comando mostrada na figura 4.4 é responsável pela ativação do comando START.

O comando „START‟ será ativo ao se pressionar a opção de ciclo único ou contínuo na mesa

de controle.

Figura 4.4 – Opção de ciclo único ou contínuo.

A linha de comando apresentada na figura 4.5 é responsável por dar um pulso no comando

B2. Ocorre quando o operador pressiona o botão de comando passo a passo incondicionado na

mesa de controle. O comando B2 obriga o sistema a ir para a próxima etapa independente se

as condições necessárias estão sendo cumpridas. Esta linha de comando foi acrescentada do

programa proposto por Bollmann (1997), pois havia a impossibilidade de manter ativado o

comando B2 sem esta linha.

Figura 4.5 – Pressionar B2.

Na figura 4.6 a linha ativa o comando RSEM caso o operador pressione o botão de

emergência ou o botão de inicialização na mesa de controle. O comando RSEM tem a função

de zerar algumas memórias do CLP.

Figura 4.6 – Sinal reset ou emergência.

Page 33: Automaçao bom

33

Na figura 4.7 tem-se a linha que ativa o comando CLOK, este comando é ativo somente se

todas as condições necessárias forem cumpridas. Estas condições são: os cilindros estarem

recuados, e os sensores não acusarem nenhum problema na máquina. O comando CLOK ativa

o alarme caso sua lógica não for cumprida e também é necessário que esteja ativo para que a

máquina comece um ciclo.

Figura 4.7 – Condições iniciais.

O comando B3, mostrado na figura 4.8, é responsável por configurar quantas etapas a

máquina irá trabalhar, por exemplo, ele pode permitir que a máquina trabalhe um ciclo

(comando B3CU), ciclo contínuo (comando B3CC) ou apenas um passo (escolha do operador

na mesa de controle) caso as condições para os passos sejam cumpridas. Também houve uma

modificação nesta linha de comando. O comando B3CU foi acrescentado para melhor

funcionamento do programa.

Figura 4.8 – Comando manual passo a passo ou ciclo contínuo ou ciclo único.

A linha de comando mostrada na figura 4.9 é responsável pelo acionamento do comando

B3CC. Este comando, como visto anteriormente, mantém o comando B3 ativado, e é ativado

ao se pressionar o botão de ciclo contínuo na mesa de controle. Vê-se também que o comando

é mantido acionado após receber um pulso. Esta linha de comando não existia no programa do

Bollmann (1997), provavelmente um erro, pois ela é essencial para o funcionamento da

lógica. Nesta linha de comando vê-se pela primeira vez uma técnica que foi usada para manter

os comandos ativados o tempo necessário para a programação, o software não possibilitava a

utilização de memórias. Com o comando DESB3CC pode-se desativar esta linha. Esta técnica

foi utilizada inúmeras vezes durante a programação.

Page 34: Automaçao bom

34

Figura 4.9 – Sinal B3 para ciclo contínuo.

Na figura 4.10, a linha de comando segue o mesmo princípio da anterior, porém, o comando

B3CU é ativado na mesa de controle pelo botão de ciclo único.

Figura 4.10 – Sinal B3 para ciclo único.

Estas duas linhas de comando, figura 4.11 e 4.12, são responsáveis por desativar os comandos

B3CC e B3CU. O comando B3CC é desativado caso o controlador inicialize a máquina ou em

caso de emergência, já o comando B3CU é desativado pelo mesmo motivo e também caso a

máquina termine um ciclo.

Figura 4.11 – Cancelar sinal de B3 para ciclo contínuo.

Figura 4.12 – Cancelar sinal de B3 para ciclo único.

O comando MEN0, demonstrado na figura 4.13, é o primeiro estado do ciclo da máquina, ele

serve para indicar que a máquina está apta para o início do seu ciclo. Caso a máquina esteja eu

seu primeiro momento de funcionamento este comando só será ativo quando o botão de

inicialização da mesa de controle for pressionado. Já se a máquina estiver em funcionamento

este estado poderá ser ativo pelo comando B2 que seria o botão de passo a passo

Page 35: Automaçao bom

35

incondicionado ou, em caso de ciclo contínuo, se as condições de ativação estiverem sendo

cumpridas. Com um pulso este comando permanecerá ativado, e só será desativado quando a

próxima etapa do ciclo for acionada.

Figura 4.13 – Ativar e desativar comando estado inicial.

A próxima etapa será a fixação da peça, na figura 4.14 se tem a linha de comando para a

ativação desta etapa. Diferentemente da primeira etapa, esta poderá ser ativada de três modos.

O primeiro modo será se o controlador da máquina pressionar o botão de passo a passo

incondicional, este comando ativaria MEN1 independentemente do status do timer (esta

função será apresentada a seguir). Este também pode ser ativado pressionando o botão de

passo a passo condicionado, que seria possível caso o temporizador estivesse ativo. E por

último, em caso de ciclo completo, este comando será ativado automaticamente caso as suas

condições de ativamente estiverem sendo cumpridas. Nesta linha, por motivos estratégicos,

foi modificado o local do comando B2.

Como todos os comandos das etapas do ciclo da máquina, este permanecerá ativado quando

receber um pulso. O comando de desativar MEN1 será acionado caso o operador pressione o

botão de emergência ou caso os comandos MEN2 ou MEN8 sejam ativados.

Page 36: Automaçao bom

36

Figura 4.14 – Ativar e desativar comando fixar.

O comando MEN2 é responsável pela etapa do primeiro furo na peça, figura 4.15. Este

comando pode ser ativado pressionando o botão de passo a passo incondicionado na mesa de

controle ou o botão de passo a passo condicionado, este último somente se as condições

necessárias estiverem corretas, e também, em caso da máquina estiver trabalhando em ciclo,

este será ativado quando esta etapa for chamada.

O comando MEN2 será desativado em caso de emergência ou caso a próxima etapa do ciclo

for ativada.

Figura 4.15 – Ativar e desativar comando furo 1.

Esta próxima etapa promove o retorno da broca de furação. Esta etapa segue o mesmo

princípio de ativação das etapas anteriores, ou seja, com os botões de passo a passo e quando

estiver seguindo o ciclo.

Page 37: Automaçao bom

37

O comando MEN3, figura 4.16, será desativado através do comando DESMEN3, que é

ativado em caso de emergência ou caso as etapas passos MEN4 e MEN8 foram ativados.

Figura 4.16 – Ativar e desativar comando de retorno pós furo 1.

Na linha de comando mostrada na figura 4.17 se tem a lógica de ativação do comando MEN4,

que é responsável pelo avanço da mesa para que a peça se desloque um pouco para o lado a

fim de se posicionar para a segunda furação.

Este comando é ativado pelos botões de passo a passo na mesa de controle ou seguindo a

lógica do ciclo da máquina e é desativado em caso de emergência ou caso a próxima etapa

seja ativada.

Figura 4.17 – Ativar e desativar comando avançar mesa.

As duas linhas de comando demonstradas nas figuras 4.18 e 4.19 são responsáveis pelos

passos de furação do segundo buraco e de retorno da broca logo após o término do furo. Estes

comandos seguem os mesmos princípios de ativação e desativação dos comandos de furação

Page 38: Automaçao bom

38

do primeiro buraco e retorno da broca após o término do furo, porém, contém diferenças para

seguir a lógica do ciclo da máquina.

Figura 4.18 – Ativar e desativar comando furo 2.

Figura 4.19 – Ativar e desativar comando de retorno pós furo 2.

O comando MEN7, figura 4.20, é o próximo passo do ciclo da máquina. Ele é responsável

pelo retorno da mesa ao ponto inicial. Os meios de ativação deste comando seguem o mesmo

princípio dos passos anteriores e este é desativado em caso de emergência ou caso o próximo

passo seja ativado.

Figura 4.20 – Ativar e desativar comando de recuar mesa.

Page 39: Automaçao bom

39

A linha de comando demonstrada na figura 4.21 é um pouco mais complexa. Ela é

responsável por soltar a peça que está fixada na máquina. Além dos princípios de ativação dos

comandos anteriores, o comando MEN8 também pode ser ativado no lugar da primeira

furação caso a peça não tenha sido fixada corretamente ou no lugar do avanço da mesa caso a

broca quebre após o primeiro furo na peça. Da linha original de Bollmann (1997), foram

removidos os comandos SAL1 e SAL2, pois estes comandos não existem no programa deste

trabalho.

O comando MEN8 será desativado em caso de emergência ou em caso do próximo passo ser

ativado.

Figura 4.21 – Ativar e desativar comando de soltar peça.

Na figura 4.22 tem-se a linha de comando responsável pela expulsão da peça da máquina

assim que ela já estiver com os dois furos ou caso os sensores tenham detectado que a broca

tenha quebrado ou que a peça não tenha sido fixada corretamente.

O comando MEN10 será desativado em caso de emergência, caso o próximo passo for ativado

ou caso o timer comece a contar, pois para o próximo passo ser ativado este passo precisa ser

desativado primeiro.

Page 40: Automaçao bom

40

Figura 4.22 – Ativar e desativar comando de expulsar peça.

O próximo passo serve para recuar o cilindro que expulsa a peça de cima da mesa,

demonstrado na figura 4.23. Este cilindro possui uma mola de retorno então quando ele é

desativado o cilindro retorna automaticamente para seu ponto inicial. Acontece que, quando o

passo anterior é ativado um timer começa a contar e o comando MEN10 só poderá ser ativado

quando este timer for ativado também ou caso o botão de passo a passo incondicionado for

pressionado pelo controlador na mesa de controle.

Como os comandos anteriores, este será desativado em caso de emergência ou caso o próximo

passo seja ativado. O próximo passo é o retorno para o estado inicial, e dependendo do modo

como foi escolhido para o funcionamento da máquina o ciclo irá continuar ou parar.

Figura 4.23 – Ativar e desativar comando de recuar cilindro.

A linha de comando apresentada na figura 4.24 é responsável por ativar o alarme da máquina.

O alarme será ativado caso a broca de furação tenha quebrado ou caso não tenha mais peças

no depósito, porém somente após a primeira furação ou após o início de cada novo ciclo.

Page 41: Automaçao bom

41

O alarme será desativado caso o botão de inicialização seja apertado pelo controlador assim

reiniciando a máquina ou caso as condições iniciais de funcionamento da máquina estejam de

acordo.

Figura 4.24 – Ativar e desativar comando MEN11.

Os comandos demonstrados nas figuras 4.25 e 4.26 têm a função apenas de acionar o alarme

da máquina caso o comando MEN11 for ativado, figura 4.25, e de acionar o temporizador

quando o comando MEN9 for ativado, figura 4.26. A linha do comando ALARME foi

adicionada do programa original, pois foi necessário por conta da simulação.

No programa original o temporizador espera 3 segundos para, então, enviar um sinal para a

saída, porém neste programa, afim de melhor visualização o temporizador espera apenas 0.8

segundos.

Figura 4.25 – Ativar o alarme.

Figura 4.26 – Ativar o temporizador.

A linha de comando mostrada na figura 4.27 tem a função de ativar o comando TP1M. Este

comando é necessário toda hora que um novo ciclo for iniciar, é preciso que ele esteja ativo

para que o passo de fixação da peça seja ativado, também é necessário para ativar o comando

Page 42: Automaçao bom

42

MEN10, este responsável pelo retorno do cilindro com mola interna. Para o acionamento do

comando TP1M foi adicionado os comandos START e MAN, ambos os comandos foram

adicionados para também ativarem o temporizador.

Este comando é ativado pelo comando TP1M, pelo comando START e pelo botão de passo a

passo condicionado na mesa de controle, e é desativado pelo comando RSEM (emergência ou

botão de inicialização) ou pelo comando MEN1 (fixação da peça).

Figura 4.27 – Memorizar e apagar sinal TP1M.

Na figura 4.28 tem-se uma linha de comando adicional, esta linha não possui no programa

original do Bollmann, ela serve para permitir o retorno do cilindro B após emergências.

Figura 4.28 – Retorno por emergência.

Estes comandos apresentados na figura 4.29 são responsáveis por fazer os cilindros

avançarem e recuarem e por ligar o motor de acordo com a lógica da programação. O

comando MEN1 ativa o solenóide AA, essa movimento uma válvula direcional de modo que

o cilindro A (cilindro de fixação da peça) avance e o comando MEN8 pela mesma lógica

recua o cilindro. Os comandos MEN2 e MEN8 acionam o solenóide BA, essa movimenta

outra válvula que permite o cilindro B (cilindro com motor) avançar, estes comandos também

são responsáveis por ligar o motor junto com o avanço do cilindro B, assim possibilitando a

furação. Já os comandos MEN3, MEN6 e RETORNO acionam o solenóide BR que recua o

cilindro B. Já os comandos MEN4 e MEN7 são responsáveis por acionar os solenóides CA e

Page 43: Automaçao bom

43

CR, estes responsáveis pelo avanço e recuo do cilindro C (cilindro de movimento da mesa). E

o comando MEN9 aciona o solenóide DA, este responsável pelo avanço do cilindro D. O

cilindro D possui mola interna, então não necessita de um solenóide para ativar o seu retorno.

Como este programa é responsável pelo acionamento de simuladores, pegamos um LED para

simular o acionamento do motor.

Figura 4.29 – Acionamento dos solenóides e do motor.

4.2.5 Interface

A interface do programa é a parte onde se simula o painel de controle, que será onde o usuário

faz o controle da máquina, o alarme, os sensores e a própria máquina de furação.

Na figura 4.30 tem-se um painel que está simulando os sensores da máquina, como visto na

tabela de correspondência pode-se ver o sensor que identifica se a peça está fixada

Page 44: Automaçao bom

44

corretamente, o sensor de integridade da broca e o sensor que acusa a falta de peça no

depósito.

Figura 4.30 – Sensores.

Estes sensores são mantidos em nível alto e caso o usuário queira simular algum problema na

máquina, este aperta o botão correspondente ao problema desejado e assim bloqueia a

alimentação do relé.

No painel de alarme, figura 4.31, tem-se um LED que acende quando o alarme é acionado e

uma buzina que lança um sinal sonoro ao mesmo tempo.

Figura 4.31 – Alarme.

Já na figura 4.32 tem-se a mesa de controle, nela podem-se ver os botões para o controle da

máquina. O botão de inicialização é responsável por pôr a máquina no estado inicial, assim a

máquina fica pronta para receber o próximo comando que seria a escolha do modo de

funcionamento dela, por exemplo, com o botão de ciclo contínuo a máquina começa a

funcionar e só para caso ocorra algum problema e a emergência for acionada ou caso o botão

de inicialização for apertado, com o botão de ciclo único a máquina funciona por um ciclo

Page 45: Automaçao bom

45

completo e pára, com o botão de passo a passo incondicionado, toda vez que este for apertado

a máquina ativa um passo do seu ciclo, isso independentemente se os sensores estiverem

acusando algum problema, e com o botão de passo a passo condicionado, toda vez que este

for apertado a máquina ativa um passo mas somente se as condições necessárias (sensores e

posição dos cilindros) permitirem o passo. O outro botão é a emergência, quando pressionado

a máquina para imediatamente de funcionar e o alarme é ativado.

Figura 4.32 – Mesa de controle.

Por último vem a simulação da máquina furação, figura 4.33. No programa foram colocados

apenas os cilindros correspondentes aos cilindros da máquina de furação, por exemplo, o

cilindro A corresponde é o responsável pela alimentação da máquina e fixação da peça para

posteriormente ocorrer a furação, o cilindro B é o cilindro responsável pela furação da peça,

este possui um motor com uma broca na ponta que avança e retorna com o cilindro, um LED

é aceso sempre que o cilindro B avança, afim de simular a energização do motor sempre que

necessário, o cilindro C é aquela que promove o movimento da mesa para que ocorra a

segunda furação na peça, o segundo furo fica tal distância do primeiro quanto o movimento da

mesa, e o cilindro D expulsa a peça da mesa quando esta já estiver terminada.

Page 46: Automaçao bom

46

Figura 4.33 – Simulador da máquina de dupla furação.

A lógica de avanço e retorno dos cilindros é decorrente da programação, esta é responsável

por alimentar os solenóides que movimentam as válvulas direcionais, assim direcionando o

fluxo de ar comprimido dos compressores para as seções dos cilindros.

A

D

C

B

Page 47: Automaçao bom

5 RESULTADOS

Na figura 5.1 tem-se o diagrama trajeto-passo, trajeto normal, da máquina de dupla furação

que seria o objetivo final da simulação, e na figura 5.2 tem-se o diagrama trajeto-passo

adquirido com a simulação.

Figura 5.1 – Diagrama trajeto-passo 2.

Com os dados apresentados na figura 5.2 se vê que o objetivo foi cumprido. Observa-se que o

trajeto da figura 5.2 tem uma pequena diferença em relação ao da figura 5.1, mas isso se deve

por conta que no trajeto da figura 5.1 não está sendo considerado o tempo de atuação, apenas

os passos.

A leitura do trajeto na figura 5.2 se dá da seguinte maneira. Tem-se de cima para baixo, os

passos dos cilindros A ao D, e todos os movimentos destes são marcados no diagrama.

Sempre que um cilindro se movimenta, no diagrama vê-se em milímetros seu movimento.

Page 48: Automaçao bom

48

Figura 5.2 – Diagrama trajeto-passo obtido.

Todas as exigências foram cumpridas. Nas próximas etapas alas serão uma a uma explicadas.

a) Opção de ciclo único ou contínuo;

Na figura 5.3 tem-se o diagrama trajeto-passo da máquina trabalhando em ciclo único e

contínuo.

Figura 5.3 – Diagrama comparativo de ciclo único e contínuo.

Observa-se que com ciclo único o programa pára a máquina ao final do primeiro ciclo,

enquanto que com ciclo contínuo a máquina inicia um novo ciclo sempre que o anterior

acaba.

b) Botão de parada de emergência (desliga o motor da broca, interrompe o avanço do cilindro

„B‟ e o faz recuar);

Page 49: Automaçao bom

49

Na figura 5.4 observa-se o comportamento da máquina pelo diagrama trajeto-passo e também.

Figura 5.4 – Diagrama com botão de emergência acionado.

Com este diagrama observa-se que a máquina inicia o ciclo normalmente, e após a descida do

cilindro B para a primeira furação o botão de emergência é acionado. Assim, ocorre que o

motor da broca desliga e o cilindro B retorna. Então a máquina pára seu ciclo.

c) Botão de inicialização (inicializa o programa);

O botão de inicialização se encontra na mesa de controle, este é necessário para que a

máquina inicialize e esteja em prontidão para o próximo comando, que seria a escolha do

modo de funcionamento da máquina: ciclo único, ciclo contínuo, passo a passo condicionado

ou passo a passo incondicionado.

d) Cada novo ciclo só pode recomeçar se houver peças no depósito e se a broca de furação

não estiver quebrada;

Na figura 5.5 tem-se o diagrama trajeto-passo para a condição de não haver peças no depósito

e a broca estiver quebrada após o término de um ciclo. Percebe-se que após o término do

segundo ciclo a máquina pára suas ações. Percebe-se também que o botão que simula o sensor

de falta de peças no depósito está pressionado.

Page 50: Automaçao bom

50

Figura 5.5 – Diagrama sem peça no depósito.

e) Comando manual passo a passo (condicionado às condições lógicas associadas às

transições);

Na figura 5.6 ilustra-se o diagrama trajeto-passo na situação descrita acima. Observa-se neste

diagrama que a máquina segue corretamente sua seqüência de funcionamento, porém não

possui padrão nos seus passos, isso devido a oportunidade de ativar os passos quando

desejado e não automaticamente. Ou seja, os passos foram manualmente ativados

pressionando-se o botão de passo a passo condicionado na mesa de controle.

Figura 5.6 – Diagrama passo a passo condicionado.

f) Comando manual passo a passo independente do cumprimento das condições lógicas

associadas às transições;

Page 51: Automaçao bom

51

Na figura 5.7 observa-se o diagrama trajeto-passo da máquina de dupla furação quando esta

está funcionando passo a passo incondicionalmente, ou seja, mesmo que os sensores acusem

problemas de funcionamento, os passos serão cumpridos como se a máquina estive sem

nenhum sensor acusando problemas. Este botão se encontra na mesa de controle.

Figura 5.7 – Diagrama passo a passo incondicionado.

g) Luz indicativa de que as condições iniciais estão satisfeitas;

h) Luz de alarme, no caso de interrupções na seqüência de eventos ou problemas nas

condições iniciais (não haver peças no depósito ou broca quebrada).

Na figura 5.8 observam-se as luzes de condições iniciais satisfeitas e de alarme.

Figura 5.8 – Luzes indicativas.

Page 52: Automaçao bom

52

A luz de condições iniciais OK estará acesa quando as condições iniciais necessárias para o

funcionamento (peça no depósito e broca de furação em bom estado) da máquina estiverem

sendo cumpridas.

Já a luz de alarme fica localizada na mesa de alarme junto com o sinalizador sonoro. Esta luz

será acesa sempre que faltar peça no depósito, a broca quebrar ou a peça não fixar

corretamente para a furação.

i) Se for verificado, logo após a fixação, que a peça não está na posição correta, deve-se

soltar e expulsá-la imediatamente (salto), para então recomeçar normalmente um novo

ciclo;

Na figura 5.9 se vê o comportamento da máquina em ciclo contínuo, sendo que no primeiro

ciclo a peça não foi corretamente fixada, assim ela é expulsa como exigido e então o ciclo

recomeça automaticamente, este permanecendo em seqüência até segunda ordem.

Figura 5.9 – Diagrama com peça mal fixada.

j) Caso não haja peças no depósito, interromper o ciclo contínuo e soar o alarme;

Na figura 5.10 pode-se ver a interrupção de um ciclo contínuo por causa da falta de peça no

depósito. Observa-se também que o alarme foi ativado.

Page 53: Automaçao bom

53

Figura 5.10 – Diagrama com falta de peça no depósito.

Observa-se no diagrama o funcionamento da máquina em ciclo contínuo. Durante o segundo

ciclo da máquina as peças do depósito acabam, então assim que o segundo ciclo acaba, o

alarme é ativado e a máquina pára e não inicia o próximo ciclo até que haja peça no depósito.

k) Se após o primeiro furo a broca estiver quebrada, saltar para o fim do ciclo e soar o alarme.

Nesta próxima imagem, figura 5.11, vê-se o comportamento da máquina quando a broca se

quebra após o primeiro furo da peça.

Figura 5.11 – Diagrama com broca quebrada.

Observa-se a máquina funcionando em ciclo contínuo. Durante o segundo ciclo observa-se

que a broca foi quebrada na primeira furação. O alarme então soa e a peça é expulsa da

máquina para que a broca seja trocada.

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6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este trabalho alcançou seu objetivo, que era a montagem da simulação da máquina de dupla

furação proposta por Bollmann (1997). Com esta simulação tem-se uma melhor visualização

de seu comportamento, e assim estudos futuros podem ser feitos para uma implantação na

indústria.

A programação da máquina ainda precisa ser aprimorada, a fim de evitar qualquer tipo de

erro. Para isso seria adequada a programação em um CLP ligado em rede com cilindros que

representem os atuadores do projeto.

Com isso sugere-se como trabalho futuro sua implantação em laboratório, assim ter-se-ia

perfeição em sua programação e desenvolvimento.

Page 55: Automaçao bom

REFERÊNCIAS

BOLLMANN, Arno. Fundamentos da Automação Industrial Pneutrônica. São Paulo: ABHP,

1997.

DINIZ, A. E., MARCONDES, F. C., COPPINI, N. L., 2006, “Tecnologia da Usinagem dos

Materiais”, 5ª Ed., São Paulo, Editora Artliber.

ONUDI-ONU. Automatizacion de bajo costo para las industrias Del mueble y de la

ebanisteria. Nova York, 1983.

POLICENTER. Compressor de ar. Fotografia. Disponível em: < http://

www.policenter.com.br/produtos_policenter/compressores_marmoraria/compressor_marmora

ria.htm >. Acessado em: 10 de dez. 2010.

CRUZ, A. J. R. S. Automação Industrial. 2008. Curso Técnico de Mecânica.

BIGATON, C. Apostila de: Automação. São Paulo, 2008. Centro Estadual de Educação

Tecnológica Paula Souza.

BRAKEMATIC. Válvula Reguladora de Fluxo. Figura. Disponível em:

<http://www.brakematic.com.br/bocal/V%C3%A1lvula%20Reguladora%20de%20Fluxo.htm

>. Acessado em: 10 de dez. 2010.

SIEMENS. Controlador Lógico Programável. Fotografia. Disponível em: <http://siemens-

plc.net/ >. Acessado em: 10 de dez. 2010.

FESTO DIDATIC GMBH & CO. FluidSIM® Pneumatic. 3.6. Universidade Alemã de

Paderborn: 2004.

Page 56: Automaçao bom

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REFERÊNCIAS COMPLEMENTARES

FESTO DIDACTIC. Especialização em Projetos de Sistemas Pneumáticos. São Paulo, 1991.

FESTO AUTOMAÇÃO LTDA. Programa de Fornecimento. São Paulo, 1991. Catálogo de

componentes pneumáticos.

MOREIRA, Ilo da Silva. Circuitos Lógicos Pneumáticos. São Paulo: SENAI-SP, 1991.

STEMMER, Marcelo Ricardo. Controladores Lógicos Programáveis. Florianópolis, 1994.

Departamento de Engenharia Elétrica – UFSC.

BONACORSO, Nelson G.; BONACORSO, Valdir N. Automação Eletropneumática. São

Paulo: Editora Érica, 2004.

PARKER HANNIFIN IND. COM. LTDA. Tecnologia Pneumática Industrial. São Paulo,

2000.

SCHRADER BELLOWS. Válvulas Pneumáticas e Simbologia dos Componentes. São Paulo:

Centro Didático de Automatização, 198-.107 p. (198-c).

Page 57: Automaçao bom

Universidade Federal de Ouro Preto

Escola de Minas

Colegiado do Curso de Engenharia de Controle e

Automação - CECAU

Thiago Rodrigues Cerqueira

Fundamentos da Automação Industrial Pneutrônica e Aplicação em uma

Máquina de Dupla Furação de Pequenas Peças com Condições Adicionais

Monografia de Graduação em Engenharia de Controle e Automação

Ouro Preto, 2010