INSTITUTO FEDERAL FLUMINENSE
BACHARELADO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
ALEXANDRE DA RÓS SCOPEL
PEDRO CARVALHO SILVA BARCELOS
DESENVOLVIMENTO DE MODELO ICÔNICO EM ESTAÇÃO PICK & PLACE
CAMPOS DO GOYTACAZES
ABRIL DE 2017
ALEXANDRE DA RÓS SCOPEL
PEDRO CARVALHO SILVA BARCELOS
DESENVOLVIMENTO DE MODELO ICÔNICO EM ESTAÇÃO PICK & PLACE
Trabalho de Conclusão do Curso apresentado
ao Instituto Federal Fluminense como
requisito parcial para obtenção do título de
bacharel em Engenharia de Controle e
Automação.
Orientador: Eugênio Ferreira Naegele da Silva
Co-orientador: Marcos Moulin Valencia
CAMPOS DO GOYTACAZES
ABRIL DE 2017
Biblioteca Anton Dakitsch CIP - Catalogação na Publicação
orient. III. Título.
Scopel , Alexandre da Rós S422d Desenvolvimento de modelo icônico em estação Pick and Place / Alexandre da Rós Scopel, Pedro Carvalho Silva Barcelos - 2017.
65 f. : il. color.
Orientador: Eugênio Ferreira Naegele da Silva
Trabalho de conclusão de curso (graduação) -- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense, campus Campos Centro,
Curso de Bacharelado em Engenharia de Controle e Automação,
Campos dos Goytacazes, RJ, 2017. Referências: f. 59 – 60.
1. Manipulador de três eixos. 2. Controladores Lógico- Programáveis. 3. Pick and Place. I. Barcelos, Pedro Carvalho Silva. II.
Silva, Eugênio Ferreira Naegele da, orient. III. Título.
Elaborada pelo sistema de Geração Automática de Ficha Catalográfica do IFF
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a).
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i
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar nós agradecemos a Deus, pois sem Ele não teríamos e nem
seríamos nada. A Ele toda honra e glória, somos gratos por nos ter dado saúde, porque foi
através dela que conseguimos alcançar todos os objetivos traçados ao longo desses cinco
anos, pelas tantas vezes que pensamos em desistir e Ele nos manteve de pé.
Também gostaríamos de agradecer aos nossos familiares, pois eles são a base para
nosso crescimento, o nosso bem mais precioso. Pais, mães, irmãos, primos, tios, tias, avós,
namoradas, cada um tem sua parcela de contribuição em nossa formação como seres
humanos.
Aos mestres nossa singela homenagem, por todo o empenho em tentar nos passar
os conhecimentos necessários para que nos tornássemos engenheiros competentes. Em
especial o nosso agradecimento será dedicado a dois dos mais importantes professores em
nossa caminhada. Muito obrigado ao nosso professor orientador Eugenio Naegele, que em
meio às aulas e momentos livres, dividiu conosco sua sabedoria, O segundo professor que
devemos imensa gratidão por sua ajuda, é o Marcos Moulin, que também compartilhou
conhecimentos indispensáveis em nosso trabalho.
ii
RESUMO
Foi desenvolvido neste trabalho, um modelo icônico em estação Pick and Place,
este, que pode ser definido com um processo industrial cuja característica principal, é a
presença de um manipulador que executa função de retirar objetos de um lugar e os colocar
em outro. Objetivando oferecer uma ferramenta de cunho didático e deixar um legado ao
curso de Engenharia de Controle e Automação, o modelo desenvolvido foi inteiramente
baseado em um processo virtual, simulado pelo software didático ITS PLC Professional,
desenvolvido pela REAL GAMES, direcionado à aprendizagem de programação de PLC’s,
devendo este, reproduzir com fidelidade todas as funcionalidades e características observadas
no simulador, podendo inclusive, ser automatizado pelo mesmo código de programação usado
para automatizar o processo simulado. Para isso, foram usados componentes da fabricante
alemã, Festo Didactic, contendo uma mesa manipuladora de três eixos com uma estrutura de
suporte, válvulas eletropneumáticas, geradora de vácuo, uma esteira transportadora, sensores
e um PLC Festo FC21, além destes, componentes de outros fabricantes também foram usados,
como uma outra esteira transportadora, um PLC Allen-Bradley Micrologix 1000, da Rockwell
Automation, um shield de ponte H e uma fonte simétrica. O resultado obtido é uma
ferramenta multidisciplinar de uso simples, que leva para dentro de sala, uma experiência
única e mais próxima da realidade observada na indústria.
Palavras-chave:
Manipulador de três eixos, Controladores Lógico-Programáveis, Pick and Place.
iii
ABSTRACT
In this paper, an iconic model at a Pick and Place station was developed, which can be defined
as an industrial process whose main characteristic is the presence of a manipulator that
performs the function of removing objects from one place and placing them in another.
Aiming to offer a didactic tool and leaving it as a legacy to the Control and Automation
Engineering course, the developed model was entirely based on a virtual process, simulated
by the didactic software ITS PLC Professional, developed by REAL GAMES, which is
directed to the programming learning of PLCs, reproducing with fidelity all the functionalities
and characteristics observed in the simulator, and may even be automated by the same
programming code used to automate the simulated process. To doing so, components from the
German manufacturer Festo Didactic were used, containing a three-axis manipulating table
with a supporting structure, electro-pneumatic valves, vacuum generator, a conveyor belt,
sensors and a Festo FC21 PLC, besides these, other components from different manufacturers
were also used, such as another conveyor belt, an Allen-Bradley Micrologix 1000 PLC
manufactured by Rockwell Automation, an H-bridge shield and a symmetrical source. The
obtained result is a multidisciplinary tool of simple use, that takes into the classroom, a
unique experience and closer to the reality observed in the industry.
Key-words:
Three axis manipulator, Programmable Logic Controllers, Pick and Place.
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Partes de um manipulador robótico ..........................................................................7
Figura 2 - Junta rotacional .........................................................................................................8
Figura 3 – Junta prismática ou linear .........................................................................................8
Figura 4 – Junta esférica ............................................................................................................8
Figura 5 – Robô cartesiano ........................................................................................................9
Figura 6 – Robô cilíndrico .......................................................................................................10
Figura 7 – Robô SCARA .........................................................................................................10
Figura 8 – Robô articulado .......................................................................................................10
Figura 9 – Esquema de funcionamento de um motor de corrente contínua .............................12
Figura 10 – Circuito de controle bidirecional ponte H ............................................................13
Figura 11 – CI de ponte H L298N ...........................................................................................13
Figura 12 – Shield de ponte H ..................................................................................................14
Figura 13 – Fluxograma referente às etapas de preparação do ar comprimido .......................15
Figura 14 – Válvula 5/2 vias pilotada ......................................................................................17
Figura 15 – Válvula 5/2 vias com acionamento muscular e retorno por mola ........................17
Figura 16 – Circuito de acionamento de cilindro dupla ação com válvula 5/2 vias solenoide
com retorno por mola ...............................................................................................................18
Figura 17 – Válvula redutora de vazão ....................................................................................18
Figura 18 – Válvula geradora de vácuo ...................................................................................19
Figura 19 – Esquema de funcionamento de um transdutor ......................................................20
Figura 20 – Sensor Óptico de reflexão difusa ..........................................................................21
Figura 21 – Foto-transistor .......................................................................................................21
v
Figura 22 – Sensor Magnético .................................................................................................22
Figura 23 – Sensor capacitivo ..................................................................................................23
Figura 24 – Sensor eletromecânico ou de rolete ......................................................................24
Figura 25 – Pressostato em corte .............................................................................................24
Figura 26 – Esquema básico de um PLC .................................................................................25
Figura 27 – Ciclo de varredura em um PLC ............................................................................25
Figura 28 – Esquema de ligações elétricas de entradas e saídas em um PLC .........................26
Figura 29 – Simbologia básica do diagrama ladder ................................................................27
Figura 30 – Esquema de ligações elétricas e programação ladder ..........................................27
Figura 31 – Esquema de funcionamento do simulador ............................................................28
Figura 32 – Ilustração dos possíveis movimentos do Pick and Place .....................................29
Figura 33 – Sequência dos movimentos do manipulador cartesiano .......................................29
Figura 34 – Localização dos sensores ......................................................................................30
Figura 35 – Localização dos atuadores ....................................................................................30
Figura 36 – Estação antes do início do trabalho ......................................................................31
Figura 37a – Sensores 0 e 1 encontrados no simulador ...........................................................32
Figura 37b – Sensores 0 e 1 usados no modelo icônico, óptico de reflexão difusa .................33
Figura 38a – Sistema de decodificação de tipos de peça do simulador ...................................33
Figura 38b – Sistema de decodificação desenvolvido para o trabalho ....................................33
Figura 39a – Sensor 2 encontrado no simulador ......................................................................34
Figura 39b – Sensor 2 usado no modelo icônico, tipo capacitivo ............................................34
Figura 40a – Sensor 3 encontrado no simulador ......................................................................35
Figura 40b – Sensor 3 usado no modelo icônico, eletromecânico ...........................................35
Figura 41a – Sensor 4 encontrado no simulador ......................................................................36
vi
Figura 41b – Sensores da posição de preensão ........................................................................37
Figura 41c – Sensor 4 implementado via programação de PLC ..............................................37
Figura 42a – Sensor 5 encontrado no simulador ......................................................................38
Figura 42b – Saída ativada com a movimentação do manipulador .........................................38
Figura 43a – Sensores 6 e 7 encontrados no simulador ...........................................................39
Figura 43b – Sensores 6 e 7 do modelo icônico, magnéticos ..................................................39
Figura 44a – Sensor 8 encontrado no simulador ......................................................................40
Figura 44b – Sensor 8 usado no modelo icônico, pressostato .................................................40
Figura 45a – Esteira de peças encontrada no simulador ..........................................................41
Figura 45b – Esteira de peças no modelo icônico ....................................................................42
Figura 46a – Esteira de caixas encontrada no simulador .........................................................42
Figura 46b – Esteira de caixas no modelo icônico ...................................................................43
Figura 47 – Sensores de posicionamento do manipulador cartesiano .....................................44
Figura 48 – PLC FESTO FC21 ................................................................................................46
Figura 49 – Interação do PLC FESTO com o shield ponte H ..................................................46
Figura 50 – Atuadores 2, 3, 4 e 5 encontrados no simulador ...................................................47
Figura 51a – Atuador 6 encontrado no simulador ....................................................................48
Figura 51b – Válvula 5/2 vias eletropneumática com retorno por mola ..................................48
Figura 51c – Atuador 6 no modelo icônico, cilindro dupla ação .............................................49
Figura 52a – Atuador 7 encontrado no simulador ....................................................................49
Figura 52b – Válvula geradora de vácuo .................................................................................50
Figura 52c – Válvula 3/2 vias eletropneumática com retorno por mola ..................................50
Figura 52d – Atuador 7 no modelo icônico, ventosa à vácuo ..................................................50
Figura 53 – PLC Allen-Bradley Micrologix 1000 ...................................................................51
vii
Figura 54 – Os três tipos de peças ............................................................................................52
Figura 55 – Caixa .....................................................................................................................52
Figura 56 – Painel de comando com as botoeiras ....................................................................53
Figura 57 – Ligações elétricas .................................................................................................54
Figura 58 – Modelo Icônico em Estação Pick and Place finalizado .......................................56
Figura 59 – Código de programação implementado no PLC FC21 Festo ..........................60-61
Figura 60 – Projeto elétrico no AutoCAD Electrical ...............................................................64
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Esquema de alimentação das entradas lógicas da ponte H .....................................14
Tabela 2 – Tipo de movimento versus entradas ativadas no PLC FC21 Festo ........................45
Tabela 3 - Combinação de pulsos versus posição de parada do manipulador na zona de
preenchimento de caixas ..........................................................................................................45
Tabela 4 - Tabela de alocação das entradas e saídas discretas do PLC Festo FC21.................62
Tabela 5 - Tabela de alocação das entradas e saídas discretas do PLC Allen-Bradley Micrologix 1000
................................................................................................................................................................63
ix
SUMÁRIO
RESUMO ...................................................................................................................................ii
ABSTRACT .............................................................................................................................iii
LISTA DE FIGURAS ...............................................................................................................iv
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................viii
1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................1
2 OBJETIVO ..............................................................................................................................3
3 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................................4
4 METODOLOGIA....................................................................................................................5
5 ESTRUTURA DO TRABALHO ...........................................................................................6
6 FUNDAMENTALÇAO TEÓRICA .......................................................................................7
6.1 ROBÓTICA .........................................................................................................................7
6.2 ATUADORES ...................................................................................................................12
6.2.1 ATUADORES ELÉTRICOS ..........................................................................................12
6.2.2 ATUADORES PNEUMÁTICOS ...................................................................................15
6.3 SISTEMAS TRANSDUTORES ........................................................................................20
6.3.1 SENSORES ÓPTICOS ...................................................................................................21
6.3.2 SENSORES MAGNÉTICOS .........................................................................................23
6.3.3 SENSORES CAPACITIVOS .........................................................................................23
6.3.4 SENSORES ELETROMECÂNICOS .............................................................................24
6.3 PRESSOSTATO ................................................................................................................25
6.4 CONTROLADORES LOGICO PROGRAMÁVEIS ........................................................26
7 ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO ..................................................................................29
7.1 SENSORES UTILIZADOS................................................................................................32
7.1.1 SENSOR 0 E SENSOR 1.................................................................................................33
7.1.2 SENSOR 2 ......................................................................................................................35
7.1.3 SENSOR 3 ......................................................................................................................36
7.1.4 SENSOR 4 ......................................................................................................................37
x
7.1.5 SENSOR 5 ......................................................................................................................38
7.1.6 SENSOR 6 E 7 ................................................................................................................39
7.1.7 SENSOR 8 ......................................................................................................................40
7.2 ATUADORES ...................................................................................................................42
7.1.1 ATUADOR 0 ..................................................................................................................42
7.1.2 ATUADOR 1 ..................................................................................................................43
7.1.3 ATUADORES 2, 3, 4 E 5 ...............................................................................................44
7.1.4 ATUADOR 6 ..................................................................................................................48
7.1.5 ATUADOR 7 ..................................................................................................................50
7.3 PLC ALLEN-BRADLEY MICROLOGIX 1000 ..............................................................52
7.4 PEÇAS E CAIXAS.............................................................................................................53
7.5 PAINEL DE COMANDO .................................................................................................54
7.6 MONTAGEM ....................................................................................................................54
8 CONCLUSÃO …………………………………………………………..............................56
9 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS …………………….........……...............58
10 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................59
1
1. INTRODUÇÃO
A primeira revolução industrial no século XVIII pode ser interpretada como o
início de uma nova era, ela impactou definitivamente na forma produtiva, na qualidade dos
produtos e preço, este talvez o mais importante. A incorporação da máquina à vapor em
substituição do exaustivo trabalho manual, possibilitou um drástico aumento produtivo, a
padronização da produção e consequentemente o custo de produção. Com o tempo, novas
necessidades foram surgindo e cada vez mais objetivavam um processo cem por cento
automático. Soluções criadas para automação se mostraram eficazes, porém as primeiras
tecnologias inventadas (dispositivos mecânicos e posteriormente, nos anos 20, relés e
contatoras) tinham um problema em comum, a difícil manutenção e baixa flexibilidade.
Ismael Parede e Luiz Eduardo Gomes (2011, p.15) ressalvam que foi no ano de 1968, quando
foi implementado o primeiro PLC (Programmable Logic Controller - PLC) por Dick Morley ,
para substituir os armários para controle das operações sequenciais da indústria
automobilística General Motors.
O PLC da década de 70 nada mais era do que um computador projetado para
operar em ambiente industrial, porém com instruções reduzidas. Nesta época, os PLC’s se
limitavam a tratar apenas informações digitais (binárias) em operações lógicas. O sucesso dos
PLC’s se deu graças a sua característica flexível, ou seja, possibilidade de alterar a lógica de
funcionamento via programação, sem nenhuma alteração no equipamento, tarefa que antes era
impossível de se fazer com os relés. Isso foi sinônimo de facilidade de manutenção,
flexibilidade nas produção e redução de custos. Com o passar dos anos, os PLC’s foram sendo
modernizados e passaram a agregar novas funcionalidades, como por exemplo a possibilidade
de trabalhar com informações analógicas, além de terem ampliado a capacidade de
armazenamento e processamento das informações.
A indústria manufatureira, por se tratar da transformação de matéria-prima em
produtos, é comum que este processo se divida diversas etapas intermediárias, entre o
recebimento e a saída do produto. Objetivando rapidez e confiabilidade nas transições de uma
etapa para outra, este tipo indústria faz uso frequente de PLC’s em suas instalações.
O modelo icônico obtido ao final deste trabalho, se tratando de uma parte de um
processo de manufatura, não é diferente, possui a execução dos passos automatizada por
2
Controlador Lógico-Programável. Devido ao apelo didático deste trabalho, todas as etapas de
elaboração e funcionamento, serão detalhadas posteriormente.
3
2. OBJETIVO
O objetivo deste trabalho foi criar uma ferramenta auxiliar de ensino para as
disciplinas de Controladores Lógico-Programáveis, Sistemas Pneumáticos e Sistemas
Transdutores, elaborando um modelo icônico em estação Pick and Place baseada em um
processo simulado por um software, empregando as mesmas funcionalidades e características,
de forma que o código de programação que automatiza o processo simulado, também deve
automatizar o modelo desenvolvido. Vale lembrar que o objetivo deste trabalho não é
automatizar o processo, mas sim disponibilizar aos alunos um modelo real de Pick and Place
tal como é observado no software simulador ITS PLC Professional, ficando a cargo do aluno
usuário elaborar a programação para automatiza-lo.
4
3. JUSTIFICATIVA
Ao longo do curso de Engenharia de Controle e Automação, pode-se verificar que
as aulas mais produtivas e interessantes, eram aquelas em que o aluno punha em prática seus
conhecimentos, adquiridos ao longo das aulas teóricas, nas quais acontecem o efetivo contato
com a realidade. Pensando neste aspecto, deu-se início ao desenvolvimento da ferramenta,
que além de ser um trabalho de conclusão de curso, contribuirá para o aprimoramento do
ensino das disciplinas de Sistemas Transdutores, Controladores Lógico-Programáveis e
Sistemas Pneumáticos, possibilitando um aprendizado mais sólido e próximo da realidade,
sendo acima de tudo um legado deixado aos próximos alunos.
5
4. METODOLOGIA
Buscando atingir os objetivos pré-definidos, foi dado início ao trabalho, que para
fins práticos, foi dividido nas seguintes etapas:
• Análise inicial do projeto, para identificar todas as necessidades e pontos críticos;
• Preparação da estação Pick and Place, consistindo na desmontagem e separação das
partes da estrutura metálica, limpeza, preparação da plataforma de suporte e em
seguida a remontagem da estação;
• Adaptação da estação Pick and Place às novas necessidades;
• Testes individuais em cada elemento da estação;
• Realização das ligações elétricas;
• Testes e ajustes finais.
Para a escrita deste relatório, foram feitas diversas pesquisas em livros, trabalhos
acadêmicos e manuais.
6
5. ESTRUTURA DO TRABALHO
Este documento foi elaborado em dez capítulos:
1ª) Introdução.
2º) Objetivos do presente trabalho.
3º) Justificativa para realização deste.
4º) Metodologia adotada.
5º) Estrutura do trabalho.
6º) Fundamentação teórica de tudo aquilo que foi usado ao longo deste trabalho,
como robótica, tipos de atuadores, sistemas transdutores e CLP.
7º) Capítulo principal, contendo o detalhamento de todos os passos executados
para a obtenção do trabalho final.
8º) Conclusão, ou seja, uma análise dos resultados obtidos nos testes, sendo
também relatados os problemas encontrados ao longo deste trabalho e suas soluções.
9º) Sugestões para trabalhos futuros.
10º) Bibliografia consultada.
7
6. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Com o intuito de fundamentar teoricamente, este capítulo irá tratar suscintamente
os assuntos mais pertinentes sobre esta temática, para que então o leitor esteja preparado para
ler os capítulos seguintes e obter melhor compreensão.
6.1. ROBÓTICA
Primeiramente será discutido sobre a Robótica, área de conhecimento em que o
presente trabalho se enquadra.
O precursor do termo robô (Groover, 1988) foi Karel Capek, novelista e
escritor de uma peça teatral na Tchecoslováquia, que usou pela primeira vez,
em 1920, a palavra “robota” (serviço compulsório, atividade forçada)
originando a palavra “robot” em inglês e traduzida para o português como
“robô” (CARRARA, 2015, p. 1).
Embora robô seja um termo antigo, a palavra Robótica só veio a aparecer em
1942, enunciado pelo cientista e escritor Isaac Asimov.
Hoje entendido como um ramo da tecnologia que engloba conhecimentos da
mecânica, eletrônica e computação, tem um propósito bem definido, poupar o ser humano de
tarefas perigosas, repetitivas e cansativas e até algumas impossíveis, através de diversificados
tipos de máquinas automáticas. Ela está cada vez mais presente na vida das pessoas, podendo
ser encontrada em simples lentes de câmeras fotográficas, nas quais pequenos mecanismos
fazem a compensação do movimento do equipamento e nos veículos mais modernos como os
câmbios automáticos e automatizados, sistemas de estacionamento e condução autônomos e
muitos outros. Além de se fazer presente no cotidiano das pessoas, a robótica é de suma
importância para a indústria, visto que a grande maioria das tarefas precisam ser feitas com
rapidez e precisão, podendo substituir o trabalho de centenas de pessoas.
Após este breve histórico, serão abordadas as partes que compõem um dispositivo
robótico, conforme é mostrado na figura 1, e algumas características importantes.
8
Figura 1 - Partes de um manipulador robótico.
Fonte: Disponível em: <http://www.clubedotecnico.com/area_vip/apostilas/robotica/rb-1812-robotica.pdf>
Acessado em: 2 de fevereiro de 2017.
Fazendo uma análise na figura 1, temos:
• Base fixa;
• Braço Articulado ou Manipulador;
• Efetuador;
• Atuadores;
• Unidade de controle;
• Dispositivo de programação; e
• Fonte de energia.
Base fixa: É a parte inferior de um dispositivo robótico que serve para fixá-lo.
Braço articulado ou Manipulador: É o elemento responsável por conferir mobilidade ao
efetuador e permitir que este atinja o local ou locais necessários.
Estes são formados por várias partes, elos, juntas, atuadores e punho. Os elos são
as partes rígidas de um robô, podem ser comparados aos ossos de um braço humano e as
9
juntas são as partes móveis, que conferem conexão entre dois ligamentos. Esta pode ser de
três tipos: rotacional ou de revolução, prismática, linear ou deslizante e esférica.
• Rotacional: Representado na figura 2, gira em torno de um eixo imaginário
denominado eixo de rotação, se assemelhando ao funcionamento de uma dobradiça.
Figura 2 - Junta rotacional.
Fonte: Disponível em: <http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAftFkAD-2.jpg> Acessado: em 1 de fevereiro
de 2017.
• Prismática: Representado na figura 3, o movimento se dá apenas em um único
sentido, através de duas hastes que deslizam entre si, ou a partir de um fuso rotativo.
Figura 3 - Junta prismática ou linear.
Fonte: Disponível em: <http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAftFkAD-2.jpg> Acessado em: 1 de fevereiro
de 2017.
• Esférica: Representado na figura 4, une dois elos a partir de uma esfera que trabalha
internamente a uma cavidade, permitindo a revolução em 3 eixos.
Figura 4 - Junta esférica
Fonte: Disponível em: <http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAftFkAD-2.jpg> Acessado em: 1 de fevereiro
de 2017.
10
Efetuador: É o principal elemento de um robô, visto que é este que executa a tarefa para a
qual foi desenvolvido, podendo este ser encontrado em vários tipos. Exemplo: Disco
eletromagnético, ventosa, pinça, para executarem função de segurar objetos, furadeira, para
perfurar superfícies, entre outros tipos.
Unidade de controle: Responsável por enviar sinais de comando e definir todas as ações do
robô.
Dispositivo de programação: É uma unidade direcionada a programação das funções a
serem desempenhadas pelo robô.
Fonte de energia: Esta é uma unidade que fornece energia para os sistemas de comando e
acionamento de um manipulador robótico. É importante ressaltar que esta desempenha uma
função extremamente crítica, pois qualquer erro de projeto, falha na rede de distribuição de
energia ou no próprio equipamento, poderá danificar o robô.
Os mecanismos robóticos ainda podem ser divididos em classes de acordo com o
conjunto e tipos de juntas que o compõem, determinando características como o espaço de
trabalho, grau de rigidez mecânica, extensão do controle sobre a movimentação.
• Cartesianos: Conforme mostrado na figura 5, é um tipo de robô, em que o efetuador
consegue alcançar todas as posições de um cubo, graças a estrutura em que os elos se
deslocam de forma translacional.
Figura 5 - Robô cartesiano.
Fonte: Disponível em: <http://3.bp.blogspot.com/-KQLN4cuIF-
E/Uv1EReUZyUI/AAAAAAAAGJU/V1K9lJRdpew/s1600/ABAAAftFkAD-13.jpg> Acessado em: 3 de
Fevereiro de 2017.
Robôs deste tipo são muito utilizados para manipulação e movimentação de
cargas, como por exemplo em processos pega e põe. Geralmente seus acionamentos são
elétricos, devido a melhor capacidade de controlar a posição.
11
• Cilíndricos: Conforme ilustra a figura 6, se difere do manipulador cartesiano apenas
pelo primeiro elo, que executa movimento de rotação ao invés da translação, dessa
forma, o elemento efetuador atinge qualquer ponto de um cilindro.
Figura 6 - Robô cilíndrico.
Fonte: Disponível em: <http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAfbesAD-2.jpg> Acessado em: 3 de
fevereiro de 2017.
• Scara: Ilustrado pela figura 7, apresenta estrutura formada por dois elos, em que um
executa movimento rotacional e um outro, movimento translacional.
Figura 7 - Robô SCARA.
Fonte: Disponível em: <http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAfbesAD-4.jpg> Acessado em: 3 de fevereiro
de 2017.
• Articulado: Conforme é observado na figura 8, possui três elos que fazem movimento
rotativo e podem atingir qualquer ponto de uma esfera, sendo o tipo de manipulador
mais habilidoso, muito utilizado na indústria automobilística.
Figura 8 - Robô articulado.
Fonte: Disponível em: <http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAfbesAD-4.jpg> Acessado em 3 de fevereiro de
2017.
12
6.2. ATUADORES
Depois de uma breve discussão sobre a robótica, é necessário tratar de forma
dedicada sobre os elementos que conferem a movimentação a esses mecanismos robôs, os
atuadores.
Eles podem ser elétricos, pneumáticos ou hidráulicos. A escolha do tipo de
acionamento deve ser feita de acordo com a aplicação. Aplicações que demandem força, os
sistemas hidráulicos se comportam melhor, sistemas cujo posicionamento deve preciso,
acionadores elétricos são mais indicados e quando se trata de velocidade, os acionadores
pneumáticos são incomparáveis.
6.2.1. ATUADORES ELÉTRICOS
Os atuadores elétricos são os mais fáceis de implementar controle de posição,
possuem boa repetibilidade e velocidade, portanto aplicações em que estas características
sejam necessárias, recomenda-se usar este tipo de acionamento. Vale lembrar que este tipo de
atuador deve ser compatível com as especificações de torque máximo exigido pelo sistema,
pois no caso de sobrecarga, a corrente se eleva abruptamente, assim como a temperatura de
funcionamento, havendo redução da vida útil do equipamento.
Os atuadores elétricos mais comuns de serem encontrados, são os motores de
corrente contínua e corrente alternada, servo-motores e motores de passo, mas neste trabalho,
serão abordados apenas motores de corrente contínua.
Os motores de corrente contínua, tem seu funcionamento baseado nas forças
resultantes da interação do campo magnético do estator de imãs permanentes ou eletroímãs e
o campo magnético gerado no rotor. O rotor, que é um conjunto de espiras enroladas em uma
armadura, começam a girar em um sentido que depende do sentido do campo gerado e este
campo, depende da corrente que circula neste condutor enrolado. A figura 9 é uma ilustração
de como este processo acontece.
13
Figura 9 – Esquema de funcionamento de um motor de corrente contínua.
Fonte: Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-curso-dt-3-caracteristicas-e-especificacoes-
de-motores-de-corrente-continua-conversores-ca-cc-artigo-tecnico-portugues-br.pdf> Acessado em: 3 de
fevereiro de 2017.
Quando o rotor começa a girar, a força contra-eletromotriz é induzida, atuando
contrariamente ao movimento e limitando a velocidade de rotação, este fenômeno denomina-
se relutância e um artifício usado pelos fabricantes de motores de corrente contínua para
minimizá-lo, é a construção de uma armadura em forma de cilindro laminado.
Ainda sobre os motores de corrente contínua, é importante conhecer o tipo de
acionamento usado para produzir rotação nos sentidos horário e anti-horário nos motores de
corrente contínua, o controle bidirecional de rotação.
O controle bidirecional de rotação utilizado para inverter a rotação de um motor
de corrente contínua é efetuado por um circuito denominado ponte H, que a disposição em
forma de H é de quatro transistores, conforme mostra a figura 10. Estes transístores,
comportam-se como chaves e são acionados aos pares, na diagonal, permitindo assim que a
corrente na carga circule em dois sentidos, dependendo de qual par de transístores é acionado.
14
Figura 10 - Circuito de controle de rotação bidirecional ponte H.
Fonte: Disponível em: <http://www.coep.ufrj.br/~jpaulo/MOTOR-DC-Euler.pdf> Acessado em: 3 de Fevereiro
de 2017.
Atualmente, existem circuitos integrados, que encapsulam dois circuitos de ponte
H, como é o caso do CI L298N, mostrado na figura 11.
Figura 11 – CI de ponte H L298VN.
Fonte: Disponível em: <http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXxwur.pdf>
Acessado em: 16 de fevereiro de 2017.
Existe um shield de ponte H (figura 12) no mercado, que agrupa todos os
componentes necessários para funcionamento do CI L298N, sendo este capaz de operar em
tensões de até 46V e demandem uma corrente de no máximo 2A por canal. Possui quatro
entradas lógicas (In1, In2, In3 e In4), duas para cada canal, estas que conforme a combinação
da alimentação, altera o sentido da corrente na ponte. E outras duas entradas (EnA e EnB) que
15
servem para habilitar os dois canais individualmente. As entradas lógicas devem ser
alimentadas com tensão máxima de 5 Vcc.
Tabela 1 – Esquema de alimentação das entradas lógicas da ponte H.
SENTIDO
CORRENTE
In1 In2
HORÁRIO 1 0
ANTI-HORÁRIO 0 1
Fonte: Próprio autor.
Figura 12 – Shield de ponte H.
Fonte: Disponível em: < http://blog.filipeflop.com/wp-content/uploads/2013/03/Ponte_H_L298n31.jpg>
Acessado em: 16 de fevereiro de 2017.
6.2.2. ATUADORES PNEUMÁTICOS
Historicamente, o uso do ar comprimido como fonte de energia mecânica, data de
2555 a.C. e tinha apenas a simples finalidade de produzir sons através da passagem do ar em
tubos com furos. Embora sua utilização seja bem antiga, somente no século XIX máquinas
complexas começaram a ser usadas, como locomotivas e perfuratrizes, mas ao invés de ar
comprimido era usado vapor sob pressão, produzido nas caldeiras. Mais tarde, no século XX,
na década de 1950, o ar comprimido começou a ter aplicações em automação industrial.
É uma fonte de energia largamente utilizado no meio industrial, devido a
facilidade de distribuição, armazenamento e pela segurança, visto que não é inflamável.
16
Embora possua muitas vantagens, algumas características negativas devem ser levadas em
consideração antes de sua escolha, como o alto nível de ruído, o custo de implantação, que é
relativamente alto e a necessidade de preparação do ar comprimido, pois impurezas e umidade
podem danificar seriamente os equipamentos.
A pneumática não se resume apenas nos equipamentos que utilizam o ar para
algum fim, mas sim todos os equipamentos envolvidos nos processos de geração do ar
comprimido (compressão), distribuição e condicionamento, e por fim, a utilização.
Entende-se como compressão, a redução do volume de uma determinada massa de
gás compressível confinada, como consequência, obtém-se o aumento de pressão e
temperatura deste gás. O equipamento que se destina a este fim e produz uma pressão
diferencial em relação a pressão atmosférica maior do que 2,5 Kgf/cm² denomina-se
compressor.
Após o estágio da compressão, o ar comprimido precisa passar por uma
preparação, para que impurezas e umidade sejam removidas, pois os equipamentos que
utilizam o ar comprimido são extremamente delicados e requerem remoção de impurezas e
umidade, seguido da armazenagem, conforme a figura 13.
Figura 13 – Fluxograma referente às etapas de preparação do ar comprimido.
Fonte: Disponível em: < http://sites.poli.usp.br/d/pmr2481/pneumat2481.pdf > Acessado em: 4 de fevereiro de
2017.
Após estas etapas, o ar comprimido está pronto para ser distribuído através das
tubulações, normalmente aéreas e de cor azul.
É comum que o ar comprimido seja lubrificado (diluição de óleo especifico) antes
de utilizado, para que as peças móveis tenham funcionamento suave e evitar o desgaste
prematuro dos anéis de vedação.
Na etapa de utilização, encontram-se os últimos componentes do sistema
pneumático, os atuadores e válvulas.
17
Os atuadores lineares são conjuntos cilindro-pistão que convertem energia do ar
comprimido em movimento linear, podendo ser encontrados em diversos tipos, porém os mais
comuns são os cilindros de simples ação e de dupla ação. Nos cilindros de simples-ação, o ar
realiza trabalho em apenas um sentido, no avanço, sendo que o retorno do pistão é feito por
uma mola. Para que haja avanço, basta pressurizar a única entrada existente e para retorno,
despressurizar. Os de dupla-ação, possuem duas entradas e o ar realiza trabalho no sentido de
avanço e retorno. Para avançar, é necessário que a linha de retorno esteja despressurizada e a
linha de avanço, pressurizada e vice-versa.
Os atuadores rotativos também são utilizados no meio industrial, como os motores
pneumáticos, que são cada vez mais empregados em ambientes potencialmente explosivos ou
demandem rotações elevadas. Funcionando de forma simples, ele converte o ar comprimido
em rotação e torque, oferecendo vantagens como aceleração rápida, torque de partida elevado,
dimensões reduzidas se comparadas a motores elétricos de mesma potência, possibilidade de
sofrer sobrecargas sem problemas e outras.
Para atender as diversas necessidades da indústria, os atuadores pneumáticos
precisam ter comportamentos variáveis, conforme as necessidades impostas em cada
atividade. Os equipamentos responsáveis por conferir múltiplas ações a estes atuadores, são as
válvulas. Neste trabalho serão apresentadas somente as válvulas direcionais, de controle de
vazão e para controle de vácuo.
As válvulas direcionais são utilizadas no comando e emissão de sinais em
circuitos pneumáticos, servindo como elementos controladores do sentido de escoamento do
ar comprimido, emissoras de sinais de partida, fim de curso e outros. Estas, têm seu
funcionamento determinado pela sua construção, podendo ser classificadas de acordo com o
número de posições de trabalho (2, 3 ou 4) e vias de escoamento (2, 3, 4 ou 5). Por exemplo,
uma válvula de 5 vias e 2 posições de trabalho (figura 14), pode ser utilizada para promover o
avanço e recuo de um cilindro de dupla ação, ou seja, de acordo com a posição da válvula,
ocorrerá avanço ou recuo.
18
Figura 14 – Válvula 5/2 vias pilotada.
Fonte: Disponível em:
<http://2.bp.blogspot.com/_qjfmaGawmmQ/TITPLe7KTTI/AAAAAAAAAEM/sLqfxE0cj2U/s1600/5_2.JPG>
Acessado em: 06 de fevereiro de 2017.
Na figura 14, as tomadas de pressão representadas por 12 e 14, servem para
comutar a posição da válvula, ou seja, caso a tomada 12 seja pressurizada, a posição de
trabalho da válvula permitirá passagem de ar comprimido de 1 para 2 e no caso de
pressurização da tomada 14, a passagem é de 1 para 4.
A movimentação do carretel de uma válvula, pode ser feito por um piloto, através
de ar comprimido, pode ser feito através de um botão ou rolete e também pode ser feito por
um solenoide, que usa eletricidade para gerar um campo magnético em torno de uma bobina e
assim mover o carretel com a força eletromagnética. As figuras 15 e 16, exemplificam o
funcionamento desta válvula em dois diferentes tipos de acionamento.
Figura 15 – Válvula 5/2 vias com acionamento muscular e retorno por mola.
Fonte: Disponível em: <http://138.100.80.137/wikifab/images/9/92/Doble_efecto_52_6761.jpg> Acessado em:
06 de fevereiro de 2017.
19
Figura 16 – Circuito de acionamento de cilindro de dupla ação com válvula 5/2 vias solenoide com retorno por
mola.
Fonte: Disponível em:
<http://wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/images/thumb/b/b9/Electroneu207373.jpg/400px-
Electroneu207373.jpg> Acessado em: 06 de fevereiro de 2017.
Nos sistemas pneumáticos, em muitas situações torna-se necessário regular vazões
para que se possa controlar velocidades de atuadores lineares e rotativos, para este fim, as
válvulas redutoras de vazão são empregadas. Apesar de não ser o único tipo de válvula de
controle de vazão, neste trabalho, interessa apenas a redutora de vazão.
Como a vazão de um fluido é diretamente proporcional à área de escoamento,
para que a reduza, basta diminuir a área de passagem por meio de um ajuste, geralmente,
manual. A figura 17 apresenta o corte desta válvula.
Figura 17 – Válvula redutora de vazão.
Fonte: Disponível em: <https://tobiasmugge.files.wordpress.com/2008/10/apostila-pneu.pdf> Acessado em: 06
de fevereiro de 2017.
20
Muito empregado na indústria, o vácuo pode ser definido como um volume de
controle cuja pressão é inferior à pressão atmosférica, podendo este ser obtido a partir de uma
bomba de vácuo ou pelo princípio de Venturi. Este último, consiste na passagem de ar
comprimido em um tubo contendo um ponto estreitamento da secção transversal, que quando
submetido a passagem de ar comprimido, ocorre aceleração e, consequentemente, aumento de
velocidade de escoamento, que é resultado da conversão da pressão estática do ar comprimido
em energia cinética. Um segundo orifício é colocado neste ponto de estreitamento, criando o
efeito de sucção.
A válvula geradora de vácuo faz uso do princípio de Venturi para produzir vácuo,
como pode ser observado na figura 18.
Figura 18 – Válvula geradora de vácuo
Fonte: Disponível em: <https://www.festo.com/rep/pt-br_br/assets/FAQ12373_en.gif> Acessado em: 06 de
fevereiro de 2017.
6.3. SISTEMAS TRANSDUTORES
Transdutores são definidos como dispositivos que convertem uma grandeza de
entrada em uma grandeza de saída. Os transdutores mais comuns, são os que convertem uma
grandeza física em uma grandeza elétrica, através de elementos que se sensibilizam a algum
fenômeno, corpo ou substância.
21
Figura 19 – Esquema de funcionamento de um transdutor.
Fonte: Disponível em: <https://chasqueweb.ufrgs.br/~valner.brusamarello/eleinst/ufrgs6.pdf> Acessado em: 07
de fevereiro de 2017.
Enquanto que um transdutor apenas reage a um estimulo e fornece uma resposta,
como pode ser visto na figura 19, um sensor, que possui um transdutor internamente,
condiciona esta resposta para algum fim prático.
Os sensores podem ser analógicos ou digitais, isto é, quando analógicos, fornecem
um sinal contendo infinitos valores, dentro de uma faixa, correlacionados ao estimulo de
entrada e quando digitais, fornecem uma saída binária para representar apenas dois estados
(Ex.: presença / ausência).
Como existe uma grande diversidade de sensores, para fins práticos, neste
trabalho serão abordados apenas os tipos usados na elaboração deste trabalho, os sensores
óptico, magnético, capacitivo, eletromecânico, pressostato e de corrente elétrica.
6.3.1. SENSORES ÓPTICOS
Os sensores do tipo óptico que foram usados neste trabalho, são discretos e se
baseiam no princípio da reflexão em que raios de luz visível ou não, emitidos por um diodo
emissor de luz, incidam sobre um objeto e este, atuando como um refletor, provoca o retorno
destes raios para um fotorreceptor (geralmente um foto-transistor), que responde alterando o
estado da saída. Este princípio pode ser observado na figura 20.
22
Figura 20 – Sensor óptico de reflexão difusa.
Fonte: Disponível em: < http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/image/difu_optico.gif > Acessado em:
07 de fevereiro de 2017.
Assim como um transistor convencional, o foto-transistor (figura 21) também é
uma união de dois diodos de junção, porém, possui o efeito fotoelétrico associado. Possuindo,
em geral, apenas dois terminais acessíveis, coletor e emissor.
A incidência de luz ocasiona a formação de lacunas na vizinhança da junção base-
coletor, esta tensão conduzirá as lacunas para o emissor e os elétrons passarão do emissor para
a base, provocando aumento da corrente na base e, consequentemente, variação corrente no
coletor beta vezes maior, onde beta é um valor fornecido pelo fabricante. A variação da
corrente é proporcional a intensidade de luz.
Como a base é desconectada nos foto-transistores, a corrente do coletor depende
apenas da intensidade de luz incidente, portanto, na ausência de luz, a corrente de base será
zero e o transistor se comportará como chave aberta, resultando na tensão do coletor igual a
tensão de polarização e quando há presença de luz, a tensão do coletor diminuirá com o
aumento da corrente. Devido a isto, a aplicação mais comum dos foto-transistores é como
interruptor ON/OFF.
Figura 21 – Foto-transistor
Fonte: Disponível em: <https://www.ld-didactic.de/phk/images/150dpi/539047.jpg> Acessado em: 07 de
fevereiro de 2017.
23
6.3.2. SENSORES MAGNÉTICOS
São sensores discretos cuja comutação de estado ocorre quando submetidos à ação
de algum campo magnético. Sua estrutura básica é um invólucro de vidro contendo um gás
inerte e um par de laminas de material ferromagnético, como pode ser visto na figura 22.
Geralmente são usados para demarcar posições em sistemas de automação.
Figura 22 – Sensor Magnético.
Fonte: Disponível em: <https://www.portaleletricista.com.br/wp-content/uploads/2013/10/campo-
magnetico2.png> Acessado em: 07 de fevereiro de 2017.
6.3.3. SENSORES CAPACITIVOS
O sensor capacitivo usado neste trabalho (figura 23) é do tipo discreto, ou seja,
detecta apenas a presença ou ausência de um objeto em frente a face do sensor.
Seu princípio de funcionamento é basicamente o mesmo de um capacitor
convencional, que possui duas placas condutoras separadas por um material dielétrico, sendo
que o valor da capacitância é determinado pelo índice de permissividade elétrica do dielétrico
24
e pela área “A” das placas. É importante ressaltar que a capacitância é inversamente
proporcional à distância “d” entre as superfícies.
O que difere um capacitor de um sensor capacitivo, é o material dielétrico, que no
sensor, é o próprio material a ser detectado. Neste caso, a capacitância é alterada pela
presença ou não de objeto na frente do sensor, pela distância que este objeto se encontra da
superfície de leitura e pelo material do objeto. A alteração da capacitância, representa uma
variação no sinal elétrico emitido pelo dispositivo, podendo então identificar presença ou
ausência e até mesmo tipo de material que compõe o objeto. No entanto, nosso interesse neste
trabalho, é apenas no sensor capacitivo digital, composto por uma ponta capacitiva, um
retificador de sinal, um oscilador, um circuito de filtragem e um circuito de saída. Este detecta
apenas a presença ou ausência de objeto, fornecendo uma saída binária, de modo que quando
não há objeto na frente do sensor, o oscilador está inativo e com a aproximação, a variação na
capacitância é detectada e ao atingir um valor determinado, o oscilador entra em operação,
ativando o circuito de saída e assim, alterar o estado desta.
Figura 23 – Sensor Capacitivo.
Fonte: Disponível em:
<https://4.bp.blogspot.com/_y3qoFMOPT6Y/SDJbjt3B0oI/AAAAAAAAABs/RMvx8K3cqxE/s320/002914630
01096977285. jpg> Acessado em: 07 de fevereiro de 2017.
6.3.4. SENSORES ELETROMECÂNICOS
Usados como demarcadores de posição, estes, por possuírem partes mecânicas,
com o tempo sofrem desgastes e perdem a confiabilidade, mas devido ao baixo custo, são
amplamente empregados na indústria. A figura 24 esquematiza a construção destes sensores.
25
Figura 24 – Sensor eletromecânico ou de Rolete.
Fonte: Disponível em: <https://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAfBl0AI-13.jpg> Acessado em: 07 de
fevereiro de 2017.
6.3.5. PRESSOSTATO
Dispositivo discreto utilizado para detecção de diferença de pressões entre duas
linhas de ar comprimido e também para detecção de vácuo, que possui um fole metálico
tensionado por mola, que se desloca conforme a diferença de pressões existente entre as duas
entradas de pressão. Um sinal discreto é gerado assim que a pressão diferencial máxima é
atingida, lembrando que esta pode ser ajustada por um parafuso. O equipamento descrito pode
ser observado na figura 25.
Obs.: Quando este dispositivo for utilizado para detecção de vácuo, uma entrada
deve ser conectada à linha contendo vácuo e a outra deve ficar desconectada.
Figura 25 – Pressostato em corte.
Fonte: Disponível em: <https://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/339929/PEN-M5_2002-
05b_661078d2.pdf> Acessado em: 07 de fevereiro de 2017.
26
6.4. CONTROLADORES LÓGICO-PROGRAMÁVEIS - PLC
São computadores projetados para operarem em ambiente industrial e cumprirem
a tarefa de controlar diversos tipos processos. Compostos basicamente de três módulos:
módulo de entradas, unidade central de processamento (CPU) e módulo de saídas, conforme a
figura 26.
Figura 26 – Esquema básico de um PLC.
Fonte: Disponível em: <http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/gladimir/Apostila%20de%20PLC_Gladimir.pdf>
Acessado em: 08 de fevereiro de 2017.
Um CLP quando ligado, imediatamente é verificado o estado da memória, se
existe um programa de usuário e faz a leitura dos módulos de entradas e saídas. Caso exista
um programa de usuário instalado, um ciclo repetitivo, chamado ciclo de varredura (figura
27), se inicia, monitorando os estados das entradas e saídas, os gravando na memória
(imagem) e comparando esta, com o programa do usuário, em seguida, os estados das saídas
são atualizados conforme o programa.
Figura 27 – Ciclo de varredura em um PLC.
Fonte: Disponível em: < http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/gladimir/Apostila%20de%20PLC_Gladimir.pdf>
Acessado em: 08 de fevereiro de 2017.
27
Alguns PLC’s podem trabalhar com informações analógicas, permitindo a
obtenção de informações de transmissores analógicos e envio de sinais de controle para
atuadores analógicos, como inversores de frequência, posicionadores de válvulas e outros.
Mas, no caso em questão, o PLC utilizado consegue manipular apenas informações digitais,
portanto quando se tratar de PLC neste trabalho, se refere apenas aos digitais.
Módulo de Entradas: É a interface do PLC por onde entram os sinais discretos
advindos do processo ou operador.
Módulo de Saídas: É a interface do PLC que o permite ligar e desligar um
equipamento.
A figura 28, mostra esquematicamente como as ligações elétricas são feitas nas
entradas e saídas digitais de um PLC.
Figura 28 – Esquema de ligações elétricas de entradas e saídas em um PLC.
Fonte: Disponível em: <http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/gladimir/Apostila%20de%20PLC_Gladimir.pdf>
Acessado em: 8 de fevereiro de 2017.
Estes equipamentos podem ser programados em diversas linguagens, porém a
mais utilizada, é Ladder, linguagem que se popularizou devido a semelhança com a
representação de esquemas elétricos, que já era dominada na época em que a General Motors
desenvolveu o PLC. Esta semelhança pode ser observada na figura 29.
28
Figura 29 – Simbologia básica do diagrama Ladder.
Fonte: Disponível em: < http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/gladimir/Apostila%20de%20PLC_Gladimir.pdf>
Acessado em: 08 de fevereiro de 2017.
Ao elaborar a programação, é necessário que os elementos usados sejam
endereçados, para que o PLC identifique no hardware qual entrada, saída ou elemento da
memória está sendo referido, como pode ser observado na figura 30.
Figura 30 – Esquema de ligações elétricas e programação Ladder
Fonte: Disponível em: < http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/gladimir/Apostila%20de%20PLC_Gladimir.pdf>
Acessado em: 08 de fevereiro de 2017.
29
7. ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO
O ITS PLC PROFESSIONAL é um software desenvolvido pela REAL GAMES
voltado para ensino e prática de programação de PLC’s. Este, possui além do Pick and Place,
outros quatro tipos comuns de processos, que possuem como principal atrativo, o realismo.
Cada sistema é uma simulação visual de um sistema industrial que inclui sensores e
actuadores (virtuais) para que o seu estado possa ser sentido pelo PLC. O objectivo é
programar o PLC para controlar cada sistema virtual como se de uma máquina real
se tratasse. [...] A troca de informação entre o PLC e o sistema virtual é realizada
através de uma placa de aquisição de dados (DAQ), com 32 canais I/O isolados e
interface USB. (Real Games LDA, 2011, p. 5)
A figura 31, mostra esquematicamente como é feita a troca de informações entre o
sistema simulado e o PLC, sob o intermédio de uma placa de aquisição de dados.
Figura 31 – Esquema de funcionamento do simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Foram levantadas informações sobre o funcionamento do processo, localização
dos sensores presentes no processo, atuadores, e também arbitradas as possíveis tecnologias
envolvidas, visto que o desenvolvedor do software não esclarece esse tipo de informação.
A seguir, serão apresentadas ilustrações retiradas do manual do utilizador do
software ITS PLC, que evidenciam a estrutura, os possíveis movimentos (figura 32),
sequenciamento (figura 33) e localização dos sensores (figura 34) e atuadores (figura 35).
30
Figura 32 – Ilustração dos possíveis movimentos do Pick and Place.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Figura 33 – Sequência dos movimentos do manipulador cartesiano.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
31
Figura 34 – Localização dos sensores.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Os sensores 0 e 1, são usados para identificar o tipo de peça, que conjuntamente,
funcionam como um decodificador. Quando a peça for do tipo 1, apenas o sensor 0 é
estimulado, quando for do tipo 2, apenas o sensor 1 é estimulado, já peças do tipo 3
estimulam ambos os sensores. O sensor 2 identifica a presença de peça na zona de preensão.
O sensor 3 identifica caixa na zona de preenchimento. O sensor 4 identifica que o
manipulador está na zona de preensão. O sensor 5 identifica a movimentação do manipulador
no eixo cartesiano. O sensor 6 marca o fim de curso superior do eixo vertical do manipulador,
da mesma forma funciona o sensor 7, porém este marca o fim de curso inferior. O sensor 8
identifica se a garra magnética está ativa ou não.
Figura 35 – Localização dos atuadores.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
32
O atuador 0 é o motor elétrico que confere movimento a esteira rolante que
transporta as peças. O atuador 1 é o motor elétrico que confere movimento a esteira de caixas.
Os atuadores 2 e 3 são responsáveis pelo movimento do eixo longitudinal. Os atuadores 4 e 5
são responsáveis pelo movimento do eixo transversal. O atuador 6 faz o movimento
descendente do eixo vertical. O atuador 7 é uma ventosa à vácuo.
Deu-se início à elaboração do trabalho com a desmontagem da estrutura e em
seguida, limpeza e remontagem. Foram testados todos os componentes presentes, para
assegurar o correto funcionamento do conjunto. A estação Pick and Place antes do início do
trabalho, foi fotografada e pode ser vista na figura 36.
Figura 36 – Estação antes do início do trabalho.
Fonte: Próprio autor.
7.1. SENSORES UTILIZADOS
Neste item, serão apresentadas as tecnologias usadas nos sensores encontrados no
processo Pick and Place.
33
7.1.1. SENSOR 0 E SENSOR 1
O manual do software ITS PLC PORFOESSIONAL informa que a identificação
do tipo de peça é feita por meio de reconhecimento de imagem (figura 37a) dos três tipos de
peças (figura 38a), mas para simplificar o desenvolvimento do modelo icônico, foi usado o
que o laboratório dispunha, dois sensores do tipo óptico por reflexão difusa (figura 37b), com
condução dos raios luminosos via fibra óptica, enquanto que os três tipos de peças foram
pintadas com três diferentes combinações usando preto e branco (figura 38b). Os dois
sensores foram conectados às entradas digitais I0.0 e I0.1 do PLC Allen-Bradley Micrologix
1000. Estes equipamentos possuem quatro terminais, dois usados para alimentação em 24 Vcc
e dois para sinal (um normal aberto e outro normal fechado), sendo que apenas o terminal
normal aberto foi conectado ao PLC.
Figura 37a – Sensores 0 e 1 encontrados no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
34
Figura 37b – Sensor 0 e 1 usados no modelo icônico, óptico de reflexão difusa.
Fonte: Próprio autor.
Figura 38a – Sistema de decodificação de tipos de peça do simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Figura 38b – Sistema de decodificação desenvolvido para o trabalho.
Fonte: Próprio autor.
35
7.1.2. SENSOR 2
Embora o sensor 2 encontrado no simulador seja do tipo óptico de barreira (figura
39a), a tecnologia escolhida para cumprir este papel no modelo desenvolvido, foi a capacitiva
(figura 39b), que também funciona de forma discreta, alterando o seu estado assim que um
objeto se aproxima da face do sensor. Este sensor foi conectado à entrada digital I0.2 do PLC
Allen-Bradley Micrologix 1000. Este equipamento possui três terminais, dois usados para
alimentação de 24 Vcc e um para sinal, normal aberto, devendo este ser conectado à entrada
discreta do PLC.
Figura 39a – Sensor 2 encontrado no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Figura 39b – Sensor 2 usado no modelo icônico, tipo capacitivo.
Fonte: Próprio autor.
36
7.1.3. SENSOR 3
O sensor usado para identificar a chegada de caixa na zona de preenchimento não
é indicado pelo desenvolvedor, nem pode ser deduzido pela imagem (figura 40a), portanto foi
designado para esta função, o tipo eletromecânico, acionado por uma haste (figura 40b). Este
equipamento possui três terminais, um para ser ligado no positivo da fonte de 24 Vcc e dois
para sinal (um normal fechado e um normal aberto), sendo o NA conectado à entrada discreta
do PLC.
Figura 40a – Sensor 3 encontrado no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p
Figura 40b – Sensor 3 usado no modelo icônico, eletromecânico.
Fonte: Próprio autor.
37
7.1.4. SENSOR 4
Embora o sensor 4 seja um sensor propriamente dito no simulador (figura 41a),
este foi implementado no modelo desenvolvido, por uma condição, determinada pela ativação
do sensor eletromecânico acionado por rolete Y0 e do sensor magnético X0 (figura 41b).
Portanto, estes dois sensores foram ligados às entradas I0.6 e I0.0 do PLC FESTO e quando
ambos estão ativados, uma saída (O0.6) deste PLC é ativada (figura 41c), sendo esta,
conectada à entrada I0.4 do PLC ALLEN-BRADLEY. O sensor eletromecânico possui três
terminais, um para ser ligado no positivo da fonte de 24 Vcc e dois para sinal (um normal
fechado e um normal aberto), sendo o NA conectado à entrada discreta do PLC e o magnético
possui também três terminais, porém, dois usados para alimentação de 24 Vcc e um para
sinal, normal aberto, devendo este ser conectado à entrada discreta do PLC.
Figura 41a – Sensor 4 encontrado no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
38
Figura 41b – Sensores da posição de preensão
Fonte: Próprio autor.
Figura 41c – Sensor 4 implementado via programação de PLC.
Fonte: Próprio autor.
7.1.5. SENSOR 5
Embora no simulador a identificação do movimento cartesiano seja feita por
sensor (figura 42a), no modelo icônico desenvolvido, o sinal discreto que identifica a
movimentação do manipulador cartesiano, vem de uma saída discreta do PLC secundário
FESTO, usado para fazer o comando de uma ponte H, que acionar os motores do eixo
cartesiano. A lógica implementada neste PLC determina o acionamento da saída discreta
O0.7, caso qualquer uma das saídas discretas (O0.0, O0.1, O0.2 e O0.3) que ativam as
entradas lógicas da ponte H (IN1, IN2, IN3 e IN4), esteja ativada (figura 42b). Então é feita
uma ligação elétrica entre esta saída (O0.7) e a entrada digital I0.5 do PLC primário Allen-
Bradley Micrologix 1000.
39
Figura 42a – Sensor 5 encontrado no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Figura 42b - Saída ativada com a movimentação do manipulador.
Fonte: Próprio autor.
7.1.6. SENSOR 6 E SENSOR 7
De natureza magnética, estes sensores detectam a posição do cilindro através de
uma cinta magnética que circunda o êmbolo do pistão. Dessa forma, quando o cilindro se
encontra avançado, o sensor inferior fica ativado enquanto o superior fica desativado e vice-
versa, conforme é observado nas figuras 43a e 43b. Estes equipamentos possuem três
terminais, dois usados para alimentação de 24 Vcc e um para sinal, normal aberto, devendo
este ser conectado à entrada discreta do PLC.
40
Figura 43a – Sensores 6 e 7 encontrados no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Figura 43b – Sensores 6 e 7 do modelo icônico, magnéticos.
Fonte: Próprio autor.
7.1.8. SENSOR 8
No simulador, a função garra é feita via eletromagnetismo e não é explicito o que
foi usado para identificar existência de peça presa nesta garra, indicando apenas sua
41
localização (figura 44a). No modelo desenvolvido, por usar vácuo para segurar peças, foi
usado um pressostato ou chave de pressão diferencial (figura 44b), que comuta o seu estado
quando a diferença de pressões entre os dois pontos de entrada, produz força suficiente para
vencer a ação da mola e provocar o contato elétrico. A comutação do estado ocorre no
momento exato em que uma peça é segurada, pois a pressão no interior da ventosa é muito
menor do que a pressão atmosférica. Como é usada para detectar vácuo, apenas uma tomada é
conectada. Este equipamento possui três terminais, dois usados para alimentação em 24 Vcc e
um para sinal, devendo este ser conectado à entrada discreta do PLC.
Figura 44a – Sensor 8 encontrado no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Figura 44b – Sensor 8 usado no modelo icônico, pressostato.
Fonte: Próprio autor.
42
7.2. ATUADORES
Neste item, serão apresentados todos os atuadores usados neste modelo de
processo.
7.2.1. ATUADOR 0
Motor que move a esteira que transportadora de peças. A figura 45a, mostra este
atuador no simulador, demarcado por uma seta vermelha e a figura 45b, mostra a esteira
utilizada no modelo desenvolvido. A tensão de operação deste equipamento deve ser em torno
de 24 volts em corrente contínua.
Figura 45a – Esteira de peças encontrada no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
43
Figura 45b – Esteira de Peças no modelo icônico.
Fonte: Próprio autor.
7.2.2. ATUADOR 1
Motor da esteira que transporta caixas. No simulador, evidenciado por uma seta
vermelha na figura 46a e no modelo desenvolvido, mostrado na figura 46b. Este equipamento
é alimentado com 24 Vcc.
Figura 46a – Esteira de peças encontrada no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
44
Figura 46b – Esteira de Caixas no modelo icônico.
Fonte: Próprio autor.
7.2.3. ATUADOR 2, 3, 4 e 5
Os atuadores 2, 3, 4 e 5, servem para conferir movimento ao manipulador
cartesiano (figura 50). Estes atuadores possuem uma peculiaridade em sua atuação, pois ela é
dividida em estágios, em que cada pulso dado pela saída discreta a qual é conectado este
atuador, representa um estágio, portanto dois pulsos são traduzidos em dois estágios e assim
sucessivamente. No simulador, estes atuadores são ativados diretamente pelas saídas O0.2,
O0.3, O0.4 e O0.5, respectivamente e param sempre nas devidas posições.
Devido ao desenvolvedor do software não especificar o sistema que possibilita
este funcionamento, foi preciso desenvolver uma técnica que possibilitasse a movimentação
do manipulador e que parasse nas 9 posições de uma matriz 3x3, da mesma forma que ocorre
no simulador ITS PLC.
Para possibilitar esta funcionalidade, foram usados sensores magnéticos para
determinar as posições de parada, 3 para cada dimensão da matriz e um sensor do tipo
eletromecânico acionado por rolete, para posicionamento do manipulador na zona de preensão
de peças (figura 47). O grande problema em adicionar estes sensores, é que haveria
necessidade de modificar no código de programação do PLC elaborado para automatizar o
processo simulado, portanto, fugiria do objetivo principal deste trabalho.
45
Figura 47 – Sensores de posicionamento do manipulador cartesiano.
Fonte: Próprio autor.
Buscando soluções para este problema, foram usados os ensinamentos dados ao
longo do curso para elaborar um sistema independente que possibilitasse o acionamento dos
motores do manipulador cartesiano, bem como as devidas paradas nas posições determinadas.
Então foi usado um shield de ponte H (apresentado na fundamentação teórica)
para inverter a rotação dos motores e um PLC adicional, para fazer a leitura dos sensores da
matriz e conforme a lógica implementada (APÊNDICE A), ativar quatro de suas saídas (O0.0,
O0.1, O0.2 e O0.3), que foram devidamente conectadas às entradas do shield. O sentido de
rotação dos dois motores, é determinado pela combinação dos acionamentos das entradas I1.0,
I1.1, I1.2 e I1.3 do PLC FESTO, conectadas às saídas discretas O0.2, O0.3, O0.4 e O0.5
respectivamente, do PLC Allen-Bradley Micrologix 1000. Quando a entrada I1.0 do PLC
FESTO receber um pulso, a saída O0.0 deste mesmo PLC (conectada à IN1 do shield) será
ativada, fazendo mover o manipulador no eixo transversal, para a esquerda, e desativada
assim que este passar por um dos três sensores magnéticos instalados neste eixo, quando a
entrada I1.1 receber um pulso, a saída O0.1 (conectada à IN2) será ativada, movendo o
manipulador no mesmo eixo, porém para a direita e desativada quando este passar por um dos
sensores magnéticos. A mesma lógica acontece na movimentação do manipulador no eixo
longitudinal, quando I1.2 receber um pulso, a saída O0.2 (conectada à IN3) será ativada, o
movendo em direção à zona de preensão e quando o pulso ocorrer em I1.3, a movimentação
46
será em direção a zona de preenchimento, parando sempre ao encontro de um sensor instalado
no eixo. Vale lembrar que os pulsos nestas entradas, ocorrem somente com o manipulador
parado.
A tabela de alocação das entradas e saídas discretas do PLC FC21 Festo se
encontra no APÊNDICE B.
Tabela 2 – Tipo de movimento versus entradas ativadas no PLC FC21 Festo.
TRANSVERSAL
DIREITA
TRANSVERSAL
ESQUERDA
LONGITUDINAL EM
DIREÇÃO A ZONA DE
PREENSAO
LONGITUDINAL EM
DIREÇÃO A ZONA DE
PREENCHIMENTO
I1.0 n 0 0 0
I1.1 0 n 0 0
I1.2 0 0 n 0
I1.3 0 0 0 n
Fonte: Próprio Autor.
Obs.: n é o número de pulsos nas devidas entradas digitais.
O número de pulsos nestas entradas além de determinarem a direção do
movimento, também determinam a posição do manipulador quando este estiver movendo uma
peça em direção à zona de preenchimento. As entradas I0.1 e I0.2 do PLC FESTO recebem
pulsos apenas para executarem o movimento de retorno do manipulador, ou seja, após deixar
uma peça na caixa e estiver voltando para a zona de preensão, portanto, o número de pulsos
nestas entradas deve ser o suficiente para satisfazer a condição de posição inicial.
Tabela 3 – Combinação de pulsos versus posição de parada do manipulador na zona de preenchimento de caixas.
I1.0 = 0
I1.3 = 3
I1.0 = 1
I1.3 = 3
I1.0 = 2
I1.3 = 3
I1.0 = 0
I1.3 = 2
I1.0 = 1
I1.3 = 2
I1.0 = 2
I1.3 = 2
I1.0 = 0
I1.3 = 1
I1.0 = 1
I1.3 = 1
I1.0 = 2
I1.3 = 1
Fonte: Próprio Autor.
47
A tabela 3 é uma matriz 3x3, que representa a caixa presente no processo Pick and
Place e apresenta as combinações de pulsos nas entradas I1.0 e I1.3 necessárias para mover o
manipulador para qualquer posição desta.
O CLP secundário, é um FC21 fabricado pela FESTO que possui doze entradas
digitais e oito saídas digitais (figura 48). Apenas sete entradas e seis saídas foram usadas. Às
entradas foram ligadas seis sensores magnéticos e um sensor eletromecânico de rolete,
operando em 24 Vcc e às saídas, foram ligadas as quatro entradas do shield de ponte H,
fornecendo 5 Vcc e as entradas I0.4 e I0.5 do PLC Allen-Bradley, fornecendo 24 Vcc, vide
figura 49. A alimentação da CPU deve ser com 110 Vca.
Figura 48 – PLC FESTO FC21
Fonte: Disponível em: <https://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/405898/FEC-FC21_2002-
06_655842d2.pdf> Acessado em: 17 de fevereiro de 2017.
Figura 49 – Interação do PLC FESTO com o shield ponte H.
Fonte: Próprio autor.
48
Figura 50 – Atuadores 2,3,4 e 5 encontrados no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
7.2.4. ATUADOR 6
O atuador 6 é responsável por executar o movimento descendente. No simulador,
este é apenas indicado, não especificando o tipo de acionamento (figura 51a). No modelo
desenvolvido, este atuador é pneumático e acionado por uma válvula 5/2 vias
eletropneumática, com retorno do carretel por mola (figuras 51b e 51c). Esta, quando
alimentada com tensão de 24 Vcc promove o avanço do pistão e quando tem a alimentação
bloqueada, ocorre o retorno.
49
Figura 51a – Atuador 6 encontrado no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
Figura 51b – Válvula 5/2 vias eletropneumática com retorno por mola.
Fonte: Próprio autor.
50
Figura 51c – Atuador 6 no modelo icônico, cilindro dupla-ação
Fonte: Próprio autor.
7.2.5. ATUADOR 7
No simulador, é um disco eletromagnético (figura 52a) e no modelo desenvolvido,
é uma ventosa à vácuo, acionada por uma válvula 3/2 vias eletropneumática com retorno do
carretel feito por mola junto à uma válvula geradora de vácuo (figuras 52b, 52c e 52d). A
válvula 3/2 vias quando alimentada, o carretel se desloca e libera ar para uma válvula
geradora de vácuo e quando a alimentação é bloqueada, o carretel retorna e impede a
passagem de ar.
Figura 52a – Atuador 7 encontrado no simulador.
Fonte: Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
51
Figura 52b – Válvula Geradora de Vácuo
Fonte: Próprio Autor.
Figura 52c – Válvula 3/2 vias eletropneumática com retorno por mola.
Fonte: Próprio autor.
Figura 52d – Atuador 7 no modelo icônico, Ventosa à vácuo.
Fonte: Próprio autor.
52
7.3. PLC ALLEN-BRADLEY MICROLOGIX 1000
Como todo processo industrial automatizado, este também requer uma unidade de
processamento de informações, sendo na maioria das vezes um Controlador Lógico-
Programável. O PLC utilizado para automatizar o Pick and Place, é o Allen-Bradley
Micrologix 1000 (figura 53), fabricado pela Rockwell Automation, com 20 entradas digitais,
12 saídas a relé. A tensão de nível alto nas entradas, é de 24 Vcc, já as saídas podem acionar
cargas cuja potência não ultrapasse 1440 VA, operando em corrente contínua ou alternada
(informações obtidas na etiqueta do fabricante na lateral esquerda do equipamento). A
alimentação do equipamento pode ser feita em 120/240 Vac.
Este modelo de PLC é programado a partir do software RS Logix Micro, para
PC’s Windows®. A comunicação entre o PLC e o PC, é via protocolo RS 232, através de um
cabo com conector DB9, para conectar ao PC e conector de 8 pinos mini DIN para conectar
ao PLC.
Vale lembrar que este PLC é programado com o mesmo código de programação
utilizado para programar o Pick and Place, sendo tarefa do usuário da ferramenta
desenvolvida, criar esta programação.
Figura 53 – PLC Allen-Bradley Micrologix 1000.
Fonte: Próprio autor.
53
7.4. PEÇAS E CAIXAS
As peças e caixa foram elaboradas em conformidade com o projeto inicial, sendo
nove peças do tipo 3, nove peças reversíveis do tipo 1 / 2, elaboradas em madeira e pintadas
com tinta branca e preta, de uso específico para madeira e uma caixa em MDF contendo nove
posições internas, pintada com tinta spray de cor preta. Os exemplares estão na figura 54 e 55,
abaixo.
Figura 54 – Os três tipos de peças.
Fonte: Próprio autor.
Figura 55 – Caixa.
Fonte: Próprio autor.
54
7.5. PAINEL DE COMANDO
As botoeiras “iniciar”, “parar”, “emergência” e “reiniciar” foram fixadas em um
painel metálico (figura 56) e instaladas em conformidade com a tabela de alocação de
entradas e saídas discretas, disponível no manual do software ITS PLC Professional, sendo a
botoeira “iniciar” conectada à entrada discreta I0.12, “parar” conectada à I0.13, “reiniciar”
conectado à I0.14 e “emergência” conectado à I0.15.
Figura 56 – Painel de comando com as botoeiras.
Fonte: Próprio autor.
7.6. MONTAGEM
Para uma visualização mais clara, foi elaborado um diagrama elétrico usando o
software AutoCAD Electrical, específico para desenho de projetos elétricos, podendo ser
analisado no apêndice D. Seguindo o diagrama, foram feitas todas as ligações elétricas entre
os PLC’s, sensores e atuadores (figura 57).
55
Figura 57 – Ligações elétricas.
Fonte: Próprio autor.
56
8. CONCLUSÃO
A maiores dificuldade encontrada ao longo do desenvolvimento do modelo
icônico do Pick & Place, foi ao tentar solucionar o problema do sistema de posicionamento
do manipulador cartesiano através do sistema de pulsos. Como o fabricante do software
simulador inspirador não especifica que tipo de tecnologia é usada para este fim, foi
necessário desenvolver um sistema que fizesse o manipulador cartesiano se comportar da
mesma forma, tarefa que consumiu cerca de 40% do tempo total, grande parte com pesquisas
e tentativas frustradas ou inviáveis. O tempo restante foi dividido entre a montagem dos
elementos e escrita da monografia.
O procedimento para uso da ferramenta deve seguir os seguintes passos:
1º) Energizar os PLC’s;
2º) Carregar e executar o código que faz a automação do Pick &
Place no PLC ALLEN-BRADLEY MICROLOGIX 1000, após executá-lo no
simulador ITS PLC e constatar a ausência de erros;
3º) Alimentar os barramentos com as devidas tensões (~ 24 Vcc);
4º) Pressurizar a linha de ar comprimido (~ 4 Bar);
5º) Iniciar o processo com o pressionamento da botoeira “INICIAR”.
No simulador, a entrada de peças e caixas nas esteiras é feita de forma automática,
por um sistema independente do restante e não especificado pelo desenvolvedor do software.
No modelo desenvolvido, este sistema não foi desenvolvido e por esta razão, a colocação de
peças e caixas deve ser feita manualmente.
O resultado final (figura 58) obtido, cumpriu em todos os aspectos, os objetivos
inicialmente impostos, apresentando vasta semelhança com o modelo inspirador, tanto em
estética, quanto em funcionamento, além da extrema simplicidade de manuseio, que garante
excelência no uso como ferramenta didática para aulas práticas.
57
Figura 58 – Modelo Icônico em Estação Pick and Place Finalizado.
Fonte: Próprio autor.
58
9. SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS
Devido ao prazo para conclusão deste trabalho ter se tornado curto, não foi
possível elaborar o sistema de entrada aleatória de peças e caixas nas esteiras, portanto fica a
sugestão para esta melhoria em um trabalho futuro, deixando assim o modelo ainda mais fiel
ao simulador ITS PLC.
A instalação elétrica de forma padronizada e organizada dentro de um painel
também não foi viável durante a execução deste trabalho, portanto, fica como sugestão para
um próximo trabalho, esta tarefa.
Uma outra sugestão, é elaborar outro modelo icônico baseado em um dos outros
quatro processos simulados, presentes no software em questão, aumentando a disponibilidade
de ferramentas didáticas no curso de Engenharia de Controle e Automação.
59
10. BLIBLIOGRAFIA
PAREDE, I.; GOMES, L. Eletrônica: Automação Industrial. São Paulo: Fundação Padre
Anchieta, 2011.
KOSOW, I. Máquinas Elétricas e Transformadores. 4ª ed. Porto Alegre: Globo, 1982.
Volume 1.
CARRARA, V. Introdução à Robótica Industrial. São José dos Campos: IMPE, 2015. 91 p.
BONACORSO, N.; NOLL, V. Automação Eletropneumática. 9ª ed. São Paulo: Érica, 1997.
THOMAZINI, D.; ALBUQUERQUE, P. Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações. 5ª
ed. São Paulo: Érica, 2005. 222 p.
AHMED, A. Eletrônica de Potência. São Paulo: Prentice Hall, 2000.
MEIXNER, H.; KOBLER, R. Introdução à Pneumática: Livro Didático. FESTO Didactic,
São Paulo, SP, Brasil, 1977.
Real Games LDA. ITS PLC Manual do Utilizador Professional Edition, 2011. 63 p.
FEC Compact. Esslingen, Germany: FESTO AG & Co, 2001. Disponível em
<https://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/405898/FEC-FC21_2002-06_655842d2.pdf>
Acessado em: 09 de fevereiro de 2017.
Evolução dos Sistemas de Controle. Disponível em:
<http://www.cpdee.ufmg.br/~seixas/PaginaII/Download/DownloadFiles/HistoriaControladore
s.PDF> Acessado em: 17 de janeiro de 2017.
Curso de Controladores Lógico Programáveis. Disponível
em:<http://www.lee.eng.uerj.br/downloads/cursos/clp/clp.pdf> Acessado em: 17 de janeiro de
2017.
MAIA, D., Automação Industrial e Robótica. Disponível em:
<http://www.dca.ufrn.br/~affonso/FTP/DCA447/trabalho3/trabalho3_2.pdf> Acessado em:
18 de janeiro de 2017.
Introdução à Robótica. Disponível em:
<http://www.clubedotecnico.com/area_vip/apostilas/robotica/rb-1812-robotica.pdf> Acessado
em: 18 de janeiro de 2017.
TORRES, A.. Introdução ao Funcionamento e Acionamento de Motores DC, 1995.
Disponível em:<http://www.coep.ufrj.br/~jpaulo/MOTOR-DC-Euler.pdf> Acessado em: 23
de janeiro de 2017.
Características e Especificações de Motores de Corrente Contínua e Conversores de CA/CC.
Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-curso-dt-3-caracteristicas-e-
60
especificacoes-de-motores-de-corrente-continua-conversores-ca-cc-artigo-tecnico-portugues-
br.pdf> Acessado em: 24 de janeiro de 2017.
Motor Elétrico – Guia Básico. Disponível em:
<http://arquivos.portaldaindustria.com.br/app/conteudo_18/2014/04/22/6281/Motor_eletrico.p
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SILVA, E. PMR-2481 – Sistemas Fluidomecânicos, São Paulo, 2002. Disponível em:
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Noções de Compressores. Disponível em: <http://cntq.org.br/wp-
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Introdução de Transdutores. Disponível em:
<https://chasqueweb.ufrgs.br/~valner.brusamarello/eleinst/ufrgs6.pdf> Acessado em: 02 de
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Transdutores e Condicionamento de Sinal. Disponível em:
<https://webx.ubi.pt/~dinis/IM/im_cap04_transdutores.pdf> Acessado em: 03 de fevereiro de
2017.
SOUZA, U., PEREIRA, T. Fotodiodos e Fototransistores. Disponível em:
<https://www.eletrica.ufpr.br/piazza/materiais/Uilian&Thiago.pdf> Acessado em: 05 de
fevereiro de 2017.
SILVA, G. Controladores Lógico Programáveis. Disponível em:
<http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/gladimir/Apostila%20de%20PLC_Gladimir.pdf> Acessado
em: 06 de fevereiro de 2017.
61
APÊNDICE A – CÓDIGO DE PROGRAMAÇÃO IMPLEMENTADO NO PLC FESTO
FC21.
Figura 59 – Código de programação implementado no PLC FC21 FESTO.
62
Fonte: Próprio autor.
63
APÊNDICE B – TABELA DE ALOCAÇÃO DAS ENTRADAS E SAÍDAS
DISCRETAS DO PLC FESTO FC21.
Tabela 4 – Tabela de alocação das entradas e saídas discretas do PLC Festo FC21.
ENDEREÇO TAGNAME
I0.0 X1
I0.1 X2
I0.2 X3
I0.3 Y1
I0.4 Y2
I0.5 Y3
I0.6 Y0
I0.7 -
I1.0 O0.2 PLC AB
I1.1 O0.3 PLC AB
I1.2 O0.4 PLC AB
I1.3 O0.5 PLC AB
O0.0 IN1 PONTE H
O0.1 IN2 PONTE H
O0.2 IN3 PONTE H
O0.3 IN4 PONTE H
O0.4 -
O0.5 -
O0.6 I0.4 PLC AB
O0.7 I0.5 PLC AB
Fonte: Próprio autor.
64
APENDICE C – TABELA DE ALOCAÇÃO DAS ENTRADAS E SAÍDAS
DISCRETAS DO PLC ALLEN-BRADLEY MICROLOGIX 1000.
Tabela 5 – Tabela de alocação das entradas e saídas discretas do PLC Allen-Bradley Micrologix 1000.
ENDEREÇO TAGNAME
I0.0 SENSOR 0
I0.1 SENSOR 1
I0.2 SENSOR 2
I0.3 SENSOR 3
I0.4 O0.6 PLC FESTO
I0.5 O0.7 PLC FESTO
I0.6 SENSOR 6
I0.7 SENSOR 7
I0.8 -
I0.9 -
I1.0 -
I1.1 -
I1.2 INICIAR
I1.3 PARAR
I1.4 REINICIAR
I1.5 EMERGÊNCIA
O0.0 ATUADOR 0
O0.1 ATUADOR 1
O0.2 I1.0 PLC FESTO
O0.3 I1.1 PLC FESTO
O0.4 I1.2 PLC FESTO
O0.5 I1.3 PLC FESTO
O0.6 ATUADOR 6
O0.7 ATUADOR 7
Fonte: Próprio autor.
65
APÊNDICE D – PROJETO ELÉTRICO DO MODELO
DESENVOLVIDO, ELABORADO NO AUTOCAD ELECTRICAL.
Figura 60 – Projeto elétrico no AutoCAD Electrical.
Fonte: Próprio autor.