UNIVERSIDADE PAULISTA - TCC desenvolvimento (1)

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UNIVERSIDADE PAULISTA
ERIK CARNEIRO VASCONCELOS
FERNANDO MAINARDES BRANDAO
JOSE EVARISTO DE MELLO JUNIOR
RENAN BAYO
VINYCIUS MESSIAS MARTINEZ
ESTEIRA SELETORA COM SENSOR OPTICO 
SÃO JOSE DO RIO PRETO 
2018
ERIK CARNEIRO VASCONCELOS
FERNANDO MAINARDES BRANDAO
JOSE EVARISTO MELLO JUNIOR
RENAN BAYO
VINYCIUS MESSIAS MARTINEZ
ESTEIRA SELETORA COM SENSOR OPTICO
Trabalho de conclusão do curso para obtenção do titulo de graduação em Engenharia de Controle e Automação apresentado à Universidade Paulista – UNIP
Orientador: Prof. André de Paula 
SÃO JOSE DO RIO PRETO 
2018
ERIK CARNEIRO VASCONCELOS 
FERNANDO MAINARDES BRANDAO 
JOSE EVARISTO MELLO JUNIOR
RENAN BAYO
VINYCIUS MESSIAS MARTINEZ
ESTEIRA SELETORA COM SENSOR OPTICO
Trabalho de conclusão de curso para obtenção do titulo de graduação em Engenharia de Controle e Automação apresentado à Universidade Paulista – UNIP
Aprovado em:
BANCA EXAMINADORA
_______________________/__/___
Prof: nome do professor
Universidade Paulista – UNIP
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Prof: nome do professor
Universidade Paulista – UNIP
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Prof: nome do professor
Universidade Paulista – UNIP
DEDICATÓRIA
Dedico a presente monografia a todos os professores do curso, ao Orientador do trabalho aos familiares e amigos e a todos aqueles que de certa forma contribuíram para a realização deste projeto.
AGRADECIMENTO
Agradeço a todos os professores e amigos o devido esforço para continuarmos e nunca desistirmos de nossos objetivos e realizações.
RESUMO
O projeto utiliza-se de sensores ópticos como elementos de sinal, que são processados por um Arduino, e baseando-se na combinação de sinais desses sensores, aciona atuadores, e um motor de corrente continua. Além disso, um botão de emergência executa a função de quando acionado, interromper o processo. Ao final da separação, feita pelos sensores de material especifico, o operador poderá determinar se começara um novo ciclo de separação dos objetos.
A logística é assunto muito discutido nos últimos anos por ser questão primordial para empresas que buscam mais velocidade e menos custo em suas linhas de produção. Assim, há uma grande procura por sistemas automatizados para auxiliar nas produções industriais. A construção de um sistema separador de itens utilizando um Supervisório se destina a setores industriais com o objetivo de tornar o processo de separação de itens mais rápido, confiável e de baixo custo. A ferramenta de custo médio e fácil utilização facilitam massivamente com velocidade e qualidade os processos. O processo de construção inicia pela parte estrutural, estrutura da esteira, passando pela parte de hardware, como kits e componentes eletrônicos, e finalizando ao software, que compreende a programação dos mesmos para possibilitar as devidas funções atribuídas ao sistema separador de itens. O sistema entra em funcionamento no momento que passar um item pelo sensor óptico e assim estabelecer comunicação com o Arduino, onde com suas hastes seletoras já se destina o caminho de cada item, assim, realizar as devidas separações no instante que o mesmo chegar próximo as hastes seletoras.
Palavras-chave: Esteira seletora. Tecnologia. Logística. sensores ópticos.
Arduino.
ABSTRACT
The design utilizes optical sensors as signal elements, which are processed by an Arduino, and based on the combination of signals from these sensors, drives actuators, and a DC motor. In addition, an emergency button performs the function of when triggered, stop the process. At the end of the separation, made by the sensors of specific material, the operator can determine if a new cycle of separation of the objects will begin.
Logistics is a subject much discussed in recent years as it is a prime issue for companies looking for more speed and less cost on their production lines. Thus, there is a great demand for automated systems to assist in industrial productions. The construction of an item separator system using a Supervisor is intended for industrial sectors with the purpose of making the process of item separation faster, more reliable and cheaper. The medium-cost and easy-to-use tool massively simplifies processes with speed and quality. The construction process begins with the structural part, the structure of the conveyor, passing through the hardware part, such as kits and electronic components, and ending with the software, which includes the programming of the same to enable the proper functions assigned to the item separator system. The system starts operating when you pass an item through the optical sensor and thus establish communication with the Arduino, where, with its selector rods, the path of each item is already destined, so make the proper separations as soon as it arrives near the selector rods.
Key-words: Selective mat. Technology. Logistics. optical sensors.
Arduino.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇAO	1
2. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO	3
3. MATERIAIS E MÉTODOS	7
3.1 PROGRAMAÇÃO	10
4. CONCLUSÃO	15
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	16
1. INTRODUÇAO
As pesquisas realizadas nos levam a chegar a uma conclusão que com o passar dos tempos, o mundo vem avançando muito tecnologicamente e com uma rapidez surpreendente e com esse avanço as indústrias tem cada vez mais a necessidade de automatizar seus setores de produção e fabricação para poder agilizar os processos e melhorar e otimizar a condição de trabalho dos funcionários. Pensando assim planejou-se e projetou-se uma esteira seletora, que além de ser um produto que contribui com a logística também contribui com o bem estar dos funcionários, dispensado o serviço braçal que quando repetitivo ou pesado podem trazer grandes problemas físicos e psicológicos aos funcionários, e também a esteira pode ser utilizada em empresas de variados portes e ramos já que a questão da logística e ganho de tempo e menos descarte de material se tornou um dever na indústria, e sendo assim também resolvendo alguns problemas, como diminuição de tempo, redução de custos. 
Em procura de maior flexibilidade e lucros na gestão das empresas e indústrias, a logística vem sendo grande aliado de empreendedores que buscam e procuram inovação de seus sistemas. Em um artigo escrito na Faculdade de Tecnologia de Santa Catarina, JACINTO et al. (2008) explicam que esse desenvolvimento social e econômico faz com que os gestores busquem a inovação, visando sempre a qualidade, competitividade, satisfação e retenção desses consumidores. Esse fato tem gerado por resultado, maior desenvolvimento e lucro empresarial. Sabendo que a maior preocupação de implantações de novos sistemas em empresas gira em torno de custos, é necessário efetuar levantamento de dados que vise custo benefício, pois para as companhias que dependem de um sistema de seleção, investir na melhoria da logística de sua empresa é algo primordial. Com a demanda de sistemas organizacionais nas indústrias e empresas de entrega e distribuição de itens, a separação de produtos com rapidez e exatidão tornou-se um aspecto comercial muito importante para consumidores em geral. Assim, a automatização de sistemas vem à tona tornando a mão de obra humana desnecessária, alterando as variáveis tempo, dinheiro e confiabilidade. Destarte propomos neste trabalho a implantação de uma esteira separadora automática utilizando sistema de reconhecimento óptico que pretende facilitar e acelerar sistemas de empresas que tem em sua rotina a finalidade de separação e destinação de itens. Além disso, a esteira será de extrema valia para empresas de pequeno ou grande porte onde admitem precisão em seus resultados. O sistema é baseado na utilização da ferramenta de identificação óptica onde. Cada item terá uma cor específica quando aproximado ao sensor, a checagem ocorrerá em um banco de dados através do software, assim, buscando informações sobre o local que o item deve ser separado com a ação de hastes atuadoras. Ao momento que os itens não serão compatíveis com nenhuma das cores do sensor o itemseguira até o fim da esteira onde será descartado. de inexistência de itens a esteira se desligara automaticamente. A metodologia do projeto será dividida em três blocos. A primeira etapa consiste na construção e elaboração da esteira.
A segunda etapa consiste na aquisição de equipamentos como plataformas eletrônicas, componentes eletrônicos e motores que serão utilizadas para o funcionamento do projeto. E finalmente, a programação em plataformas eletrônicas para controle e comunicação de todo o sistema. Também realizando criação de um banco de dados que tem como função a comunicação sem fio utilizando com o Arduino, fazendo a checagem e verificação dos itens a serem selecionados para atingir os seguintes objetivos.
2. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
Realizar montagem e implantar um sistema de separação de itens em uma esteira utilizando sistema de identificação ÓPTICO. Objetivos Específicos: Promover o funcionamento e desenvolver comunicação sem fio entre o banco de dados e a placa controladora. Empregar um sistema de banco de dados ao protótipo para verificar e checar informações de distintos itens. Identificar e separar itens com confiabilidade e agilidade. Facilitar a seleção de itens em empresas ou redes de distribuição.
Tendo em vista fatores abordados e importantes segurança do trabalho e logística pode-se sanar e melhorar estes setores com a implementação de sistemas automatizados. Junto com o aumento da população mundial e com o crescimento da indústria, aumenta também a quantia de produtos a serem produzidos sem erros ou defeitos. Devido o grande aumento da população, produzir com eficiência e rapidez se torna cada vez mais importante para a manutenção financeira da empresa e das pessoas. Onde as peças com defeitos que serão descartadas ao final da esteira voltaram para ser aproveitada mais uma vez onde a Reciclagem o nome que foi dado este processo de reaproveitamento de objetos usados para confecção de novos objetos para serem utilizados como produtos futuros. O processo de reciclagem gera bastante dinheiro, já que empresas usam tal procedimento como uma maneira de reduzir os custos e com isso contribuir para a preservação do meio-ambiente. Os materiais mais reciclados são o papel, o plástico, o vidro e o alumínio. A coleta seletiva do lixo e a reciclagem são cada vez mais conhecidas em todo o mundo, uma vez que a reciclagem auxilia a redução da poluição do solo, do ar e da água. A reciclagem também surge como uma solução para o desemprego no cenário socioeconômico, uma vez que muitos desempregados encontram neste setor uma forma de sustentar suas famílias. No Brasil, existem em grande número de cooperativas de catadores de alumínio e de papel. Como as cidades com grande crescimento da população não tem locais para instalar seus depósitos de lixo, a reciclagem é uma solução economicamente viável. Em muitos locais públicos, existem latas disponíveis para realização da coleta seletiva, faltando apenas à conscientização de algumas pessoas para que o processo deslanche de vez. Pensando nesses fatos combinados a fatores ergonômicos o projeto supre ao mesmo tempo esses dois tópicos tendo em vista o decremento do índice de acidentes e doenças profissionais além de visar o aprimoramento e precisão do processo de reciclagem.
busca do custo baixo, menor tempo de produção, alta qualidade e maior satisfação do cliente. A utilização da automação permite a redução de custos diretos e indiretos, fazendo grande diferença na competitividade da empresa no mercado eliminando custos desnecessários com trabalhos manuais, garantindo bons níveis de saúde e segurança no trabalho. Através da automação é possível produzir com maior constância produtos com alta qualidade de acabamento. As capacidades inerentes a automação, como precisão e repetibilidade, também são diferenciais que permitem elevada qualidade. As condições de trabalho dos funcionários são melhoradas. Não haverá mais problemas com poeira, calor e ambiente perigoso ou insalubre. Além disso, os funcionários podem ser capacitados, tornando-se programadores do equipamento. Utilizando da automação como fator de união de dois tópicos para sanar os problemas de erros de produção e acidentes de trabalho e ainda ajudar o meio ambiente reduzindo o desperdício.
Questão capital e desperdícios e aspectos econômicos ou industriais foram levados em conta para a criação deste projeto. O ponto mais importante para a criação em si foi à logística simples criada por ele. Logística numa época em que a sociedade é cada vez mais competitiva, dinâmica, interativa, instável e evolutiva, a adaptação a essa realidade é uma necessidade para que as empresas queiram conquistar e fidelizar os seus clientes. A globalização e o ciclo de vida curto dos produtos obriga as empresas a inovarem rapidamente as suas técnicas de gestão. Os produtos rapidamente se tornam commodities, quer em termos de características intrínsecas do próprio produto, quer pelo preço, pelo que cada vez mais a aposta na diferenciação deve passar pela optimização dos serviços, superando a expectativa de seus clientes com atendimentos rápidos e eficazes. O tempo em que as empresas apenas se orientavam para vender os seus produtos, sem preocupação com as necessidades e satisfação dos clientes, terminou. Hoje, já não basta satisfazer, é necessário encantar. Ergonomia é a ciência que estuda a adaptação de elementos materiais a utilização humana, para não gerar danos ao ser humano. A movimentação de materiais feita manualmente e sua separação é uma atividade antiga, presente desde o início da humanidade. Essa atividade proporciona esforços e movimentos repetitivos e geralmente relativos a cargas pesadas ou de difíceis manuseio. Essa atividade acaba gerando desgaste corporal, uma patologia famosa chamada L.E.R. (Lesão por Esforço Repetitivo), que é uma síndrome causada por esforços repetitivos, geralmente nos membros superiores, que com o tempo, levam a incapacidade funcional dos membros ou a situações de extrema dor. As dores costumam ser regionais, mas podem gerar inflamações que espalham a dor por outros locais. Ao movimentarem materiais manualmente e sem o auxílio de máquinas, os humanos estavam dispostos a desenvolver L.E.R.s devido ao movimento repetitivo e danoso, pelo fato do corpo humano não estar preparado para esta tarefa. Algumas lesões comuns a esta tarefa são a Tendinite e a Bursite. Outros locais além dos membros superiores podem ser lesionados como as pernas ou o quadril. Além disso, essas doenças ocupacionais podem levar a invalidez do colaborador, ou causar traumas, como dores, e sequelas pelo resto de suas vidas. Outro risco presente é o de acidentes do trabalho. Durante o manuseio de materiais cortantes e do contato com embalagens que podem conter químicos não diretamente nocivos, pode acarretar em um acidente de trabalho. Este projeto elimina tais riscos ao trabalhador, já que a máquina realiza a movimentação e separação das cargas, assim, não estão presentes lesões nem riscos físicos ou psicológicos neste tipo de produção automatizada. Questão econômica ao realizar pesquisas referentes à história da indústria e do mercado o grupo se deparou com uma característica que foi considerada fundamental para o desenvolvimento do projeto, a melhoria do processo de produção. Desde o início dos tempos, tarefas como carregar objetos, ou arar um campo eram realizadas manualmente ou com auxílio de ferramentas simples, como carriolas e foices. Mas com o crescimento populacional e o aumento da demanda por maior produção, o homem deveria se adaptar a essa necessidade, e com isso desenvolver métodos mais eficazes para os processos. Durante a Revolução Industrial, isso se tornou evidente. O homem necessitava de produção rápida e eficiente. A solução foi criar máquinas que ultrapassassem as capacidades humanas e seriam controladas por eles. Isso aumentaria a velocidade e qualidade de produção. Assim, além de atender as necessidades do mercado, ganhariam uma posição privilegiada nele.
De automação começoucom as linhas de produção em série, em que funcionários ocupavam posições e funções fixas no processo que não pudessem ser feitas por máquinas. Assim, homens e máquinas trabalhavam juntos, como por exemplo, quando funcionários ficavam separando peças numa esteira automatizada, ou quando tampavam garrafas vindas de uma esteira automatizada. Mas, com o tempo, as exigências se tornaram maiores. Não bastava atender as necessidades do mercado, uma indústria deveria se sobressair em relação às outras para poder sobreviver ao mercado. Esse é o nosso tempo. Com base nas informações inscritas acima o projeto veio com o intuito de automatizar o processo de carregamento e separação de materiais colocados em nossa esteira.
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
Uma esteira feita de borracha com 4 rolos, suporte de ferro, com um motor elétrico trifásico sendo controlado e alimentado por um inversor de frequência WEG CWF08
Onde por uma correia faz a esteira rodar, onde se tem um sensor óptico e que manda pro Arduino a cor que está passando na esteira onde pro final da esteira com um servo motor para Arduino onde ele dará sentido de esquerda e direita para a haste seletora 
 Imagem 1 – Motor elétrico trifásico 
 Fonte: Acervo Pessoal
O motor elétrico trifásico que faz a a esteira rolar por meio de uma correia e esta preso em um painel.
O inversor de frequência que tem como finalidade ligar o motor e controlar a frequência e velocidade do mesmo. 
 Imagem 2 – Inversor de Frequência 
 
 Fonte: Acervo Pessoal
O inversor manda a corrente certa para o motor fazendo ele girar na velocidade correta para não ocorrer erro O inversor de frequência variável (conhecido como VFD em inglês) é um tipo de controlador que tem a função de acionar um motor elétrico e ao mesmo tempo variar a frequência e a tensão que é fornecida ao motor com o objetivo de controlar a sua velocidade e potência consumida. Outros nomes para um VFD que podemos encontrar no mercado são: drive de velocidade variável, drive ajustável da velocidade, drive de frequência ajustável, drive CA (corrente alternada), microcrime ou simplesmente inversor.
A esteira montada funciona com o motor dando rotação para a mesma onde se tem o sensor dando as cores para o Arduino e o mesmo dando as coordenadas para o funcionamento do servo motor na ponta da mesma.
Foto 3 – Esteira já montada
Fonte: acervo pessoal 
Foto 4 – Esteira montada, passando a programação 
Fonte: acervo pessoal 
3.1 PROGRAMAÇÃO
Programação do Arduino utilizada foi pesquisada e conversada com os membros da equipe que foi decidido utilizar uma que obtinha êxito no funcionamento da esteira.
//Programa: Sensor TCS3200 e led RGB
//Autor: FILIPEFLOP
// Mais informações: https://www.filipeflop.com/blog/sensor-de-cor-tcs3200-rgb-arduino/ 
 #include <Servo.h>
Servo myservo;
//Pinos de conexao do modulo
const int s0 = 8;
const int s1 = 9;
const int s2 = 12;
const int s3 = 11;
const int out = 10;
//Pinos do led RGB
int pinoledverm = 5;
int pinoledverd = 3;
int pinoledazul = 4;
//Variaveis cores
int red = 0;
int green = 0;
int blue = 0;
 
void setup()
{
 pinMode(s0, OUTPUT);
 pinMode(s1, OUTPUT);
 pinMode(s2, OUTPUT);
 pinMode(s3, OUTPUT);
 pinMode(out, INPUT);
 pinMode(pinoledverm, OUTPUT);
 pinMode(pinoledverd, OUTPUT);
 pinMode(pinoledazul, OUTPUT);
 Serial.begin(9600);
 digitalWrite(s0, HIGH);
 digitalWrite(s1, LOW);
 myservo.attach(2);
}
void loop()
{
 //Detecta a cor
 color();
 //Mostra valores no serial monitor
 Serial.print("Vermelho :");
 Serial.print(red, DEC);
 Serial.print(" Verde : ");
 Serial.print(green, DEC);
 Serial.print(" Azul : ");
 Serial.print(blue, DEC);
 Serial.println();
 //Verifica se a cor vermelha foi detectada
 if (red < blue && red < green && red < 500)
 {
 Serial.println("Vermelho");
 digitalWrite(pinoledverm, LOW); //Acende o led vermelho
 digitalWrite(pinoledverd, HIGH);
 digitalWrite(pinoledazul, HIGH);
 }
 
 //Verifica se a cor azul foi detectada
 else if (blue < red && blue < green && blue < 1000)
 {int pos = 45;
 Serial.println("Azul");
 digitalWrite(pinoledverm, HIGH);
 digitalWrite(pinoledverd, HIGH);
 digitalWrite(pinoledazul, LOW); //Acende o led azul
 myservo.write(pos);
 } 
 //Verifica se a cor verde foi detectada
 else if (green < red && green < blue)
 {
 int pos = 100;
 Serial.println("Verde");
 digitalWrite(pinoledverm, HIGH);
 digitalWrite(pinoledverd, LOW); //Acende o led verde
 digitalWrite(pinoledazul, HIGH);
 myservo.write(pos);
 }
 Serial.println();
 //Delay para apagar os leds e reiniciar o processo
 delay(500);
 digitalWrite(pinoledverm, HIGH);
 digitalWrite(pinoledverd, HIGH);
 digitalWrite(pinoledazul, HIGH);
} 
void color()
{
 //Rotina que le o valor das cores
 digitalWrite(s2, LOW);
 digitalWrite(s3, LOW);
 //count OUT, pRed, RED
 red = pulseIn(out, digitalRead(out) == HIGH ? LOW : HIGH);
 digitalWrite(s3, HIGH);
 //count OUT, pBLUE, BLUE
 blue = pulseIn(out, digitalRead(out) == HIGH ? LOW : HIGH);
 digitalWrite(s2, HIGH);
 //count OUT, pGreen, GREEN
 green = pulseIn(out, digitalRead(out) == HIGH ? LOW : HIGH);
}
Com essa programação foi conseguido obter êxito no objetivo central de funcionamento da esteira.
4. CONCLUSÃO
É notável que o avanço dos meios de que temos comunicação vem em um crescente visível nas últimas décadas, principalmente quando o assunto é comunicação sem fio. É grande a procura por sistemas automatizados utilizando protocolos de comunicação sem fio pela facilidade de operação e rápidas trocas de informações em lugares distintos. O sistema baseou-se em um separador de itens utilizando a ferramenta Arduino e o protocolo “C” para comunicação com um banco de dados, todo este sistema sendo aplicado a um protótipo de esteira, que por fim, pode vir a ser aplicado em área fabris onde deseja-se realizar separação de itens com confiabilidade e menor custo. É de grande valia citar o baixo tempo de resposta do sistema, ou seja, o tempo desde a leitura óptica dos itens, a busca no banco de dados e a resposta do local que deve ocorrer à separação. É muito importante trabalhar com tempos pequenos para poder acelerar um dado método de separação. Outro tópico importante que deve ser citado é as rotinas de segurança criadas e implementadas para o momento de falhas inesperadas durante o funcionamento do sistema, falhas que podem ser por software ou hardware. Como trabalhos futuros é de grande interesse implementar o controle de velocidade da esteira, ou seja, acionar a esteira utilizando sistemas de conversores.
Na fase de pesquisa conseguiu-se encontrar várias opções para o projeto, como foi visto que a esteira era mais viável e tinha mais opções de funcionamento ela foi escolhida, contudo também pode-se citar outro método de separação que seria por um braço mecânico, porem seu custo era maior e seu potencial seria superior ao da esteira, mas foi concluído que seria desnecessário tendo em vista a aplicação. As pesquisas da esteira se mantiveram válidas até o final do projeto. Em seus objetivos sempre permaneceu a ideia de preservação ambiental e evitar o transporte manual, sem esse objetivo o projeto não existiria, portanto, dispensando o esforço físico de funcionários que não acarretará lesões físicas e diminui o custo agilizando o processo, portanto todos esses objetivos foram sanados. Este projeto seria muito útil dentro de uma empresa, ele pode ser aprimorado dependendo da necessidade da empresa sem grandes mudanças, o que acaba tornando um projeto viável dentro da indústria. Em cima desse projeto conseguiu-se por em prática todos os elementos aprendidos em sala de aula.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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JACINTO, Juliano; HEIL, Luciano; SOUZA, Márcio Fernandes; RODRIGUES, Sidnei. Logística: O endereçamento como ferramenta fundamental na armazenagem e estocagem. Faculdade de Tecnologia de Santa Catarina. Disponível em:. Acesso em: 15.mar.2018.
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http://www.eps.ufsc.br/disserta96/merino/cap3/cap3.htm http://www.if.ufrgs.br/~mittmann/Introducao_ST_blog.pdf SILVEIRA, Paulo R., Santos, Winderson E. Automação - Controle Discreto- 5ª Edição, São Paulo: Editora Érica, 1998. TAUB, HERBERT & SCHILLING, S.P - Circuitos digitais e microprocessadores, McGraw Hill Taub, Heubert. Eletrônica Digital, MacGraw-Hill do Brasil, 1982. http://www.esteirasindustriais.com.br/index.htm http://www.geometric.ind.br/home http://www.logisticadescomplicada.com/sistema-de-coleta-automatizada/ 42 http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/3154-sistemas-detransportes-automatizados/ Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer. Sistemas Digitais, Princípios e Aplicações, 7a. Edição, LTC, 1998 Milos Ercegovac, Tomás Lang, Jaime H. Moreno. Introdução aos Sistemas Digitais, Ed. Bookman, 2000
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http://www.simbologia-electronica.com/simbolos-electricoselectronicos/simbolos-motores-electricos.htm 
http://wwwo.metalica.com.br/artigos-tecnicos/parafusos 
https://offset3blog.wordpress.com/category/rolamentos-e-mancais/ 
https://www.citisystems.com.br/inversor-de-frequencia/