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UNIVERSIDADE ESTACIO DE SÁ CURSO DE GRADUAÇÃO AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Sandro Higino da Silva Luiz Carlos de Souza Werverson da Penha SISTEMA DE LOGÍSTICA INTERNO AUTOMATIZADO UTILIZANDO ESTEIRA TRANSPORTADORA Rio de Janeiro 2017 Sandro Higino da Silva Luiz Carlos de Souza Werverson da Penha SISTEMA DE LOGISTICA INTERNO AUTOMATIZADO UTILIZANDO ESTEIRA TRANSPORTADORA Trabalho de conclusão de curso de graduação apresentado Na Universidade Estácio de Sá como requisito parcial para a obtenção do título de Tecnólogo em Automação Industrial. Orientador: Paulo Cezar Rocha Silveira Rio de Janeiro 2017 TERMO DE APROVAÇÃO SANDRO HIGINO DA SILVA LUIZ CARLOS DE SOUZA WERVERSON DA PENHA TÍTULO DO TRABALHO SISTEMA DE LOGISTICA INTERNO AUTOMATIZADO UTILIZANDO ESTEIRA TRANSPORTADORA Trabalho de conclusão de curso de graduação apresentado a Universidade Estácio de Sá como requisito parcial para a obtenção do título Tecnólogo em Automação. Aprovado em: 20 de Junho de 2017. BANCA EXAMINADORA __________________________________________ Fábio Sagaz __________________________________________ Jardel Lemos Tamofer __________________________________________ Paulo Cezar Silveira (Professor Orientador) DEDICATÓRIA: Dedico este trabalho aos meus pais, que tornaram o complexo fato de me tornar um Tecnólogo em uma tarefa simples. AGRADECIMENTOS: Agradecemos primeiramente a Deus que nos acompanha lado a lado e que nos dá suporte em nossas vidas. A todos os professores que dedicam seu precioso tempo com o objetivo de passar adiante o conhecimento na área, principalmente ao nosso orientador, Paulo Cezar Rocha Silveira, pela valiosa ajuda, pelas suas correções e incentivos. A todos os professores que nos orientaram e se dispuseram a auxiliar e tirar dúvidas durante o desenvolvimento deste projeto. Aos amigos que fizemos na Universidade Estácio de Sá que foram sinceros, pelo carinho, apoio e dedicação, por acompanharem nossas trajetórias acadêmicas e que estiveram sempre presentes. RESUMO Este projeto apresenta a execução de um protótipo de uma esteira transportadora. Tal protótipo é constituído por uma estrutura metálica composta por chapas de aço inoxidável com dois milímetros e meio de espessura. Essa estrutura servirá de apoio para os rolos giratórios para tracionarem uma esteira feita de material em poliuretano e poliéster. A sustentação da estrutura é composta por cantoneiras soldadas entre si, criando uma sólida sustentação. Todo o conjunto de esteiras e rolos será tracionado por um motor de 24V e 3000 RPM. A ligação entre as esteiras será feita através de polias em alumínio sincronizadas arrastadas por uma correia também sincronizada em poliuretano. Cada Rolo tracionador terá o diâmetro de dezesseis mm e eixos de seis mm. O acionamento se dará por um botão de partida acionando as três esteiras. A identificação e separação de cada produto serão feitos através de sensores que identificação do tamanho da embalagem, e enviando as informações para o CLP que irá orientar o comando dos cilindros para separar o produto por tamanho. PALAVRAS-CHAVE: Esteira Transportadora. CLP. Comando ABSTRACT This project presents the execution of a prototype of a conveyor belt. Such a prototype consists of a metallic structure composed of stainless steel plates two and a half millimeters thick. This structure will provide support for the spinning rollers to drive a belt made of polyurethane and polyester material. The support of the structure is composed of angles welded together, creating a solid support. The entire set of mats and rollers will be driven by a 24V and 3000 RPM motor. The connection between the mats will be made by synchronized aluminum pulleys carried by a belt also synchronized in polyurethane. Each Traction Roller shall have a diameter of sixteen mm and a six-mm axle. The activation will be by a start button activating the three mats. The identification and separation of each product will be done through sensors that identify the size of the packaging, and sending the information to the PLC that will guide the control of the cylinders to separate the product by size. Keywords: Conveyor belt. CLP. Command. Sumário RESUMO ......................................................................................................................... 6 1 INTRODUÇÃO A AUTOMAÇÃO ............................................................................. 9 1.2 POR QUE AUTOMATIZAR .................................................................................. 10 2 ELEMENTOS DA AUTOMAÇÃO ............................................................................ 11 2.1 CLP ........................................................................................................................... 11 2.1.1 Arquitetura do CLP .............................................................................................. 12 2.1.2 Linguagem de programação do CLP .................................................................... 12 2.2 Sensores Capacitivos ................................................................................................ 13 2.2.1 Tipos de Sinais de Sensores .................................................................................. 13 2.3.1 Motores de Corrente contínua .............................................................................. 16 2.3.2 Partes principais de um Motor de corrente continua ............................................. 17 2.3.3 Tipos de ligação de motor em Corrente Contínua ................................................. 18 2.4 ATUADOR PNEUMÁTICO (CILINDRO) ............................................................. 20 3. MATERIAIS E MÉTODOS ....................................................................................... 22 3.1 Materiais ................................................................................................................... 22 3.2 MÉTODOS ............................................................................................................... 22 3.2.1 Fabricação dos Componentes ................................................................................ 22 3.2.1.1 Sequência de fabricação: .................................................................................... 23 3.2.2 Montagem dos Componentes ................................................................................ 28 3.2.2.1 Sequencia da Montagem dos Subconjuntos mecânicos .................................... 29 3.2.2.2 Montagem Final do conjunto mecânico ............................................................. 31 3.2.2.3 Montagem Elétrica ............................................................................................. 32 3.2.2.3. PROGRAMAÇÃO. ...........................................................................................35 3.2.2.4. FUNÇÕES ......................................................................................................... 36 3.2.3 ILUSTRAÇÃO PROGRAMAÇÃO ...................................................................... 36 6. CONCLUSÃO. ....................................................................................................... 43 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 46 9 1 INTRODUÇÃO A AUTOMAÇÃO Automação é a aplicação de técnicas computadorizadas ou mecânicas para diminuir o uso de mão-de-obra em qualquer processo, com a utilização de robôs nas linhas de produção. A automação visa diminuir os custos e aumenta a velocidade da produção. Também pode ser definida como conjunto de técnicas que podem ser aplicadas sobre um processo objetivando torná-lo mais eficiente, ou seja, maximizando a produção com menor consumo de energia, menor emissão de resíduos e melhores condições de segurança, tanto humana e material quanto das informações inerentes ao processo. Com o desenvolvimento do mercado nacional e internacional o volume de matérias-primas de produtos acabados e de material de expediente, logística passou a ter um papel muito importante nas organizações e por tanto houve necessidade de espaços físicos maiores não só em extensão linear, mas também em altura e, portanto, se não houver automação para auxiliar na armazenagem e distribuição, o processo ficará quase impossível e sujeito a acidentes de trabalho além da quebra dos objetos. É evidente que a automação nos oferece várias oportunidades de melhoria dos processos logísticos, porém é imprescindível que seja realizada uma adequada análise de viabilidade, pois esta automação pode custar mais caro que seus benefícios, sendo necessário assegurar que a solução possa ser eficaz e não somente eficiente. 1.1 Automação na Logística No mundo dinâmico da logística, onde o próprio nome traz a ideia de agilidade e mobilidade, facilitar o processo e proporcionar maior integridade e velocidade na troca de informações é um dos principais objetivos da automação logística; que ainda aperfeiçoa diversas outras atividades, mostrando os benefícios diretos que podem ser inseridos na organização. O desenvolvimento de um projeto típico de automação pode ser dividido em três grandes fases. • A fase de preparação, que tem como principais atividades a formalização dos objetivos do projeto e a formação da equipe responsável pelo seu planejamento e implementação. 10 • A fase de definição, onde são criados os novos processos e definição dos softwares que darão suporte à operação bem como os equipamentos de movimentação e estocagem. • E, finalmente, a fase de implementação, quando são adquiridos os itens necessários, o pessoal é treinado, os equipamentos são testados e colocados em operação. A logística tem sofrido grandes transformações nos últimos 20 anos em todo o mundo. As atividades logísticas de vários países estavam voltadas apenas para o atendimento das necessidades imediatas do mercado interno e, devido às mudanças do meio ambiente, as empresas tiveram que se modernizar e ampliar sua área de atuação. O Brasil não foi exceção à regra. No atual ambiente econômico, a logística vem se transformando num dos principais instrumentos para o aumento da competitividade empresarial, através de novas tecnologias e abordagens gerenciais que impulsionam e a torna mais importante dinâmica, proporcionando às empresas a necessidade de revisão contínua de suas práticas gerenciais e operacionais, com o objetivo de expandir as fronteiras da produtividade e atingir a excelência no atendimento aos clientes. Acompanhar estas mudanças e liderar o processo de transformação necessário para aperfeiçoamento da capacitação logística é um dos maiores desafios dos executivos. (BALLOU, 2001; BOWERSOX; CLOSS, 2001; CHRISTOPHER,2002). 1.2 POR QUE AUTOMATIZAR Qualidade: A qualidade do produto pode ser melhorada através da automação, porque suprimir falhas humanas, como a falta de atenção ou cansaço. Segurança: através de automação pode aumentar a segurança no local de trabalho. Por exemplo, em ambientes de trabalho perigosos, como o vazamento ou forjar, se o processo é automatizado, poderia reduzir os acidentes dos trabalhadores. Humanização: a humanização do ambiente de trabalho desempenha um momento muito importante para incentivar a automação. Isso significa que tanto o trabalho em si, bem como as condições ambientais podem ser aliviadas. Por exemplo, as máquinas podem ser instaladas para executar as tarefas mais difíceis, ou aquelas realizadas sob condições ambientais extremas, como altas 11 temperaturas, ou níveis elevados de ruído ou poluição. O trabalhador pode, então, concentrar-se mais e mais no controle, monitoramento ou plano, e assim evitar riscos à saúde. Racionalização: racionalização, do ponto de vista empresarial desempenha um papel importante. Através da racionalização pode reduzir os custos por um grande número ou a possível expansão da empresa. Em caso de falta de mão de obra, a produção pode manter-se pelo aumento de máquinas. Deve ser notado, d que a racionalização não é necessariamente acompanhada por um declínio no emprego, mas pode fazer uma verdadeira reestruturação da empresa. 2 ELEMENTOS DA AUTOMAÇÃO 2.1 CLP O Controlador Lógico Programável (CLP) ou pela sigla de expressão inglesa PLC (Programmable logic controller) (figura 1), é um equipamentos que através de uma de suas linguagens, no caso a usada neste trabalho é a Ladder, programa microprocessadores que basicamente controlam no geral toda a parte de comandos elétricos através de suas Entradas (I) e Saídas (Q). (Apostila Bit9 CLP140IF, WEG 2012). Figura 1- CLP Rockwel SLC 500 / CPU 5/03 (Manual do Usuário, Allen Bradley). Surgiram na década de 1960, onde os circuitos integrados permitiram o desenvolvimento de minicomputadores, que foram logo utilizados para controle on-line de processos industriais, em 1969 surgiram os primeiros controladores baseados numa especificação da General Motors, com as seguintes características: 12 a. Facilidade de programação; b. Facilidade de manutenção com conceito plug-in; c. Alta confiabilidade; d. Dimensões menores que painéis de relés, para redução de custo; e. Envio de dados para processamento centralizado; f. Preço competitivo; g. Sinais de entrada de 115 V CA; h. Sinais de saída de 115 V CA; i. Expansão em módulos j. Mínimo de 4000 palavras na memoria. 2.1.1 Arquitetura do CLP a. Fonte de alimentação b. Unidade Central de Processamento (UCP) c. Memorias do tipo fixo e volátil d. Dispositivos de entrada e saída e. Terminal de programação. 2.1.2 Linguagem de programação do CLP a. Tabulares – Tabela de decisão; b. Textual – IL (lista de instrução) c. ST (Texto estruturado); d. Gráficas – LD (Diagrama de Relé) Ladder e. FBD (Diagrama de Bloco de Função) f. SFC (Carta de Fluxo Sequencial) 13 2.2 Sensores Capacitivos É um componente ou dispositivo capaz de monitorar, de alguma forma, a variação de uma grandeza física, e emitir esta informação na forma mais adequada para um sistema de controle. A figura 2 mostra um sensor de presença do fabricante Sick, o qual será utilizado em nosso projeto. Figura 2 – Sensor de Presença (Manual de usuário Sick) 2.2.1 Tipos de Sinais de Sensores • Pneumático • Elétrico • Sonoro • Luminoso Entende-se por sinal, qualquerforma de emissão de informação por parte dos elementos sensores. A emissão de um sinal, então, pode estar associada à manipulação e transformação da informação recepcionada do meio-ambiente em outra forma mais adequada. Desta forma, o sensor pode ser entendido, também, como um conversor de 14 sinais, ou seja, um transdutor que lê o estado de uma grandeza física ou processo, conforme demonstrado na figura 3. Figura 3 - Tipos de sinais detectados por sensores 2.2.1.1 Sinal Analógico Os sinais variam dentro de uma faixa contínua de valores. O sinal analógico é usado para expressar grandezas físicas que variam continuamente no meio ambiente. Exemplos destas grandezas são: luz, temperatura, pressão, tensão elétrica, corrente elétrica, força, velocidade, aceleração, posição. A figura 4 demonstra as aplicações para o sinal analógico. Figura 4 - Distribuição de Sinais analógicos 2.2.1.2 Sinal Digital O sinal digital é tratado numericamente (representado em código binário) por unidades digitais. O sinal digital é usado para representar as grandezas físicas (figura 5) dentro de um equipamento capaz de processar tais sinais digitais, ou seja, sinais que expressam de modo simplificado as variáveis analógicas. Exemplos desses equipamentos são: computadores, máquinas fotográficas digitais, CD e DVD. 15 Figura 5 - Conversor de sinais 2.2.1.3 Sinal Binário São sinais de qualquer tipo quanto a forma, porém o sinal só informa estados ON-OFF, LIGA-DESLIGA, HIGH-LOW, SIM-NÃO. O sinal binário é usado para expressar grandezas físicas que variam entre dois estados conhecidos. A tensão elétrica é normalmente utilizada para expressar variações entre estes dois estados (figura 6). Numericamente os valores destas grandezas assumem valores conhecidos. Indicações de estado como: SIM-NÃO, ON-OFF, LIGA-DESLIGA, CERTO- ERRADO, são indicados por componentes binários (chaves). Figura 6 - Gráfico de sinal digital 2.3 MOTOR ELÉTRICO Motor elétrico é a máquina destinada a transformar a energia elétrica em mecânica. É o mais usado entre todos os tipos de motor pois combina as vantagens de utlizaçao de energia elétrica (baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e facilidade de comando) com sua construção simples, custo reduzido e grande versatilidade de 16 adaptação as cargas dos mais diversos tipos. A figura 7 mostra os tipos de motores elétricos utilizados. Figura 7 - Tipos de Motores elétricos (apostila Motores Weg 2011) 2.3.1 Motores de Corrente contínua Motor cc é um motor elétrico que é alimentado por corrente contínua (CA), sendo que esta alimentação pode ser proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentação CC. A sua comutação (troca de energia entre rotor e estator) pode ser através de escovas (escovado) ou sem escovas (brushless). Em um motor cc, a velocidade pode ser controlada apenas variando a sua tensão, diferentemente de um motor elétrico de corrente alternada (CA) cuja velocidade é variada pela frequência. Como explicado, os motores elétricos CA necessitam de uma mudança na frequência caso houver a necessidade de variar sua velocidade, envolvendo assim um controle de velocidade mais complexo e dispendioso. Por outro lado, como o motor cc ao variar a velocidade precisa apenas de mudança no nível de tensão, ele torna-se mais adequado para equipamentos que se alimentam de 12 Vcc como os automóveis, ou aplicações industriais que exigem um controle fino de velocidade. 17 Um motor de Corrente Contínua é composto por um eixo acoplado ao rotor que é a parte girante do motor. Estator é composto por um ímã e o comutador que tem a função de transferir a energia da fonte de alimentação ao rotor. Na Figura 8 é também é possível observar as partes de um estator de um motor CC. Figura 8 – Estator e Rotor do motor de corrente continua (http://jomar.pro.br/wp/wp-content/uploads/-Motores-CC.pdf) 2.3.2 Partes principais de um Motor de corrente continua a. Estator: este é o nome dado à parte fixa do motor, que pode conter um ou mais enrolamentos de polo, todos prontos para receber corrente contínua e produzir o campo magnético fixo. O enrolamento pode ser chamado de enrolamento de campo. b. Armadura: é um rotor bobinado cujas bobinas também recebem corrente contínua e produzem campo magnético. c. Comutador: garante que o sentido da corrente que circula nas bobinas da armadura seja sempre o mesmo, garantindo a repulsão contínua entre os campos do estator e do rotor, o que mantém o motor girando no mesmo sentido. d. Escovas: geralmente feitas de liga de carbono, estão em constante atrito com o comutador, sendo responsável pelo contato elétrico da parte fixa do motor com a parte girante. Pode-se deduzir que as escovas sofrem desgaste natural com o tempo, necessitando de inspeções regulares e trocas periódicas. 18 2.3.3 Tipos de ligação de motor em Corrente Contínua a. Motor ligação em paralelo (shunt) Este é o tipo mais comum de motor CC. Ele é ligado da mesma forma que o gerador shunt ou gerador em derivação (Figura 9). Suas curvas características de velocidade × carga e torque × carga, mostram que o torque aumenta linearmente com o aumento na corrente da armadura, enquanto a velocidade cai ligeiramente à medida que a corrente da armadura aumenta. A velocidade básica é a velocidade com carga máxima. O ajuste de velocidade é feito inserindo-se uma resistência no campo usando um reostato de campo. Numa posição do reostato, a velocidade do motor, permanece praticamente constante para todas as cargas. Os acionadores ou dispositivos de partida usados com os motores CC limitam a corrente de partida da armadura em 125 a 200 por cento da corrente de carga máxima (nominal). Deve-se tomar cuidado para não se abrir o circuito do campo de um motor em derivação que está rodando sem carga, porque a velocidade do motor aumenta descontroladamente até o motor queimar. Figura 9 – Ligação em Paralelo (http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-clps-10413124-catalogo-portugues-br.pdf) b. Motor ligado em série O campo deste tipo de motor é ligado em série com a armadura (Figura 10). A velocidade varia de um valor muito alto com uma carga leve até um valor bem baixo com a carga máxima. O motor série é conveniente quando parte com cargas pesadas ligadas a ele (guindastes e guinchos), porque com altas correntes na armadura ele produz um torque elevado e funciona em baixa rotação. Sem nenhuma carga, a velocidade de um motor série aumentará ilimitadamente até o motor se destruir. 19 Figura 10 – Ligação em Série (http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-clps-10413124-catalogo-portugues-br.pdf) c. Motor em ligação combinado ou composta Este tipo de motor CC associa as características operacionais dos motores shunt e dos motores série (Figura 11). O motor composto funciona com segurança sem carga. À medida que se adicionam as cargas, a sua velocidade diminui, e o torque é maior se comparado com o do motor shunt (figura 9). Figura 11 – Ligação Composta (http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-clps-10413124-catalogo-portugues-br.pdf) 20 2.4 ATUADOR PNEUMÁTICO (CILINDRO) Elementos de um circuito pneumático que realizam trabalho. Convertem energia fluida em energia mecânica. O principal tipo de atuador pneumático é o atuador linear (cilindro figura12). Os atuadores lineares são os elementos pneumáticos mais usados em automóveis, sendo de simples manutenção e fixação,possuem variedades em formas construtivas e a maioria são normalizados Figura 12 – Cilindro Pneumático (Manual do usuário Festo, 2016) O ar comprimido é admitido e liberado alternadamente por dois orifícios existentes nos cabeçotes, um no traseiro e outro no dianteiro que, agindo sobre o êmbolo, provocam os movimentos de avanço e retorno. Quando uma câmara está admitindo ar a, outra está em comunicação com a atmosfera. Esta operação é mantida até o momento de inversão da válvula de comando; alternando a admissão do ar nas câmaras, o pistão se desloca em sentido contrário os detalhes podem ser visto na figura 13. Figura 13 - Cilindro de Dupla ação (Apostila de Pneumática Senai,2007) 21 2.5 FONTE DE ALIMENTAÇÃO As fontes de alimentação (figura 14) fornecem a energia necessária para a alimentação de equipamentos para painéis elétricos e sensores de corrente contínua. Figura 14 - Fonte de alimentação http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-clps-10413124-catalogo-portugues-br.pdf 4.5.1 Características da Fonte de alimentação - Entrada CA universal, instalação em trilho DIN e LEDs de indicação; - Compacto e com excelente custo x benefício; - Proteção de sobre tensão e sobre corrente; - Certificações internacionais de qualidade; - Faixa de corrente de saída: 0,65 a 10,0 A; - Tensão de saída: 12 V CC. 22 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Materiais Os principais materiais que fazem parte desse projeto são listados a seguir: 1. Chapa de aço inox com a espessura de dois milímetros e meio, que teve sua aplicação empregada na base da esteira (figuras 15 e 16). 2. Eixo em aço carbono SAE 1020 (figura 19) 3. Lonas em material de poliuretano (PU). Figuras 24, 25 e 26. 4. Polias sincronizadas conforme figura 37. Utilizada para transmitir torque para a segunda esteira. 5. Painel elétrico conforme montagem na figura 45. 6. CLP Rockwel SLC 1.500 que fará comunicação com a IHM e os elementos acionados 7. Sensor de Presença Sick usado para a detecção das caixas sobre a esteira. 8. IHM – Painel View Plus 700 Allen Bradley. Para comunicação com CLP. 9. Servo Motor TIPE RS 220FR1000, usado para dar o torque ao eixo da esteira. 3.2 MÉTODOS 3.2.1 Fabricação dos Componentes Após a definição do layout , foi determinado que haveria tr esteiras, duas motorizadas e duas por meio de transmissão por correias e as rampas de descida com roletes livres. Foi feito duas listas: 1º - Peças fabricadas através do processo de usinagem, torno, fresa, furadeira e além dos ajustes de bancada manualmente. 2º - Peças comerciais As listas contemplam todas as informações necessárias em relação, quantidade, tipo de material, fabricantes, etc. 23 Para iniciar o processo de fabricação primeiramente foi feito o esboço dos conjuntos e subconjuntos de peças passando, posteriormente em desenho padrão através do Autocad. Nessa etapa importante, onde as peças tomam forma e dimensões exatas, qualquer erro pode levar a não execução da montagem, consequentemente perda de material, mão de obra, tempo, etc. 3.2.1.1 Sequência de fabricação: a. Base da esteira Conforme o desenho foi traçado as cotas determinadas em uma chapa de 2,5mm em aço inox. Após o traçado a chapa é recortada em uma guilhotina automática no formato retangular. Com uma serra manual foi feito pequenos recortes, onde começa a ganhar a forma idêntica ao desenho. Essa parte finalizada passa pelo processo de acabamento através de lima e lixa, efetuado manualmente. Com uma furadeira automática, foram feitas todas as furações e acabamentos. Finalmente na dobradeira automática, dobrou-se as duas laterais em um ângulo de 90º, finalizando a base da esteira. Figuras 15 e 16. Figura 15 Figura 16 b. Cabeçotes das esteiras O cabeçote foi desenvolvido de uma maneira bastante pratica, onde foi recortado uma barra chata em alumínio, com dimensionais de um a dois mm maior do que o proposto pelo desenho. 24 Após recortado, o material passou por um processo de usinagem na fresa onde através de sua ferramenta cortante deixou a peça nas dimensões e forma fiéis ao desenho e com acabamento proposto. Após a peça estar na forma geométrica desejada, fez-se com auxílio de um riscador o traçado para receber os furos de fixação e furos de acomodação dos rolamentos (Figura 17). Último passo foi a fixação dos rolamentos INA HK 0609-B, foi usado uma cola especial (Loctite 237). Figura 17 – Cabeçote da Esteira c. Roletes Para fabricar essa peça, foi cortado um tubo em inox com diâmetro e comprimento aproximadamente 2mm maior do que o especificado. Em seguida foi feito o processo de usinagem em um torno mecânico para obter as dimensões exatas e acabamento solicitado (figura 18). Para finalizar, foram montados os rolamentos fixos SKF 603. Figura 18 – Rolete da Esteira d. Eixo Para confeccionar essa peça, foi cortado um barra redonda em aço prata com diâmetro e comprimento aproximadamente 2mm maior que o especificado. Também por um processo de usinagem no torno mecânico foi obtido o dimensional e acabamento conforme especificações (Figura 19). 25 Figura 19 - Eixo e. Polia Movida Para confecção da Polia (anexo polia), foi cortado uma barra redonda em aço prata com diâmetro e comprimento aproximadamente 2mm maior que o especificado. Também por um processo de usinagem no torno mecânico deixou-se o dimensional e acabamento conforme especificações. É importante ressaltar após a usinagem do corpo da peça, diâmetros menor e maior, foi feito uma ferramenta de corte para finalizar com um canal em forma de raio para receber a correia policord (figura 20). Figura 20 – polia movida. f. Suporte para os motores Peça obtida através de Recorte de uma chapa de 3 mm em aço inox, onde foram feitas as furações em uma furadeira de bancada e acabamento com uma lima mursa de 10 com lixas de 220 de gramatura (figura 21). 26 Figura 21 – Suporte para Motores g. Pedestais Para produzir os pedestais ( figura 22), foi cortado um tubo em aço de 1 polegada, onde logo após, o processo de usinagem foi aplicado para que as peças as dimensões desejadas . “Foi soldado uma porca de 5/8” na parte interna do tubo de maneira que ficasse faceada com a extremidade do mesmo. A última etapa foi realizada com a abertura da rosca da porca com um macho para garantir a integridade da rosca. “Foi rosqueado então nas sapatas, um fuso com rosca externa de 5/8”, na extremidade com a porca soldada do tubo. O fuso serve para que se alinhe e nivele a altura da esteira. Figura 22 – Pedestal h. Suporte dos sensores Cortou-se uma chapa galvanizada com comprimento de 300 mm, fez-se o acabamento com lima mursa de 10 e lixa de 220 de gramatura. 27 Foi feito vários furos de ajuste de altura dos sensores conforme figura 23. Figura 23 – Suporte do sensor i. Lonas As lonas (figura 24) foram adquiridas junto fabricante Forbo, especialista no ramo, porém foi necessário cortar no comprimento e largura para chegar nas dimensões desejadas. Figura 24 – Lona da esteira inteira Após o corte do tamanho é preciso fazer a preparação para o fechamento requer alguns padrões para que a vulcanização saia perfeita. Foi feito um recorte em zig-zag (figura 25) nas duas extremidades de forma que ao unir os dois lados se encaixem perfeitamente. Figura 25 – Lona da esteira cortada 28 Encaixar e unir as duas extremidades, com o ferro de solda pontear as pontas para que permaneçam presas (figura 26). Figura 26 – Lona da esteira cortada sendo preparada para colagem Através de um equipamento chamado prensa (figura 28), a lona é colocada na parte inferior do equipamento, chamado mesa inferior. Depois de estar na posição adequada (figura 27), a mesa superior é colocada sobre a inferior recebendo uma pressão de 2 kl/f (figura 29). Figura 27 - Lona figura 28 - prensa figura 29 – Lona sendo prensada 3.2.2 Montagem dos Componentes a. Objetivo da montagem A montagem tem por objetivo maior, a construção do protótipo constituído por uma série de elementos que são fabricados separadamente. Esses elementos devem ser colocados em uma sequência correta, montados segundo normas preestabelecidas, para que o todo seja alcançado e venha funcionar adequadamente, representado pelos conjuntos mecânicos que darão origem as máquinas, equipamentos, etc. 29 b. Algumas recomendações na montagem: Verificar se todos os elementos a serem montados encontram-se perfeitamente limpos, bem como as ferramentas. Examinar os conjuntos a serem montados para se ter uma ideia exata a respeito das operações a serem montadas. Consultar planos ou normas de montagem, caso existam. Examinar em primeiro lugar a ordem de colocação das diferentes peças antes de começar a montagem. Verificar se nos diferentes elementos mecânicos há pontos de referência. Se houver, executar a montagem segundo as referências existentes. Evitar a penetração de impurezas nos conjuntos montados, protegendo-os adequadamente. Fazer testes de funcionamento dos elementos, conforme a montagem for sendo realizada, para comprovar o funcionamento perfeito das partes. Verificar se as peças estão se acoplando corretamente. Por meio de testes de funcionamento dos elementos, verificar se os elementos estão dimensionados adequadamente e colocados na posição correta. Lubrificar as peças que se movimentam para evitar travamentos e desgastes precoces causados pelo atrito dos elementos mecânicos. 3.2.2.1 Sequencia da Montagem dos Subconjuntos mecânicos 1º - Foi Montado os três tipos de cabeçotes das esteiras Foram separadas adequadamente todas as peças em uma sequência e posteriormente, foram unidas uma a uma até finalizar a montagem dos cabeçotes. A figura 30 mostra o cabeçote montado e a figura 31 mostra o mesmo cabeçote antes da montagem. Figura 30 Cabeçote montado Figura 31 – Cabeçote desmontado 30 A figura 32 mostra o detalhe da instalação da polia sincronizada ao eixo do cabeçote. Logo a seguir, na figura 33, já se observa a polia montada ao cabeçote. Figura 32 – polia sincronizada Figura 33- cabeçote com a polia montada 2º - Nessa Etapa, foram montados os dois motores aos seus respectivos suportes. A figura 34 mostra as peças antes da montagem, e logo a seguir, na figura 35 mostra já o conjunto montado. Figura 34 – conjunto motor e suporte Figura 35 – motor montado ao suporte 3º - A montagem dos pedestais nas bases da esteira. As figuras 36 e 37, mostram a sequencia de montagem dos subconjuntos pedestal e mesa. Figura 36 – Pedestal e base Figura 37 – Conjunto pedestal e base montados 4º - Montagem da esteira de transporte roletes livres Esta montagem foi feita com a fixação dos eixos em uma das laterais, depois colocamos oito roldanas em cada eixo, e por fim fizemos o fechamento fixando a outra lateral através de parafusos. Figura 38. 31 Figura 38 – Esteira de Roletes livres 3.2.2.2 Montagem Final do conjunto mecânico Finalmente, na montagem final, onde todos os subconjuntos são montados e testados, conforme o planejado. Após serem separados e ordenarmos as peças de que compõem a esteira principal (figuras 39 e 41), foi iniciada a montagem das partes, em sua sequencia normal de montagem, conforme demonstrado nas figuras 40 e 42. Figura 39 – subconjunto desmontado Figura 40 – Subconjunto montado Para facilitar uma melhor visualização do trabalho, é demonstrado na figura 41 e figura 42, a disposição da posição e sequenciamento de todos os subconjuntos mecânicos alinhados para montagem (figura 41), e totalmente montados (figura 42). 32 Figura 41 – Esteira Desmontada Figura 42 – Esteira montada 3.2.2.3 Montagem Elétrica A alimentação externa é feita com uma carga de 220 Volts, passando por uma fonte de alimentação com saída de 24 Volts, controlando a tensão de modo a manter, pelo tempo de abertura e fechamento deste circuito a tensão desejada( figura 43). A partir da fonte, é alimentado o dispositivo CLP que, através de suas saídas irá alimentar o restante dos componentes: Servo motores CC Válvulas de 5 / 2 vias Sensores de presença Sick IHM 700 Plus Placa de controle de velocidade Prisma Fidenza (AZ.3M 24V – PRO1 –A) 33 Figura 43 – Montagem dos elementos eletrônicos Foi instalado um disjuntor para alimentar os motores das esteiras, desta forma qualquer sobre sobrecarga irá desarmar o mesmo sem afetar as saídas do CLP. Além da proteção do circuito, propiciará facilidade na manutenção, ou qualquer intervenção nos motores, sem a necessidade de desligar todo o sistema. Houve a necessidade de conectar um relé no motor do primeiro transportador de entrada que neste caso permite, de acordo com o tempo ajustado, comutar a partida e parada da esteira. Como a velocidade do motor é de 3000 RPM tornou-se necessário instalar uma placa de controle junto com um potenciômetro. Essa placa tem como função controlar a tensão de alimentações dos motores. Girando-se o potenciômetro no sentido horário aumentamos a RPM, sentido horário diminui a RPM (velocidade). A figura 44 demonstra como foi organizado a distribuição das ligações dos equipamentos elétricos e eletrônicos. Resumindo: tensão velocidade / tensão velocidade Aumenta a tensão, aumenta a velocidade. Diminui a tensão, diminui a velocidade. 34 A figura 44 ilustra a montagem elétrica e eletrônica do projeto Figura 44 – ligação dos componentes elétricos e eletrônicos 35 3.2.2.3. PROGRAMAÇÃO. Atualmente, os equipamentos devem atender as normas de construção, funcionamento e segurança. O programador precisa garantir o funcionamento correto, sem riscos e danos a saúde do operador ou do próprio equipamento. A programação foi executada pelos programas da Rockwell (Software de programação RS Logix 500) CLP e IHM, figura 45 Figura 45 - Software de programação RS Logix 500 Na figura46 demonstra-se o cenário das ferramentas necessárias para a implantação do software e a realização dos respectivos testes. Figura 46 – teste de comunicação entre CLP e IHM. 36 3.2.2.4. FUNÇÕES A seguir, é demonstrado na figura 47, os blocos de função de entrada e saída registrada na programação do CLP. Figura 47 – funções de entrada e saída do CLP 3.2.3 ILUSTRAÇÃO PROGRAMAÇÃO CLP Utilizando o software Software de programação RS Logix 500 em um CLP Rockwel SLC 500 / CPU 5/03, foi feito a programação de atuação dos sensores, válvula direcional e motores elétricos, conforme figura 48, figura 49. Figura 48 – Programação em ladder no CLP (entradas) 37 Figura 49 – programação em ladder no CLP (saídas) IHM Foi feito uma programação na IHM, para se obter controle do acionamento dos motores elétricos via CLP. As figuras 50 e 51 demonstram essa programação. Figura 50 – programação na IHM 38 Figura 51 – programação na IHM (tela de apresentação Inicial) 3.2.4. FUNCIONAMENTO. Alimentou-se o painel do motor, através da rede elétrica externa, com 220 V na entrada da chave seccionadora. A chave na posição “Off” - interrompe a passagem de corrente elétrica. Quando na posição “On” - permite a passagem de corrente alimentando todo o circuito elétrico. Mesmo com o circuito energizado, só é possível dar a partida no sistema com o auxílio de um dispositivo “Interface Homem-Máquina” – IHM, através de sua tela Touch Screen. Na IHM pode ser controlado todo o sistema, através da tela touch screen, permitindo navegar para habilitar funções, tais como: a. Seletoras de liga e desliga b. Ajustes gerais c. Monitoramento d. Contagem e. Histórico Dando-se partida nos motores, as esteiras iniciam o movimento no sentindo horário onde, através do movimento do cilindro movido, aciona a lona da esteira. 39 Assim, a lona de poliuretano transporta as caixas de diversos tamanhos. As mesmas passam por dispositivos sensores de leituras ópticas, enviando sinais de leitura ao dispositivo CLP que, através de uma lógica programável, determina para qual saída as caixas serão direcionadas. Entretanto, mesmo sabendo a qual rua será direcionada, este evento só ocorrerá quando a caixa estiver em frente ao dispositivo empurrador, onde haverá, também, mais um dispositivo sensor de presença que fará a interface com a válvula de 5/2 (cinco por duas) vias, comandando o cilindro pneumático a fazer o movimento de avanço, direcionando-a ao seu destino. (figura 52) Figura 52 – representação do deslocamento do cilindro pneumático Na figura 53, observa-se como acontece a separação do produto pelo seu tamanho físico. Com acionamentos efetuados, através de detecções em cada sensor, todo material separado irá automaticamente para as suas respectivas ruas (figura 54), determinadas, previamente, por orientação efetivada na programação do dispositivo CLP. Saída A Saída B Saída C 40 Figura 53 – Barreira de sensores para separação das caixas pelo tamanho físico Após ser separado pelo cilindro pneumático, o produto seguirá até o seu local de embalagem via esteira de roletes livres, conforme mostrado na figura 54, reduzindo assim o deslocamento feito pelo funcionário, pois a carga já estaria próximo ao seu ponto de distribuição para a paletização. Figura 54 - Esteira de Roletes livres Esteira de Roletes Livres 41 Com a utilização de uma barreira de Sensores (figura 55), habilita-se por meio de programação via CLP, um sinal de nível alto para acionamento das válvulas direcionais correspondente a cada tamanho de caixa. Figura 55 – Barreira de sensores Com o acionamento de um sensor, habilita-se o acionamento de uma válvula direcional, que libera por isso o acionamento do cilindro da saída A; sendo que quando a caixa correspondente passa pelo sensor de saída da saída A, o mesmo sinal é resetado, conforme demonstrado na figura 56. Figura 56 – Saída A Da mesma maneira, acontece quando ao passar pela barreira de sensores, acionando-se dois sensores, habilita-se a válvula direcional da saída B, onde o cilindro pneumático já acionado, desvia a caixa. E após a passagem da caixa pelo sensor correspondente, o mesmo reseta o sinal da barreira de sensores, reativando o motor da esteira de alimentação, conforme demonstrado na figura 57. 42 Figura 57 – Saída B E finalmente, se uma caixa ao passar pela barreira de sensores, acionar 3 sensores, habilita-se um sinal de nível alto, que irá acionar a válvula direcional da saída C, acionando por isso o cilindro pneumático e o mesmo desviará a caixa para a mesma saída. Ao passar pelo sensor de saída C, o mesmo sinal será desabilitado, reiniciando assim o motor da esteira de alimentação, conforme demonstrado na figura 58. Figura 58 – Saída C 43 4. CONCLUSÃO. Os auxiliares de final de linha de produção tem tarefa árdua no seu trabalho, devido a variedade e quantidade de produtos. São eles que pegam as caixas, os fardos, montam os paletes e levam até o setor de carregamento. Muitos sofrem, com o decorrer do tempo, com problemas físicos crônicos causados por esforços provenientes de suas atividades. Foi feito então um transporte inteligente, que reduz ou pelo menos ameniza esse esforço diário para coleta e montagem de paletes. Foi iniciado o desenvolvimento do layout para construção do protótipo. A grande dificuldade foi como conseguir material para construção. Com apoio da Empresa Piraquê e recursos próprios, conseguimos o material. A confecção mecânica de peças, realizada na indústria Piraquê, onde por tal motivo tinha que se aguardar a disponibilidade de horário, para que não comprometesse a mão de obra e as tarefas do trabalho propriamente dito. É descrito no texto abaixo os problemas encontrados: 1º - Seria usado um motor de corrente alternada, que na verdade, se mostrou problemático por causa do tamanho do motor. Por ser um protótipo, e o projeto ser em tamanho reduzido, foi contatado grande dificuldade em fixar e sustentar o motor. Sendo assim optamos por dois motores de corrente continua. 2º - um motor é de 3000 RPM foi encontrado, porém, uma velocidade extremamente rápida para o propósito. Através de uma pesquisa na internet encontrou-se uma placa que supostamente controla a velocidade de motores de corrente contínua e que suportaria a corrente máxima do motor de 4 A. Obs.: Placa suporta 5 A. Foi adquirido a placa de controle, que demorou 15 dias para chegar. Assim que chegou, Foi montada rapidamente e, infelizmente, a placa não suportou a carga solicitada. Acredita-se que com a esteira montada, rolos de arraste, atrito, etc., a corrente solicitada ultrapassou o limite, queimando a placa. 44 Através de contatos, foram conseguidos os motores e, placa de controle de velocidade com potenciômetros para cada motor. Então foram testados os motores e conseguiu-se atingir a velocidade desejada. 3 º - Com uma IHM Allen Bradley 600 Monocromático, foi carregado o programa e o layout; funcionou por alguns dias, mas começou a apresentar uma falha. Não era possível visualizar nada, provavelmente queimou a lâmpada led. Foi necessário recorrer ao empréstimo, junto a empresa, de um IHM 700 Plus, que desta vez funcionou perfeitamente. 4 º - Na montagem mecânica aconteceram algumas dificuldades na centralização da lona. Por serum transportador simples, foi cortado uma chapa em aço inox e dobrada em uma dobradeira manual. A dobra, que deveria ter um ângulo exato de 90º, não ficou perfeita. Isso pode ter contribuído para que, na hora da fixação dos cabeçotes e rolos, tenha ficado desalinhado. Feito então um esticador para corrigir o desalinhamento da lona. 5º - O desvio, efetuado com uma cantoneira reta, não estava direcionando as caixas para os transportadores de saída. 6º - A primeira intenção era deixar todos os transportadores ligados e ir abastecendo continuamente. Porém houve dificuldade, devido ao tamanho das esteiras, para conseguir equalizar o sincronismo. Ex.: caixas pequenas, médias e grandes entrando ao mesmo tempo aleatoriamente. Sendo assim a esteira de entrada liga, entrega uma caixa e desliga até que essa caixa seja desviada para rua determinada. Executado isso, a entrada liga novamente e entrega outra caixa e assim sucessivamente de maneira bastante rápida. 7º - Programação - Aconteceu um problema com o cabo de comunicação, onde se teve uma enorme dificuldade para se conseguir outro. E após este laborioso processo, foi obtido o êxito desejado, aonde se chegou as seguintes conclusões: Ao se testar o projeto, obteve-se êxito em seu funcionamento realizando a lógica de programação realizada no trabalho com sucesso. Assim, entende-se que a utilização do CLP é uma aplicação atual sendo capaz de realizar controle de diferentes tipos de processos por meio de uma programação mais fácil para quem tem 45 familiaridade com diagramas de comandos, sendo ele atualmente no âmbito da automação industrial. Ainda no teste concluímos que a utilização do CLP, a IHM, a fonte, os sensores e os motores e os demais componentes eletrônicos, foram uma excelente escolha para a realização do projeto, e obtendo total êxito na execução da tarefa desejada. BENEFICIOS DE AUTOMATIZAR: Repetitividade e maior qualidade na produção. Realização de tarefas impossíveis ou agressivas ao homem. Rapidez de resposta ao atendimento da produção. Redução dos custos de produção. Restabelecimento mais rápido do sistema produtivo. Redução de área. Possibilidade de sistemas interligados. MELHORIAS: Como melhorias para o projeto, se indica a colocação de um sistema de câmeras e um leitor de código de barras, fazendo assim com que o projeto possua maior confiabilidade de rastreamento do produto que será recebido pelo sistema, pois com essa aplicação, garante-se que aumente a quantidade de possibilidades, pois cada produto, com seu código de barras, será orientado para cada saída 46 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-controladores-logicos-programaveis-clps- 10413124-catalogo-portugues-br.pdf. http://jomar.pro.br/wp/wp-content/uploads/2015/04/33-Apresenta%C3%A7%C3%A3o- Motores-CC.pdf. CAPELLI, A. Automação Industrial - Controle do Movimento e Processos Contínuos. [S.l.]: Ética. DA SILVEIRA, P. ; DOS SANTOS, W. E. Automação e Controle Discreto. Tatuapé: Editora Érica Ltda., 2003. DE MORAES, C. C.; CASTRUCCI, P. D. L. Engenharia de Automação Industrial. Rio de Janeiro: LTC - Livros técnicos e Cientificos Editora S.A., 2001. INDUSTRIAL, C. A. CitySystems. Motor CC: Saiba como Funciona e de que forma Especificar, 2012. Disponivel em: <https://www.citisystems.com.br/motor-cc/>. Acesso em: 17 maio 2017. LAMB, F. Automaçao Industrial. [S.l.]: [s.n.]. 2011. SERVIÇO NACIONAL DA INDUSTRIA. Pneumática Básica. Rio de Janeiro: Senai Rio de Janeiro. 2007. Bit9. Kit Didático de CLP teoria e prática. Bit9 Automação. Brasil, 2012. AUTOMAÇÃO, G. -. WEG. Automação Sensores e Fontes. WEG- linha-de-produtos- 50011458-catalogo-portugues-br-Brasil, 2014. Disponivel em: <http://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Controls/Sensores->. Acesso em: 04 jun. 2017. INDUSTRIAL, C. A. CitySystems. Motor CC: Saiba como Funciona e de que forma Especificar, 2012. Disponivel em: <https://www.citisystems.com.br/motor-cc/>. Acesso em: 17 maio 2017.
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