retrofitting em impressora rotativa...

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETRÔNICA

ESPECIALIZAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

CLAUDIO HENRIQUE STOCCO

RETROFITTING EM IMPRESSORA ROTATIVA OFFSET

MONOGRAFIA - ESPECIALIZAÇÃO

CURITIBA

2009



Monografia de conclusão do curso de Especialização

em Automação Industrial do Departamento Acadêmico

de Eletrônica da Universidade Tecnológica Federal do

Paraná apresentada como requisito parcial para

obtenção do grau de Especialista em Automação

Industrial.

Orientador: Prof. MSc. Guilherme Alceu Schneider.

CURITIBA

2009



Esta Monografia foi julgada e aprovada como requisito parcial para a obtenção do grau de Especialista em Automação Industrial no Programa de Pós-graduação em Automação Industrial da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Curitiba, 10 de novembro de 2009.

Prof. MSc. Guilherme Alceu Schneider

Coordenador do curso

BANCA EXAMINADORA

Prof. MSc. Guilherme Alceu Schneider Universidade Tecnológica Federal do Paraná Orientador

Prof. Dr. Sergio Leandro Stebel Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Profª. MSc. Simone Massulini Acosta Universidade Tecnológica Federal do Paraná

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, que é a razão de tudo. Sem o apoio dele

nada é possível.

À minha esposa, que me apoiou neste trabalho e soube compreender e ter

paciência nas horas que precisei me dedicar aos estudos.

Ao meu orientador Prof. MSc. Guilherme Alceu Schneider, que orientou-me

nesta monografia. Suas correções e direcionamentos foram de grande valia para

este trabalho.

Aos professores da banca examinadora, Prof. Dr. Sergio Leandro Stebel e

Profª. MSc. Simone Massulini Acosta. Suas sugestões foram de grande valia

enriquecendo este trabalho.

“Somos o que fazemos, mas somos, principalmente,

o que fazemos para mudar o que somos”.

(Eduardo Galeano)

RESUMO

STOCCO, Claudio Henrique. Retrofitting em Impressora Rotativa Offset. 2009. 70

f. Monografia (Especialização em Automação Industrial) – Departamento Acadêmico

de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, Curitiba,2009.

Este trabalho descreve a execução de um retrofitting em uma Impressora Rotativa

Offset Comercial, que é responsável por realizar a impressão em papel, de formato

comercial para revistas, jornais, listas e livros. O trabalho consiste em um estudo e

análise do CLP existente e da programação executada por ele. Após os

levantamentos de necessidades foi realizado o dimensionamento do novo CLP,

levando-se em conta todos os módulos necessários ao perfeito funcionamento da

máquina, bem como, o dimensionamento de Interface Homem Máquina (IHM). Ainda

é apresentados a lógica necessária, a programação do novo CLP, testes e o startup

para operacionalizar a máquina novamente. Ao final do trabalho, após a implantação

do novo sistema, foi possível verificar os resultados positivos obtidos pela empresa

tanto no âmbito financeiro quanto no técnico, pois após o retrofitting a empresa não

necessita mais do envolvimento de pessoal terceirizado para futuras modificações

na máquina.

Palavras-Chaves:

CLP, Retrofitting, Impressora Rotativa

ABSTRACT

STOCCO, Claudio Henrique. Retrofitting em Impressora Rotativa Offset. 2009. 70

f. Monografia (Especialização em Automação Industrial) – Departamento Acadêmico

de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, Curitiba, 2009.

This work describes a retrofitting in a Commercial Offset Rotating Printer that works

printing magazines, newspapers and books in commercial form. This work also

presents a study and analysis about the old PLC and the logical control applied. After

this study it was developed the project with the new PLC, the new HMI and the new

logical control. It is also described how this machine was started again. After that it is

presented the conclusion with comments about the positives results obtained for the

company.

Key Words:

CLP, Retrofitting, Rotating Printer.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Cores básicas da Mescla subtrativa ......................................................... 13

Figura 2 – Rolos distribuição em offset. .................................................................... 14

Figura 3 – Exemplo de impressora rotativa. .............................................................. 17

Figura 4 – Exemplo de Porta Bobinas. ...................................................................... 18

Figura 5 – Rolaria de uma Unidade de Impressão de Impressora Rotativa. ............. 20

Figura 6 – Desenho simplificado da passagem papel pelo Air Turner. ..................... 21

Figura 7 – Desenho de um forno, com visualização partes internas. ........................ 22

Figura 8 – Detalhe de um Chill Roll e desenho da passagem papel pelos rolos. ...... 23

Figura 9 – Ilustração da passagem do papel em uma dobradeira. ............................ 24

Figura 10 – Arquitetura Centralizada e Descentralizada. .......................................... 26

Figura 11 – Exemplos de IHM do fabricante Allen Bradley. ...................................... 31

Figura 12 – Esquema de ligações do módulo 1769-IA16. ......................................... 32

Figura 13 – Esquema de ligações do módulo 1769-IQ16 ......................................... 33

Figura 14 – Esquema de ligações do módulo 1769-OA16. ....................................... 34

Figura 15 – Esquema de ligações do módulo 1769-OB16 ........................................ 35

Figura 16 – Esquema de ligação do módulo 1769-IF4. ............................................. 36

Figura 17 – Esquema de ligação do módulo 1769-OF8V. ......................................... 37

Figura 18 – Ilustração da configuração física do CLP. .............................................. 40

Figura 19 – Esquema de ligação das entradas entre os dois CLPs. ......................... 41

Figura 20 – Esquema das interligações das saídas dos CLPs.................................. 42

Figura 21 – Caixa de chaves comutadoras para as saídas do CLP. ......................... 43

Figura 22 – Esquema de interligação dos canais analógicos dos CLPs. .................. 44

Figura 23 – Caixa de chaves comutadoras para os canais analogógicos ................. 45

Figura 24 – CPU + Fonte + Expander + Módulos Analógicos. .................................. 45

Figura 25 – Módulos Entradas e Saídas Digitais. ...................................................... 46

Figura 26 – Painel com modificações provisórias. .................................................... 47

Figura 27 – CLP Rockwell. ........................................................................................ 48

Figura 28 – Saídas digitais interfaceadas e borne fusível. ........................................ 49

Figura 29 – Exemplo de programação em ladder. .................................................... 51

Figura 30 – Instruções XIC, XIO, OTE e Temporizador TON. .................................. 52

Figura 31 – Instruções ADD, SUB e MOV. ................................................................ 54

Figura 32 – Instrução JSR. ........................................................................................ 54

Figura 33 – Instrução LEQ e GEQ. ........................................................................... 55

Figura 34 – Colocação em marcha. .......................................................................... 56

Figura 35 – Movimento reverse. ................................................................................ 56

Figura 36 – Abastecimento água. .............................................................................. 57

Figura 37 – Entradas Digitais. ................................................................................... 58

Figura 38 – Saídas Digitais. ...................................................................................... 59

Figura 39 – Circuito de Stop de Impressão do Primário. ........................................... 60

Figura 40 – Circuito de Stop do Drive Primário. ........................................................ 60

Figura 41 – Flasher. .................................................................................................. 61

Figura 42 – Ladder Principal. .................................................................................... 62


Figura 44 – Velocidade Motor Principal. .................................................................... 63

Figura 45 – Mesma velocidade dois Motores. ........................................................... 64

Figura 46 – Variável para Canal Analógico. .............................................................. 64

Figura 47 – Parâmetros Canal Analógico. ................................................................. 65

Figura 48 – Velocidade Máxima Motor Principal. ...................................................... 65


LISTA DE SIGLAS

AC – Alternate Current.

ADD – Adicionar.

CA –Corrente Alternada.

CC – Corrente Contínua.

CLP – Controlador Lógico Programável.

CPU – Central Processing Unit.

DC – Direct Current.

DIN – Deutsche Industrie Norm.

EPROM – Electrically Programmable Ready Only Memory.

GEQ – Great Than Equal.

IHM – Interface Homem Máquina.

JSR – Jump to Subroutine.

LCD – Liquid Cristal Display.

LEQ – Less Than Equal.

MOV – Move.

NA – Normalmente Aberto.

NF – Normalmente Fechado.

OTE – Output Energize

PC – Personal Computer.

PLC – Programable Logic Controller.

RAM – Random Acess Memory.

ROM – Ready Only Memory.

SUB – Subtrair.

UCP – Unidade Central de Processamento.

USB – Universal Serial Bus.

XIC – Examine If Closed.

XIO – Examine If Open.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 13

1.1 TEMA ........................................................................................................... 13

1.2 OBJETIVOS ................................................................................................. 15

1.2.1 Objetivo Geral ........................................................................................ 15

1.2.2 Objetivos Específicos ............................................................................ 15

1.3 JUSTIFICATIVAS ......................................................................................... 16

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ..................................................................... 16

2 IMPRESSORA ROTATIVA OFFSET.................................................................. 17

2.1 IMPRESSORA ROTATIVA .......................................................................... 17

2.1.1 Porta Bobinas ........................................................................................ 18

2.1.2 Alinhador de Entrada ............................................................................. 19

2.1.3 Infeed ..................................................................................................... 19

2.1.4 Unidades de Impressão ......................................................................... 19

2.1.5 Air Turner ............................................................................................... 20

2.1.6 Forno ..................................................................................................... 21

2.1.7 Chill Roll ................................................................................................ 22

2.1.8 Alinhador de Saída ................................................................................ 23

2.1.9 Unidade de Silicone ............................................................................... 23

2.1.10 Dobradeira ............................................................................................. 23

3 EXECUÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO ............................................................. 25

3.1 ARQUITETURA DA IMPRESSORA ............................................................. 26

3.2 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL .............................................. 27

3.2.1 Fonte de Alimentação ............................................................................ 28

3.2.2 Unidade Central de Processamento (CPU) ........................................... 29

3.2.3 Módulos de I/O ...................................................................................... 29

3.3 INTERFACE HOMEM MÁQUINA ................................................................ 30

3.4 DETALHAMENTO DO HARDWARE ............................................................ 31

3.4.1 Entrada Digital AC ................................................................................. 32

3.4.2 Entrada Digital DC ................................................................................. 33

3.4.3 Saída Digital AC .................................................................................... 34

3.4.4 Saída Digital DC .................................................................................... 35

3.4.5 Entrada Analógica ................................................................................. 36

3.4.6 Saída Analógica ..................................................................................... 37

3.4.7 Fontes do CLP ....................................................................................... 38

3.4.8 CPU ....................................................................................................... 39

3.5 MONTAGEM DO CLP .................................................................................. 39

3.6 BY PASS ...................................................................................................... 40

3.6.1 Interligações das Entradas Digitais ........................................................ 41

3.6.2 Interligações das Saídas Digitais ........................................................... 42

3.6.3 Interligações das Saídas Analógicas. .................................................... 43

3.7 REGISTROS FOTOGRÁFICOS .................................................................. 45

4 DESENVOLVIMENTO DA PROGRAMAÇÃO DA MÁQUINA ........................... 50

4.1 LADDER ....................................................................................................... 50

4.2 INSTRUÇÕES DO PROGRAMA RSLOGIX 5000 ........................................ 51

4.3 FUNCIONAMENTO BÁSICO ....................................................................... 55

4.4 PROGRAMAÇÃO PÓS RETROFITTING ..................................................... 57

4.4.1 Ladder das Entradas Digitais ................................................................. 57

4.4.2 Ladder das Saídas Digitais .................................................................... 58

4.4.3 Condições de Funcionamento ............................................................... 59

4.4.4 Flasher ................................................................................................... 60

4.4.5 Ladder Principal ..................................................................................... 61

4.4.6 Velocidade dos Motores Principais ........................................................ 62

4.4.7 Velocidade dos Motores Rolo de Água .................................................. 66

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 67

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 69

13

1 INTRODUÇÃO

1.1 TEMA

Em 1904, Ira Washington Rubel, tipógrafo e fotógrafo americano

descobriu acidentalmente o princípio da impressão offset. Este americano de New

Jersey deixou por acidente que sua máquina plano-cilíndrica girasse os cilindros

uma volta sem papel, daí resultando que a imagem da pedra se gravasse sobre o

cilindro de borracha e na volta seguinte imprimisse, através desse cilindro

intermediário, o verso da folha (ARAÚJO, 2000, p 565). Surpreso com a nitidez e a

qualidade da imagem assim obtida estava descoberto o offset.

Esta técnica consiste basicamente em transferir a imagem da matriz para

um cilindro de borracha intermediário antes de transferi-la para o papel. Segundo

KIPPHAN (2001) houve mais um inventor para o offset no mesmo ano de 1904, que

foi um imigrante alemão chamado Caspar Hermann.

Para entender o conceito de offset, antes é indispensável entender os

conceitos de mescla subtrativa e o processo de impressão por offset.

Segundo BAER (2002), um fenômeno físico da absorção parcial ou total

das radiações luminosas é chamado de mescla ou síntese subtrativa.

BAER (2002) define que as cores escolhidas como básicas da mescla

subtrativa são o amarelo, o cyan e o magenta. Com estas três cores básicas pode-

se gerar uma vastíssima gama de tonalidades de cores. Na figura 01 está uma

ilustração da composição das cores básicas da mescla subtrativa.

Figura 1 – Cores básicas da Mescla subtrativa

Fonte: Kipphan (2001, p.69)

14

A impressão offset é um processo planográfico cuja essência consiste em

repulsão entre água e gordura (tinta gordurosa). O nome offset (fora do lugar), vem

do fato da impressão ser indireta, ou seja, a tinta passar por um cilindro

intermediário, antes de atingir a superfície. Basicamente o processo consiste em 3

rolos: distribuidor de tinta, de chapas e da blanqueta. O rolo da tinta é o rolo

responsável por distribuir a tinta sobre o rolo da chapa. Este por sua vez, está com

uma chapa gravada com o formato do impresso. Como explanado logo acima, a tinta

somente irá aderir às regiões que não repelem a tinta (processo repulsão da

gordura). E no terceiro rolo, é o responsável por transferir esta tinta ao papel, dando

o formato de impresso. Este rolo é revestido com uma espécie de borracha chamado

blanqueta. Na figura 2, pode-se ver os rolos distribuidores de tinta, os rolos

distribuidores de água, o cilindro de chapas e o cilindro de blanquetas.

Figura 2 – Rolos distribuição em offset.

Fonte: Kipphan (2001, p.1031)

O termo retrofitting é comumente utilizado no mercado para indicar

reformas e renovação em máquinas industriais. Normalmente está ligado a

conceitos de modernização de equipamentos. A empresa SIEMENS detalha o

significado de retrofitting:

O retrofitting de máquinas, também conhecido como reforma ou

modernização, é muitas vezes a solução para empresas que desejam

dar uma “sobrevida” para máquinas antigas, mantendo suas

características periféricas, com perfeito estado de conservação

mecânica. Basicamente, no retrofitting, há a troca dos comandos

15

eletrônicos por outros de última geração, troca de peças antigas por

nova e também de componentes e acionamentos antigos por

modernos e mais confiáveis. (SIEMENS, 2009).

1.2 OBJETIVOS

Neste tópico serão listados rapidamente o objetivo geral do trabalho e os

objetivos específicos que serão desenvolvidos.

1.2.1 Objetivo Geral

Realizar o retrofitting em uma Impressora Rotativa Offset Harris,

consistindo na especificação do novo hardware (CLP e IHM) e programação do CLP.

1.2.2 Objetivos Específicos

Estudar e compreender as instalações elétricas referentes às interligações

com o CLP.

Estudar e compreender a lógica de controle atual.

Especificar e instalar o hardware necessário.

Desenvolver nova lógica de controle (programa do CLP).

16

1.3 JUSTIFICATIVAS

A máquina antiga tem um CLP do fabricante Texas Instruments. Este

fabricante vendeu sua divisão de CLPs para outro fabricante concorrente, e este por

suas diretrizes, descontinuou-o no mercado. Infelizmente quem possui máquinas

com este CLP, ficou sem suporte técnico.

A máquina antiga não tem como acessar o programa, conseqüentemente

não é possível modificá-lo. Para conectar-se ao CLP é necessário um dispositivo de

programação chamado VPU. Foram obtidas duas ofertas de vendas de

equipamentos deste tipo usados, um na Holanda e outro na Inglaterra. Porém, por

ser equipamento usado, existem muitas exigências na importação que são feitas

pelo departamento de comércio exterior. Deste modo a importação foi descartada.

Também existe o inconveniente de existirem poucas peças de reposição,

e impossibilidade de importar peças usadas. Somando-se a todos estes problemas,

não existe a possibilidade de fazer backups ou modificações de programa do PLC.

1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO

Este trabalho foi divido em capítulos do seguinte modo:

O capítulo 1 apresenta as primeiras narrativas dos problemas que levaram

a execução deste trabalho. São explicados as noções e objetivos deste trabalho.

O capítulo 2 é explicado sobre a máquina e partes envolvidas.

O capítulo 3 apresenta as interligações e instalações executadas.

No capítulo 4 é descrita a programação da máquina.

O capítulo 5 encerra trazendo considerações finais e conclusões sobre

este trabalho.

17

2 IMPRESSORA ROTATIVA OFFSET

Neste capítulo serão detalhados alguns componentes da Impressora para

um melhor entendimento das partes que compõem a máquina

2.1 IMPRESSORA ROTATIVA

O equipamento para imprimir usando o sistema offset, em grandes

velocidades e sendo alimentado por papel em bobinas, dá-se o nome de Impressora

Rotativa Offset. A impressora rotativa offset, com três cilindros básicos foi

desenvolvida em 1906 por Irving F. Niles, engenheiro-chefe da Harris Automatic

Press (ARAÚJO, 2000, p 565). Na figura 3, tem-se uma ilustração de um modelo de

impressora rotativa offset.

Figura 3 – Exemplo de impressora rotativa.

Fonte: Kipphan (2001, p.262).

18

2.1.1 Porta Bobinas

O porta-bobinas é onde se inicia o processo. As bobinas podem ter

diversos tamanhos e pesos. Nela é inserido um eixo expansivo que possibilita a

bobina ser içada por uma talha e colocada no porta-bobinas. O equipamento é

composto por um sistema de rolos chamado dancer. Este sistema é o que viabiliza a

troca de bobinas em alta velocidade. Quando do momento da troca, a bobina que

está finalizando é freiada e neste momento bate a emenda. Em fração de segundos

depois a bobina é liberada e começa a ganhar velocidade. Enquanto isso, o dancer

que tem uma folga de papel abastece a máquina, e esta não precisa diminuir sua

velocidade (Autoria Própria). Na figura 4 vê-se uma ilustração sobre o porta bobinas.

Figura 4 – Exemplo de Porta Bobinas.


19

2.1.2 Alinhador de Entrada

O alinhador de entrada, como o nome já o diz, é responsável pelo

alinhamento do papel na entrada da máquina. O alinhamento é essencial para

garantir que o papel fique alinhado ao entrar nas unidades de impressão. É

composto por um jogo de sensores laterais que percebem a movimentação lateral

do papel. Quando isto acontece, manda-se um sinal para o servo-motor, que

controla o mecanismo de compensação. O mecanismo consiste em um esquadro

mecânico, que corrige a direção do papel (Autoria Própria).

2.1.3 Infeed

O Infeed é o equipamento responsável por manter a tensão do papel

constante para a máquina. Ele é composto de células straingage que transmite

exatamente a deformação destas, de modo a corrigir (aumentar ou diminuir) a

tensão do papel. Esta deformação que a célula percebe é transformada em pulsos

para correção do motor do sistema de compensação chamado harmônico. Este

sistema tem um conjunto mecânico que compensa (positivamente ou

negativamente) a tensão do papel (Autoria Própria).

2.1.4 Unidades de Impressão

A impressora rotativa é composta por várias unidades de impressão. Tem

por finalidade realizar a impressão em offset. Esta impressão dá-se através de vários

rolos que distribuem a tinta, e através da blanqueta transferem para o papel, com a

velocidade de 40 mil impressos por hora. Como se viu no capítulo 1 todas as cores

são compostas utilizando as 4 cores (preto, cyan, magenta e amarelo). A máquina

20

pode ser composta por 4 unidades ou 8 unidades. Quando da utilização de 8

unidades, refere-se ao uso de 2 bobinas em separado ao mesmo tempo (Autoria

Própria). Na figura 5, tem-se uma ilustração que demonstra a quantidade e nomes

dos rolos de tinta e água utilizados em uma impressora rotativa.

Praticamente todas as outras partes da máquina tem módulos dedicados

para controlá-los. As Unidades de Impressão são as mais dependentes de comando

do CLP, portanto o trabalho de retrofitting se concentrará mais nesta parte da

máquina (Autoria Própria).

Figura 5 – Rolaria de uma Unidade de Impressão de Impressora Rotativa.

Fonte:Unidade de Impressão, 2009.

2.1.5 Air Turner

Quando necessário é utilizado para transportar o papel, sem ter contato

físico por um determinado trecho (neste caso, da unidade 4 até a entrada do forno).

21

Seu funcionamento se baseia em um colchão de ar, que fica insuflando o papel, não

deixando este ter contato para não danificar a impressão (Autoria Própria). Na figura

6, tem-se uma demonstração do caminho realizado pelo papel utilizando-se air

Turner.

Figura 6 – Desenho simplificado da passagem papel pelo Air Turner.


2.1.6 Forno

As impressoras rotativas offset podem ser “heat set” ou “cold set”.

Máquinas cold set são impressoras rotativas que não utilizam forno. O tipo de

configuração é bastante comum para impressão de produtos de baixa qualidade,

como por exemplo, jornais e diários. Impressoras rotativas heat set são rotativas que

tem em sua composição fornos para secagem da tinta. Este tipo de máquinas é

comum em impressões de qualidade como, por exemplo, em impressões de folders,

livros, revistas, etc. Nas máquinas com oito unidades são utilizados dois fornos, um

sobre o outro. A finalidade dele é de fazer a secagem da tinta das impressões, na

velocidade que a máquina requer. Este equipamento tem a função de fornecer a

temperatura suficiente para secar a impressão, porém sem incendiar o papel,

22

considerando a velocidade da fita (algo em torno de 12 m/s) (Autoria Própria). Na

figura 7 tem-se um desenho de um forno.

Figura 7 – Desenho de um forno, com visualização partes internas.


2.1.7 Chill Roll

O equipamento está disposto na máquina após o forno, e tem por

finalidade tanto resfriar o papel como compensar a tensão para os próximos

estágios. É composto por cilindros refrigerados com água gelada que resfriam o

papel que sai aquecido do forno. Para ajustar a tensão do papel existe um sistema

compensador mecânico (chamado harmônico) que aumenta ou diminui a velocidade

com que este estágio fornece o papel para o próximo estágio (Autoria Própria). Na

figura 8, tem-se uma fotografia de um chill roll de uma impressora rotativa (b) e na

mesma figura (a) tem-se um desenho mostrando o caminho do papel passando por

este estágio.

23

Figura 8 – Detalhe de um Chill Roll e desenho da passagem papel pelos rolos.


2.1.8 Alinhador de Saída

Este estágio que é praticamente igual ao alinhador de entrada. Tem a

mesma função, porém enquanto aquele tem a função de alinhar o papel antes de

entrar nas unidades de impressão, este tem a finalidade de alinhar o papel antes de

seguir para a dobradeira (Autoria Própria).

2.1.9 Unidade de Silicone

O estágio interage de forma opcional, pois poucos serviços requerem esta

aplicação. Consiste em um rolo que aplica silicone de forma homogênea na

impressão (Autoria Própria).

2.1.10 Dobradeira

Dobradeira é o estágio que dá forma final para o impresso. Nesse estágio

a fita que até então era contínua, passa a ser serrilhada, dobrada e cortada. Os

24

formatos da dobra podem ser os mais diversos possíveis, de acordo com a

necessidade do cliente. A dobradeira tem vários recursos para fazer alguns modelos

de dobra, bem como recursos para dividir o papel em cadernos de 4, 8, 16 e 32

páginas (Autoria Própria). Na Figura 9, tem-se um desenho ilustrativo de uma

dobradeira.

Figura 9 – Ilustração da passagem do papel em uma dobradeira.

Fonte: Quadtech, 1999.

25

3 EXECUÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO

Neste capítulo serão referenciados os passos que se seguiu para a

viabilização deste trabalho. São descritos as etapas envolvidas no processo de

desenvolvimento do projeto, delimitadores, especificações e considerações.

Conforme descrito no item 1.4, o problema consistia em: falta de peças,

impossibilidade de acessar e fazer backups, dificuldade em diagnosticar problemas,

pois não era possível acessar o CLP.

O pior dos problemas que poderia ocorrer seria a CPU perder o programa

ou deixar de funcionar. Sem backup, o prejuízo seria inestimável: máquina de

milhões de dólares parada, 30 milhões de impressos mensais a menos, prejuízos,

multas contratuais, descrédito junto a clientes, prejuízo a imagem da empresa.

Refletiu-se sobre qual a melhor alternativa para solução do problema e

chegou-se aos seguintes pontos:

Impossibilidade de importação legal do terminal de programação.

Falta de peças sobressalentes no mercado.

Inexistência de suporte técnico, pois o fabricante descontinuou este tipo de

equipamento.

Algumas empresas de automação foram chamadas para orçar e elaborar

propostas de retrofitting. Porém todas sinalizaram tempo mínimo de máquina

parada de 30 dias, o que era inaceitável pela empresa, pois não se pode

dispor de uma máquina dessas parada todo esse período.

Baseado nestes fatos, não restava dúvidas que seria necessário substituir

o CLP.

Começou-se a verificar a viabilidade de proceder-se com este retrofitting

internamente com absorção total da mão-de-obra. Com isto obter-se-ia vantagem

nos seguintes pontos:

Menor custo para empresa.

Absorção de know how.

Motivação para toda a equipe da manutenção.

26

Flexibilidade maior da administração do projeto, procedendo conforme a

disponibilidade da máquina.

Após estas ponderações, decidiu-se pela execução interna.

3.1 ARQUITETURA DA IMPRESSORA

A impressora em questão utilizava uma arquitetura centralizada. Ou seja,

o painel elétrico, tem todos os módulos do CLP, e saem todas as interligações

necessárias.

Sistema centralizado é aquele que está instalado o CLP em apenas um

lugar, desta maneira a fiação percorre toda a extensão da máquina. No sistema

descentralizado o CLP está distribuído ao longo da máquina em pequenos painéis.

Neste sistema exige-se menos fiação e faz-se o uso de rede de comunicação

interligando os diversos módulos.

Na figura 10 pode-se verificar uma ilustração simples da configuração

centralizada e descentralizada.

Figura 10 – Arquitetura Centralizada e Descentralizada.

Fonte: própria.

Ponderou-se as vantagens e desvantagens das arquiteturas centralizadas

e descentralizadas, para decidir se manter-se-ia o modelo que já existia na máquina

ou seria mudado.

Vantagens do sistema centralizado:

Menor custo comparado ao descentralizado.

Mais fácil e rápida a implantação.

27

Projeto elétrico apresenta poucas modificações ao atual.

Já o sistema descentralizado apresentava as seguintes vantagens:

Mais fácil acesso a manutenção, pois os módulos de I/Os ficam distribuídos

ao longo da máquina, facilitando ao mantenedor localizar mais rapidamente

os sinais.

Diminuição considerável do numero de fios, pois os módulos seriam

interligados por cabos de redes.

Porém as desvantagens do sistema descentralizado seriam maiores:

Maior custo de implantação.

Maior tempo de implantação (necessário alterar toda a fiação elétrica).

Feito as devidas análises, optou-se por manter a arquitetura centralizada,

que teria o melhor custo benefício e menor prazo para implantação. Custo benefício

neste caso pode-se entender como a razão da viabilidade financeira entre o valor a

ser investido no retrofitting e quanto isto reflete no valor patrimonial do bem.

3.2 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL

Um CLP pode ser definido como um computador industrial, capaz de

armazenar instruções para implementações de funções de controle, além de realizar

operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação em rede,

sendo utilizado no controle de Sistemas Automatizados (GEORGINI, 2000, p 30).

Segundo Castrucci e Moraes (2007), o CLP basicamente é constituído de:

Fonte de alimentação.

Unidade Central de Processamento (UCP), ou mais comumente chamado de

CPU (Central Processing Unit).

Barramento de I/O.

Terminal de programação.

Após definido o modelo da arquitetura que seria utilizado, o próximo tópico

seria a definição da marca do CLP.

28

Verificou-se a viabilidade de diversas marcas que existem no mercado,

porém foi descartado as demais e permaneceu-se somente em estudo com duas

marcas mundialmente conhecidas: SIEMENS e ROCKWELL (ALLEN BRADLEY).

O motivo para descartar as outras foi apenas pelo fato que já se tinha

máquinas na planta com estas marcas, levando-se em conta também que eram

duas marcas extremamente conceituadas no mercado e de alta confiabilidade.

Nesta etapa, já com as duas marcas escolhidas definiu-se uma

configuração ideal para orçarmos os custos dos equipamentos. Feito os devidos

orçamentos e comparações, chegou-se a conclusão que os pacotes tinham custos

similares.

Partindo da premissa que qualquer das duas marcas atenderia

plenamente, e tendo o custo praticamente equivalente, optou-se por usar Rockwell

pois os técnicos de manutenção já tinham mais experiência nestes equipamentos.

Tendo escolhido a marca, refizeram-se os orçamentos e negociações e

efetuou-se a compra.

Foram levantados os dados completos para definição do hardware do

CLP, que possui as seguintes características:

224 entradas digitais AC.

27 entradas digitais DC.

128 saídas digitais AC.

6 saídas digitais DC.

20 saídas analógicas 0 a 10V.

3.2.1 Fonte de Alimentação

Normalmente os CLPs são compostos por uma fonte própria para adequar

a tensão elétrica fornecida (seja Corrente Alternada – CA, ou ainda Corrente

Contínua – CC), para o barramento ou rack onde serão inseridos os módulos do

CLP. Segundo Georgini (2000, p30) a fonte de alimentação é responsável pela

tensão de alimentação fornecida à CPU e aos circuitos / módulos de I/Os.

29

3.2.2 Unidade Central de Processamento (CPU)

A Unidade Central de Processamento controla todas as ações de um CLP

e são constituída por um processador, sistema de memória e um sistema de

interligação (barramento) (SILVEIRA; SANTOS, 2001, p.84).

A CPU também é responsável por fazer todo o processamento e análise

do programa, além de atualizar as memórias. As memórias são utilizadas para

guardar informações, dados e programas utilizados pelo CLP. É dividido em

memória do sistema e memória usuário.

A memória do sistema é onde se arquiva o programa para funcionamento

do CLP (firmware), seqüências, funcionamento de instruções. São elaboradas pelo

fabricante e não são acessíveis ao usuário. Também dentro desta categoria de

memórias de sistemas tem-se ainda a memória Imagem, que é utilizada para

guardar os estados das entradas e saídas do CLP.

A memória do usuário é utilizada para guardar o programa aplicativo

(programa feito pelo usuário).

3.2.3 Módulos de I/O

Segundo Silveira & Santos (2001, p.89), os Módulos de I/O realizam a

conexão física entre a CPU e o mundo externo por meio de vários tipos de circuito

de interfaceamento. Pode ser classificado em módulos de entrada (digital ou

analógica) e saída (digital ou analógica).

As entradas digitais são os tipos mais comumente encontrados em

sistemas automatizados com CLP. Nesses tipos de interface, a informação consiste

em um único bit cujo estado pode apresentar duas possíveis situações: ligado ou

desligado. São exemplos de entradas digitais: chaves seletoras, sensores, fim de

cursos, contatos de contatores ou relês (SILVEIRA; SANTOS, 2001, p.89)

As entradas analógicas convertem sinais analógicos, provenientes dos

dispositivos de entrada, em sinais digitais por meio de conversor analógico/digital,

disponibilizando-o adequadamente ao barramento da CPU (GEORGINI, 2000, p.47).

30

As saídas digitais são os tipos mais comumente encontrados em sistemas

automatizados com PLC. Nesses tipos de interface, a informação consiste em um

único bit cujo estado pode apresentar duas possíveis situações: ligado ou desligado

(SILVEIRA; SANTOS, 2001, p.89).

São exemplos de saídas digitais: relês, sirenes, lâmpadas, válvulas,

solenóides, contatores, etc.

As saídas analógicas convertem sinais digitais, disponíveis no barramento

da CPU, em sinais analógicos por meio de conversor digital/analógico, enviando-os

ao dispositivo de saída (driver, amplificador) (GEORGINI, 2000, p.47).

3.3 INTERFACE HOMEM MÁQUINA

IHM são as iniciais de Interface Homem Máquina. É um equipamento que

consiste em uma tela com teclas ou com touchscreen. São dispositivos

desenvolvidos para chão-de-fábrica, que tem como característica, serem

apropriados para ambientes agressivos, construção robusta, resistentes a umidade,

temperatura e poeira. (CASTRUCI; MORAES, 2007)

A programação da IHM é realizada através de um software proprietário.

As aplicações mais comuns da IHM são:

Visualização de alarmes gerados por alguma condição anormal do

sistema.

Visualização de dados de processo da máquina.

Alteração de parâmetros do processo.

Operação em modo manual de componentes da máquina.

Na figura 11, tem-se alguns exemplos de IHMs usuais do mercado.

31

Figura 11 – Exemplos de IHM do fabricante Allen Bradley.

Fonte: Rockwell, 2009.

Para iniciar os trabalhos fizeram-se algumas considerações, a fim de

melhorar os resultados.

Manter a nomenclatura em Inglês por dois motivos basicamente:

1) Se fosse traduzido corria-se o risco de perder a relação entre os esquemas

elétricos da máquina e o software do CLP.

2) Existem muitos termos conhecido no mundo gráfico que independente do

país utiliza-se o termo em inglês.

As anilhas da fiação deve-se manter a originalidade, ou seja, as saídas serem

numeradas do Y0 a Y128 e as entradas numeradas do X0 até o X250.

Como não possuía-se backup para se referenciar, o balizador seria o software

original impresso (última impressão em 1988).

3.4 DETALHAMENTO DO HARDWARE

Neste item serão detalhados algumas características principais dos

módulos usados para compor o CLP.

32

3.4.1 Entrada Digital AC

Foram utilizados módulos de entradas digitais 1769-IA16. O módulo tem

algumas características importantes:

Tensão de entrada: 100/120 VAC.

Range tensão de operação: 79V a 132V, de 47 a 63 Hz.

Número de entradas: 16.

Consumo de corrente: 115 mA (no barramento de 5VDC interno).

Atraso sinal (delay on e delay off): 20ms.

Tensão off máxima: 20 VAC.

Tensão on mínima: 79 VAC.

Impedância nominal: 10kΩ a 60 Hz.

Na figura 12, pode-se visualizar uma ilustração de um exemplo de

esquema de ligações das entradas deste módulo. Por se tratar de um exemplo, os

contatos elétricos ligados são ilustrativos. Na prática podem ser: pressostatos,

botões, fim de cursos e sensores.

Figura 12 – Esquema de ligações do módulo 1769-IA16.

Fonte: Allen Bradley, 2000.

33

3.4.2 Entrada Digital DC

Foram utilizados módulos de entradas digitais 1769-IQ16. O módulo tem

algumas características importantes como as que seguem:

Tensão de entrada: 24 VDC.

Range tensão de operação: 10 a 30VDC, a 30ºC.



Atraso sinal (delay on e delay off): 8ms.

Tensão off máxima: 5 VDC.

Tensão on mínima: 10VDC.

Impedância nominal: 3kΩ.

Na figura 13, pode-se visualizar uma ilustração do esquema de ligações

das entradas deste módulo. Por se tratar de um exemplo, os contatos elétricos

ligados são ilustrativos. Na prática podem ser: pressostatos, botões, fim de cursos e

sensores.

Figura 13 – Esquema de ligações do módulo 1769-IQ16


34

3.4.3 Saída Digital AC

Foram utilizados módulos de saídas digitais 1769-OA16. O módulo tem


Tensão de saída: 120 a 240 VAC.

Range tensão de operação: 85 a 265 VAC, de 47 a 63 Hz.

Número de saídas: 16.


Corrente máxima módulo: 8A (soma de todas as saídas).

Corrente máxima por saída: 0.5 A.

Corrente máxima por saída de pico: 5A.


das saídas deste módulo. Por se tratar de um exemplo, as saídas ligadas (CR) são

ilustrativas. Na prática podem ser: relês, contatores, válvulas, lâmpadas.

Figura 14 – Esquema de ligações do módulo 1769-OA16.


35

3.4.4 Saída Digital DC

Foram utilizados módulos de saídas digitais 1769-OB16. O módulo tem


Tensão de saída: 24 VDC.

Range tensão de operação: 20.4 a 26.4VDC.



Corrente máxima módulo: 8A (soma de todas as saídas).

Corrente máxima por saída: 1A.

Corrente máxima por saída de pico: 2A.


das saídas deste módulo. Por se tratar de um exemplo, as saídas ligadas (CR ou

solenóides) são ilustrativas. Na prática podem ser: relês, contatores, válvulas e

lâmpadas.

Figura 15 – Esquema de ligações do módulo 1769-OB16


36

3.4.5 Entrada Analógica

Foram utilizados módulos de entradas analógicas 1769-IF4. O módulo tem


Range de operação: pode ser: ±10VDC, 0 a 10 VDC, 0 a 5 VDC, 1 a 5 VDC

ou corrente 0 a 20 mA ou ainda 4 a 20 mA.



60 mA (na fonte de 24 VDC)

Resolução máxima: 14 bits.

Impedância nominal: 220 kΩ para tensão.

250 Ω para corrente.


das entradas deste módulo.

Figura 16 – Esquema de ligação do módulo 1769-IF4.


37

3.4.6 Saída Analógica

Foram utilizados módulos de saídas analógicas 1769-OF8V. Este módulo

tem algumas características importantes como as que seguem:

Range de operação: ±10VDC, 0 a 10 VDC, 0 a 5 VDC ou 1 a 5 VDC.


Consumo de corrente: 145 mA (no barramento de 5 VDC interno).

125 mA (na fonte de 24 VDC).

Resolução máxima: 16 bits.

Impedância de saída: < 1Ω.

Proteção de curto-circuito: sim.


das entradas deste módulo.

Figura 17 – Esquema de ligação do módulo 1769-OF8V.


38

3.4.7 Fontes do CLP

Foram utilizados no projeto dois modelos de fontes para o CLP, em um

total de 3 peças. Os modelos utilizados foram 1769-PA2 e 1769-PA4. As

características principais destas fontes seguem:

Tensão de alimentação: 120/240VAC.

Range da tensão de alimentação: 85 a 265 VAC (1769-PA2).

85 a 132 VAC ou 170 a 265 VAC (1769-PA4).

Capacidade de corrente: 2 A no barramento 5VDC (1769-PA2)

4 A no barramento 5 VDC (1769-PA4)

0.8 A no barramento 24VDC (1769-PA2)

2 A no barramento 24VDC (1769-PA4)

Proteção para curto-circuito: sim, por fusível frontal.

Foram calculado as correntes necessárias nos barramentos de 5VDC e 24

VDC para dimensionar as fontes corretamente. Na tabela 1 vê-se a distribuição dos

cartões nos racks.

O rack possui basicamente dois barramentos de tensão, sendo um de 5

VDC e outro de 24VDC. Cada tipo de cartão, possui um consumo diferente de

corrente dos barramentos.

Tabela 01 – Consumo de corrente dos módulos do CLP.

rack quant descrição cons.5 V (mA) tot.5 V (mA) cons.24 V

(mA) tot.24 V (mA)

1 1 CPU 330 330 40 40

1 3 Entradas dig.DC 115 345 0 0

1 1 Saídas dig. DC 200 200 0 0

1 1 Entradas analogic. 120 120 60 60

1 3 Saídas analogicas 145 435 125 375

2 14 Entrada digital AC 115 1610 0 0

3 8 Saídas digitais AC 225 1800 0 0

Total Rack 1 1,43 A (5V) 0,5 A (24V)

Total Rack 2 1,61A (5 V)

Total Rack 3 1,8A (5 V) Fonte: Própria.

39

3.4.8 CPU

Para CPU foi escolhido o modelo 1769-L35E. Segue as principais

características.

Memória usuário: 1.5 MB.

Número de racks suportados: 3.

Consumo de corrente: 330 mA em 5VDC e 40 mA em 24 VDC.

Temperatura de operação: 0 a 60ºC.

Comunicação: serial e ethernet.

3.5 MONTAGEM DO CLP

A configuração e montagem do rack do CLP, foram dispostas conforme a

figura 18. Esta ilustração foi gerada utilizando o software da Rockwell de

configuração de hardware.

Podem-se perceber nesta figura os seguintes módulos:

CPU: lado esquerdo do módulo 1.

Entradas Digitais DC: módulos 1, 2 e 3.

Saída Digital DC: módulo 4.

Entrada Analógica: módulo 5.

Saídas Analógicas: módulo 6, 7 e 8.

Entradas Digitais AC: módulos 9 a 22.

Saídas Digitais AC: Módulos 23 a 30.

40

Figura 18 – Ilustração da configuração física do CLP.

Fonte: Própria.

3.6 BY PASS

Para fazer as modificações sem parar e prejudicar a produção, foi criado

um sistema de chaves comutadoras que interligam os dois CLPs (o antigo e o novo)

ao mesmo tempo. A seguir será descrito este sistema.

41

3.6.1 Interligações das Entradas Digitais

Para as ligações das entradas digitais, bastou apenas fios para fazer as

interconexões. Foram feito ligações em paralelo entre o CLPs Texas e Rockwell.

Estas interligações foram tanto para as entradas digitais AC, como as entradas

digitais DC. Na figura 19, tem-se um exemplo de como foram realizados as ligações.

Figura 19 – Esquema de ligação das entradas entre os dois CLPs.

Fonte: Própria.

42

3.6.2 Interligações das Saídas Digitais

Para as saídas digitais foram criados uma caixa de chaves comutadoras

para interligá-las. Foi criado um arranjo físico composto de chaves comutadoras e

fios para interconexões.

Na figura 20, tem-se um exemplo de como foram feito as interligações das

saídas digitais. Este esquema foi utilizado tanto para as saídas digital AC, como para

as saídas digitais DC.

Figura 20 – Esquema das interligações das saídas dos CLPs.

Fonte: Própria.

43

Na figura 21, observa-se uma fotografia do momento da instalação da

caixa de chaves. Foram ligadas 130 chaves e 390 fios para fazer estas interligações

entre os dois CLPs.

Figura 21 – Caixa de chaves comutadoras para as saídas do CLP.

Fonte: Própria.

3.6.3 Interligações das Saídas Analógicas.

Para as interligações das saídas analógicas foram usados um esquema

de chaves comutadoras duplas (com dois contatos reversíveis) de modo a comutar

para cada canal tanto a saída como o comum. Na figura 22, observa-se um exemplo

das ligações das saídas analógicas.

44

Figura 22 – Esquema de interligação dos canais analógicos dos CLPs.

Fonte: Própria.

Na figura 23, observa-se uma fotografia do momento da instalação da

caixa das chaves comutadoras analógicas. Foram usadas 20 chaves comutadoras

bipolares para estabelecer as interconexões entre os canais analógicos dos dois

CLPs.

45

Figura 23 – Caixa de chaves comutadoras para os canais analogógicos

Fonte: Própria.

3.7 REGISTROS FOTOGRÁFICOS

Nas figuras 24 e 25, pode-se visualizar como era originalmente o painel da

máquina com o CLP antigo.

Figura 24 – CPU + Fonte + Expander + Módulos Analógicos.

Fonte: Própria.

46

Figura 25 – Módulos Entradas e Saídas Digitais.

Fonte: Própria.

Na figura 26, pode-se verificar como ficou no transcorrer da modificação,

quando o painel da máquina estava com dois CLPs e toda a fiação, incluindo as

caixas de chaves comutadoras.

47

Figura 26 – Painel com modificações provisórias.

Fonte: Própria.

Na figura 27 pode-se verificar como ficou o novo CLP instalado no painel

e, também, na figura 28 verifica-se o painel contendo as interfaces a relê.

48

Figura 27 – CLP Rockwell.

Fonte: Própria.

49

Figura 28 – Saídas digitais interfaceadas e borne fusível.

Fonte: Própria.

50

4 DESENVOLVIMENTO DA PROGRAMAÇÃO DA MÁQUINA

Neste capítulo será explanado sobre o desenvolvimento do programa da

máquina.

4.1 LADDER

Os CLPs foram criados para substituir os painéis de controle a relês.

Naquele contexto, uma linguagem de programação que fosse familiar à experiência

dos técnicos e engenheiros, já acostumados com a lógica de relês, seria a escolha

mais adequada ao desenvolvimento de programas PLC. Deste modo surgiu a

linguagem ladder (SILVEIRA; SANTOS, 2001, p.92).

O nome ladder deve-se à representação da linguagem se parecer com

uma escada, na qual duas barras verticais paralelas são interligadas pela lógica de

controle formando os degraus (rungs) da escada (GEORGINI, 2000, p.82).

Esta linguagem baseia-se na analogia com os esquemas elétricos de

comandos a relês. Na figura 29, tem-se um exemplo de programação em linguagem

ladder. A título de ilustração, tem-se um diagrama de um carro que se movimenta

para direita ou esquerda, também sobe e desce. Conforme os contatos

(condicionais) fecham ou se abrem, liga-se ou desliga-se os movimentos. No

exemplo, os contatos estão feitos com memórias, mas pode-se fazê-los de outras

formas.

51

Figura 29 – Exemplo de programação em ladder.

Fonte: Própria.

4.2 INSTRUÇÕES DO PROGRAMA RSLOGIX 5000

Conforme mencionado, a linguagem ladder traz uma representação

gráfica, de maneira análoga a um esquema elétrico.

A instrução chamada de “contato aberto” nada mais é do que uma

instrução binária que pode ter dois estados apenas. A instrução no estado de

repouso o bit estará no estado lógico “0” e quando acionado estará no estado lógico

“1”. Esta instrução também é chamada de XIC do inglês “examine if closed” que

traduzindo tem-se algo como “verifique se está fechado”.

A instrução chamada de “contato fechado” também é uma instrução

binária que pode ter apenas dois estados. A instrução no repouso o bit estará no

estado lógico “1” e quando acionado estará no estado lógico “0”. Esta instrução

também é chamada de XIO do inglês “examine if open” que traduzindo tem-se algo

como “verifique se está aberto”.

A instrução chamada de “bobina” a exemplo das anteriores, também é

uma instrução binária, porém difere por ser uma instrução utilizada para saídas

digitais, enquanto que os contatos NA e NF são utilizados para entradas digitais.

Esta instrução pode ter dois valores apenas, sendo estado lógico 0 quando está

52

desacionado e “1” quando tiver o estado oposto. Também é muito utilizado para

fazer lógicas internas (chamados de memórias), sem estar necessariamente ligado a

uma saída física. Existem também outros tipos similares com funções próprias como

bobinas set/reset (também chamados de latch/unlatch), porém não foram utilizados

no programa. Esta instrução também é chamada de “OTE”, do inglês “Output

Energize” que traduzindo fica “Energização de Saída”.

A instrução temporizador, a exemplo dos anteriores, foi baseada na

analogia com componentes elétricos. Existem componentes elétricos chamados de

temporizadores ou relês de tempo, em uma diversidade de modelos. Um exemplo de

relê de tempo mais comum é aquele que após certo tempo energizado, este comuta

os contatos.

As instruções de tempo no ladder executam a sua função de maneira

parecida dos componentes elétricos. Se alimentado a habilitação e transcorrido um

tempo pode-se usar o contato para executar outras funções na lógica programada.

O temporizador do tipo TON, é um dos mais conhecidos e utilizados. Esta

instrução inicia a contagem do tempo após habilitá-lo e após usar um contato do tipo

NA ou NF, interligado na lógica.

Na figura 30 pode-se visualizar um pequeno exemplo onde se utilizam

contatos abertos, contato fechado, bobina e temporizador. A título de ilustração,

neste exemplo, quando o contato “M20” se fecha e o contato “M40” permanece sem

atuar, aciona-se a bobina “Verifica”. Na linha de baixo, o contato “M24” aciona o

temporizador.

Figura 30 – Instruções XIC, XIO, OTE e Temporizador TON.

Fonte: Própria.

53

A instrução do tipo “adicionar” representa um incremento da eletrônica

digital na linguagem ladder. Esta instrução (ADD), tem a finalidade de somar

logicamente dados que podem estar em binário, octal, decimal ou hexadecimal. O

funcionamento da instrução é básico. Consiste de uma entrada chamada de source

A e outra entrada chamada de source B, onde são colocados os valores a serem

somados ou memórias com conteúdos para somar. Ainda tem-se um campo

chamado destino, que é a memória que receberá o novo valor que foi somado.

Evidentemente que existe um que habilita, que é justamente a alimentação da

instrução. Quando é alimentado, neste momento é executada a soma e armazenado

o valor no destino.

A instrução “subtrair” representa o oposto da instrução adicionar. Ou seja,

ela é responsável por subtrair um valor do outro. Na instrução tem-se source A que

receberá o valor que será subtraído, e em source B o valor que será o subtrator. Em

destino será a memória que receberá a operação lógica ou aritmética.

Evidentemente que assim como na instrução adicionar necessitamos habilitar o

momento de executar estas operações.

A instrução Mover foi criado para fazer movimentações entre memórias.

Na instrução tem-se um campo chamado de source onde pode ser colocado tanto

um valor numérico como também uma memória para manipular dados. Existe

também um campo chamado de destino, que como o nome diz, é o destino da

movimentação, ou seja, a memória onde será guardado o valor especificado no

campo source.

Na figura 31 pode-se visualizar um pequeno programa onde se utiliza

instruções do tipo adiciona, subtrair e mover.

54

Figura 31 – Instruções ADD, SUB e MOV.

Fonte: Própria.

A instrução jumpear para sub-rotinas é utilizada quando precisa se

chamar outras rotinas. O firmware do CLP tem por default executar apenas o

programa chamado main. Para melhor organização, conforme será visto mais

adiante, foi utilizado mais alguns ladders (rotinas). Diante disto faz-se necessário

utilizar esta instrução no programa main para “chamar” as outras rotinas. Na figura

32, vê-se um exemplo deste tipo de instrução.

Figura 32 – Instrução JSR.

Fonte: Própria.

Instruções maiores ou menores são utilizadas para criar filtros, ou seja,

quando se precisa fazer uma seleção para acionar alguma condição lógica. Tem-se

instrução do tipo LEQ e GEQ, do inglês “less than or equal” (menor ou igual que) e

“greater than or equal” (maior ou igual que). Na figura 33, pode-se verificar uma

instrução de cada tipo. Nos campos source A tem-se a variável a comparar e no

campo source B tem-se a comparativa. Então tem-se as expressões A<=B (LEQ), e

55

A>=B (GEQ). Prosseguindo, se a condição for verdadeira o sinal passa adiante, se a

condição for falsa não passa.

Figura 33 – Instrução LEQ e GEQ.

Fonte: Própria.

4.3 FUNCIONAMENTO BÁSICO

A partida e colocação em marcha dos motores principais dependem de

dezenas de condições de funcionamento e de segurança, sendo assim trataremos

apenas do funcionamento básico e de uma maneira bastante simplificada.

Conforme se visualiza na figura 34, tem-se primeiramente os blocos

chamados inch e slower. Estes blocos entram em funcionamento simultâneos, assim

que o operador comanda-os no painel de operação. Servem respectivamente, para

liberar o funcionamento para frente e para manter a velocidade lenta (mínima) dos

motores principais, cumprida esta etapa a máquina já está em run.

Nesta etapa o operador opera a máquina para acelerar até a velocidade

que necessita de acordo com o tipo do impresso que está se produzindo. Como

percebido na figura, a cada incremento que se faz no faster, a máquina permanece

em run. E sempre está monitorando as emergências, condições de segurança,

botões de stop, sensores de quebra de papel, pressostato e níveis de óleo.

Quando ocorre uma emergência, a máquina sai do estado de run, e entra

no bloco de emergências, desligando os motores principais e acionando os freios

56

elétricos (freio dinâmico) e freios pneumáticos, para parar a máquina no menor

tempo possível.

Figura 34 – Colocação em marcha.

Fonte: Própria.

Já o movimento reverse tem um funcionamento bem mais simplificado,

pois este recurso, rodar os motores principais ao contrário, é utilizado apenas para

limpeza e ajustes. Portanto sempre, neste modo, os motores estão na velocidade

mínima. As condições de segurança, tais como botões de emergência, botões de

stop, pressostatos e níveis de óleo continuam a serem monitorados. Em

compensação, não são monitorados os sensores de quebra de papel, pois nesta

etapa, a máquina sempre está sem papel.

Na figura 35, vê-se o diagrama em blocos simplificados que representa o

movimento reverse.

Figura 35 – Movimento reverse.

Fonte: Própria.

57

Partindo-se do principio que a máquina está em run, conforme descrito

logo acima, quando da explicação da figura 34, tem-se o inicio deste bloco. Após a

máquina estar rodando o operador precisa aumentar ou diminuir a água. Na figura

36, vê-se que quando está em run, basta apenas incrementar ou decrementar a

quantidade de água. Esta operação é feita manualmente pelo operador.

Figura 36 – Abastecimento água.

Fonte: Própria.

4.4 PROGRAMAÇÃO PÓS RETROFITTING

Aqui serão mostrados alguns arranjos realizados no software. Como o

programa é bem extenso, porém a maior parte são interligações lógicas triviais,

serão tratados apenas alguns exemplos ilustrativos.

4.4.1 Ladder das Entradas Digitais

Foi criado um programa em ladder para tratar as entradas digitais. A

finalidade é facilitar a programação. Desta maneira utiliza-se o endereço físico do

CLP uma única vez, e todas as vezes que precisar desta entrada no programa tem-

58

se um tag correspondente. Na figura 37, tem-se uma ilustração de alguns elementos

utilizado no programa tais como: tags, comentários, bobina, endereço físico e

contato aberto.

Figura 37 – Entradas Digitais.

Fonte: Própria.

4.4.2 Ladder das Saídas Digitais

Foi criado um programa em ladder para tratar as saídas digitais. A

finalidade assim como no programa das entradas digitais, é somente melhorar a

disposição no programa. Desta maneira utiliza-se o endereço físico do CLP uma

única vez, e todas as vezes que precisar desta saída no programa tem-se um tag

correspondente. Na figura 38 tem-se uma ilustração de alguns elementos utilizado

no programa tais como: tags, comentários e endereços físicos.

59

Figura 38 – Saídas Digitais.

Fonte: Própria.

4.4.3 Condições de Funcionamento

Na figura 39 e 40 podem-se ver duas rungs do programa, que mostram

dois circuitos de segurança da máquina. Na ilustração 39 tem-se o circuito chamado

“Circuito de Stop de Impressão do Primário”. Este circuito é responsável pela parada

caso haja algum erro ou perda de alguma condição como, por exemplo: Falha no

CLP, “Clutches” em modo errado, Circuito de quebra de papel, Pressão do ar,

Outros circuito de stop, etc.

Na figura 40, tem-se também um circuito de segurança, porém este é do

motor primário. Chama-se “Circuito de Stop do Drive Primário”. Este circuito é

responsável pela parada do drive primário, acaso aconteça algum problema ou

perda de condições tais como: sobre-temperatura dos SCRs, drive ok, regulador ok,

sobrecarga motor, sobre-temperatura motor, relê de campo, perda do campo, tempo

de troca de clutch, etc.

60

Figura 39 – Circuito de Stop de Impressão do Primário.

Fonte: Própria.

Figura 40 – Circuito de Stop do Drive Primário.

Fonte: Própria.

4.4.4 Flasher

A máquina tem algumas sinaleiras para sinalização como “ready” ou

“safe”. Para melhor visualização, por parte dos operadores, necessita-se que elas

pisquem em determinada freqüência. Foi desenvolvido um arranjo com dois

temporizadores de modo a ficar independente o tempo “off” e tempo “on”. Na figura

41, pode-se verificar esta configuração mencionada. Conforme percebe-se no

arranjo executado que os temporizadores estão configurados um resetando o outro.

61

Desta maneira tem-se os tempos independentes (acaso for necessário deixar o

tempo desligado maior que o ligado, por exemplo).

Figura 41 – Flasher.

Fonte: Própria.

4.4.5 Ladder Principal

No programa da máquina tem-se basicamente 4 programas. São eles:

principal, entradas, saídas e lógica. Na figura 42, vê-se uma parte do programa

principal, onde estão as instruções JSR (Jump to Subroutine). Quando do início do

scan do programa, primeiramente é lido o programa principal e este através das

instruções JSR chamam as outras rotinas, que neste exemplo são lógica, entradas

digitais e saídas digitais.

62

Figura 42 – Ladder Principal.

Fonte: Própria.

4.4.6 Velocidade dos Motores Principais

Os drives dos motores principais funcionam com um sinal analógico de 0 a

10 V. Quando se injeta um sinal de 10 V, tem-se na saída de potência uma tensão

de 400 VDC. O sinal é proporcional a tensão de saída de potência, que por sua vez

é proporcional a velocidade dos motores. Exemplificando: Para ter uma velocidade

maior na máquina, aplica-se um sinal maior na referência, onde o drive por sua vez,

subirá a tensão do barramento DC, que imediatamente aumentará a velocidade do

motor. Para conectar e desconectar o motor do drive usa-se contatores de potência.

Para maior durabilidade dos mesmos, quando se parte a máquina, conecta-se

primeiro o contator, com o sinal analógico a 0V, e depois se sobe o sinal analógico

até a velocidade requerida. Na figura 43, vê-se a parametrização dos canais

analógicos do CLP.

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Fonte: Própria.

Para subir a velocidade usa-se a instrução ADD, que soma um valor

estipulado na variável. Para decrementar a velocidade, de maneira análoga, usa-se

a instrução SUB, que decrementa a variável, de acordo com uma constante

aplicada. Na figura 44, pode-se ver tanto a instrução ADD como a instrução SUB.

Figura 44 – Velocidade Motor Principal.

Fonte: Própria.

Entende-se nesta ilustração, que a instrução ADD, soma à variável V[0],

com a constante C[21], e lança o resultado novamente em V[0]. De maneira similar,

64

na linha da instrução SUB, tem-se o valor V[0], somando-se à constante C[22] e

sendo sobreposto no valor de V[0].

Os bits CR013 “Faster Command” e CR011 “...Slower Command”, são os

responsáveis por subir e descer a velocidade respectivamente.

Os dois motores têm que girar a mesma velocidade (sincronizados). Estão

interligados mecanicamente pelo mesmo eixo cardã, e precisam necessariamente

ter a mesma velocidade para exercerem a mesma potência. Na figura 45, vê-se uma

instrução MOV, transferindo a mesma velocidade do motor 1 (V[0]) para o motor 2

(V[1]).

Figura 45 – Mesma velocidade dois Motores.

Fonte: Própria.

O valor da variável é constantemente sobreposto no canal analógico. Na

figura 46, pode-se verificar esta transferência através da função MOV, movendo o

valor das variáveis V[0] para A0, e V[1] para A1.

Figura 46 – Variável para Canal Analógico.

Fonte: Própria.

65

Na figura 47, ve-se os parâmetros do canal analógico, onde aparece em

detalhes a escala máxima utilizado para variável de entrada. Interpretando significa

que para 50.000 na variável de entrada, tem-se 100% do sinal, que neste caso é de

10 V.

Figura 47 – Parâmetros Canal Analógico.

Fonte: Própria.

Na figura 44, viu-se que a velocidade é incrementada através do bit

CR013 “Faster Command”, que a cada pulso em ADD, atualiza a variável V[0].

Conforme verificado na figura 47, vê-se que o valor máximo admissível é de 50.000.

Portanto o bit CR048 “Press at maximun speed”, interligado no ADD da figura 44, é o

responsável por impedir de ultrapassar a velocidade máxima. Na figura 48, vê-se

que este Bit é acionado enquanto o valor de V[10] é menor que a variável C[25]. O

valor de V[10] é o mesmo que V[0].

Figura 48 – Velocidade Máxima Motor Principal.

Fonte: Própria.

66

4.4.7 Velocidade dos Motores Rolo de Água

Conforme visto no item 2.1.4, tem-se nas unidades de impressão um rolo

chamado rolo de água. Este rolo precisa de uma velocidade variável para ajustar-se

a qualidade de impressão, conciliado com a velocidade da máquina. Esta velocidade

é ajustada manualmente pelo operador.

Na figura 49, por exemplo, vê-se o botão de incremento chamado X064

“...Pan Inc”, e o X065 “...Pan Dec”. Estes botões aumentam ou diminuem a

velocidade respectivamente. Neste exemplo está se usando a variável V[162] para a

variável analógica. Vê-se a instrução LEQ, bloqueando para liberar o incremento da

variável até 10.000 (máximo), e a instrução GEQ para não permitir que o

decremento fique menor que 50 (mínimo) na variável. O valor da variável é

transferido para o canal analógico de maneira análoga ao mostrado no item 4.4.6.


Fonte: Própria.

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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Desde o inicio do projeto, se passou exatamente um ano. Neste tempo foi

comprado o hardware necessário (CLP + IHM + Componentes Elétricos), foi

instalado, foi programado o CLP, feito asbuilt final e no mês de maio de 2009, foi

concluído todo o projeto.

Foi um ano de trabalho, em que foi utilizado de muita criatividade para

atingir os objetivos, sem prejudicar o funcionamento da máquina, sem interromper a

produção, economizando uma quantidade considerável financeira

(aproximadamente US$ 200,000.00, se houvesse sido feito por empresa dos USA),

adquirindo know-how interno para futuras intervenções, entre outros ganhos.

Pode-se falar com ganho de causa que o esquema implantado de chaves

comutadoras mostrado no item 3.6 foi decisivo para o sucesso do projeto. Sem este

recurso que foi criado, não seria possível dar seqüência ao projeto sem ter uma

parada de produção longa. Com este recurso conseguia-se passar de um CLP para

o outro em questão de segundos.

A finalidade deste trabalho foi cumprida conforme visto nas figuras

mostradas no item 3.7. Foi realizado o retrofitting com sucesso, sem provocar

atrasos ou prejudicar a produção.

No início do projeto foi especificado todo o hardware necessário, desde o

CLP, IHM, passando por todos os componentes elétricos como: bornes fusíveis,

interfaces a relê, rede ethernet, switch, fontes.

Foi realizada grande parte da programação do CLP, e coordenado a

finalização da sua programação. A programação foi totalmente balizada pelo antigo

software do CLP Texas, constando pequenas modificações para adequar as

necessidades do processo.

Foram estudadas e compreendidas todas as interligações elétricas do

CLP com a máquina. Conforme mostra as figuras do capítulo 3.7 no painel foi

realizado o retrofitting, sendo refeitas e melhoradas todas as interligações do painel

com o CLP.

Outro grande avanço foi a economia que foi gerada com esta modificação.

Assumindo este projeto internamente, eliminou-se o custo da empresa integradora, o

qual tinha um custo relativamente alto. Outro fator importante é que se deteve o

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domínio da modificação, desta maneira não coloca-se em risco a produção. Ao

contrário das empresas integradoras que pediam um mês com a máquina parada,

conseguiu-se fazer somente nos períodos ociosos, sendo que teve vários meses

que não se pode avançar, pois a máquina estava com a carga completa.

Outro ganho importante que se alcançou foi o fator psicológico da equipe.

Uma vez tendo concebido e realizado este projeto internamente, a equipe se sentiu

motivada e participativa de um grande projeto.

Agora nesta nova configuração, tem-se os backups do CLP e dos IHMs,

como também os softwares necessários e cabos para acessá-lo quando necessário.

Desta maneira pode-se modificar o programa quando requerido, fazer melhorias,

substituir CPU se houver problemas.

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retrofitting em impressora rotativa...

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