PIM_AUTOMACAO_DE _SILOS

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GABRIEL ALMEIDA VIEIRA GRAÇAS
MARCOS DE OLIVEIRA PAIVA
OZIAS LINS DA SILVA
TIAGO DIONISIO DIAS
PROJETO DE AUTOMAÇÃO E SUPERVISÃO DE SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE SILOS AGROPECUÁRIO.
AUTOMATIZAÇÃO DE ABASTECIMENTO DE SILOS AGROPECUÁRIO.
 
SÃO PAILO
2021
GABRIEL ALMEIRA VIEIRA GRAÇAS
MARCOS DE OLIVEIRA PAIVA
OZIAS LINS DA SILVA
TIAGO DIONISIO DIAS
PROJETO DE AUTOMAÇÃO E SUPERVISÃO DE SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE SILOS AGROPECUÁRIO.
AUTOMATIZAÇÃO DE ABASTECIMENTO DE SILOS AGROPECUÁRIO.
Trabalho de conclusão do semestre para obtenção do título de graduação em Tecnólogo de Automação Industrial Apresentado à Universidade Paulista-UNIP.
Orientador: Prof. Giovanni Rizzo.
SÃO PAILO
2021
GABRIEL ALMEIRA VIEIRA GRAÇAS
MARCOS DE OLIVEIRA PAIVA
OZIAS LINS DA SILVA
TIAGO DIONISIO DIAS
PROJETO DE AUTOMAÇÃO E SUPERVISÃO DE SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE SILOS AGROPECUÁRIO.
AUTOMATIZAÇÃO DE ABASTECIMENTO DE SILOS AGROPECUÁRIO.
Trabalho de conclusão do semestre para obtenção do título de graduação em Tecnólogo de Automação Industrial Apresentado à Universidade Paulista-UNIP.
Aprovado em:
BANCA EXAMINADORA
Prof.
Prof. 
SAO PAULO
2021
RESUMO
O objetivo propõe o desenvolvimento de um projeto para automatizar, supervisionar e controlar o escoamento de um sistema a granel, aproveitando o máximo sua rotatividade. Através da aprendizagem com os conteúdos das disciplinas Controladores Lógicos Programáveis, Sistemas Supervisórios, Redes Industriais, Eletrônica de Potência e Comandos Elétricos e baseando em pesquisas e estudos foi possível elaborar um sistema que possa reduzir erros e desperdícios do processo atual. O sistema irá atuar no controle de escoamento dos produtos armazenados em silos, através de sensores, atuadores e motores para controlar a esteira, CLP's e o sistema SCADA para fazer o controle e supervisionar. É possível ter acesso remoto de qualquer lugar que tenha conexão internet, evitando a locomoção até a empresa e evitando gastos desnecessários.
Palavras-Chave: Supervisionar, Desperdícios, SCADA, CLP.
ABSTRACT
The objective proposes the development of a project to automate, supervise and control the flow of a bulk system, making the most of its turnover. Through learning with the contents of the disciplines Programmable Logic Controllers, Supervisory Systems, Industrial Networks, Power Electronics and Electric Commands and based on research and studies it was possible to develop a system that can reduce errors and waste in the current process. The system will act to control the flow of products stored in silos, using sensors, actuators and motors to control the conveyor, PLC's and the SCADA system to be able to supervise and control. It is possible to have remote access from anywhere that has an internet connection, avoiding commuting to the company and avoiding unnecessary expenses.
Keywords: Supervise, Waste, SCADA, PLC.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1- Esquemático do PIC 16F877A	18
Figura 2- Elementos de um Grafcet	21
Figura 3- Transição após temporização	22
Figura 4- Contatos NA/NF	23
Figura 5- Uma linha de programação	24
Figura 6- Exemplo de um programa	24
Figura 7- Função AND	25
Figura 8- Lógica de controle	25
Figura 9- Válvula direcional	27
Figura 10- Sensor Capacitivo	30
Figura 11- Sensor Óptico	31
Figura 12-Esquemático da Placa	34
Figura 13- Layout da Placa PCB	35
Figura 14- Aplicação do Grafcet	36
Figura 15- Diagramas de Blocos	37
Figura 16- Fluxograma de Programação	38
Figura 17- Simulador Protheus	40
Figura 18- Simulador Protheus Sirene (Alerta de Segurança).	41
Figura 19- Bico de envase em Inox com sistema Auto-stop.	42
Figura 20- Pistões pneumáticos	43
Figura 21- Esteira	44
Figura 22- Estrutura Metálica	45
Figura 23- Esquema Pneumático	46
Figura 24- Gravador de PIC	47
	SUMÁRIO
	
1.	INTRODUÇÃO	9
1.1.	JUSTIFICATIVA	9
1.2.	OBJETIVO	9
1.3.	MÉTODO DE PESQUISA	10
1.4.	DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA	10
1.5.	ESTRUTURA DO TRABALHO	10
2.	FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	12
2.1.	AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL	12
2.2.	PROGRAMAÇÃO EM C	14
2.3.	FUNÇÕES DE PROGRAMAÇÕES	15
2.4.	COMPONENTES UTILIZADOS NA AUTOMAÇÃO DA ENVASADORA	16
2.5.	SOFTWARE UTILIZADOS	19
2.6.	ALTERNATIVA PARA UTILIZAÇÃO DE OUTRO CONTROLADOR	19
2.7.	COMPONENTES PNEUMÁTICOS	27
2.8.	SENSORES	29
3.	DESENVOLVIMENTO	32
3.1.	ETAPAS PARA CONSOLIDAÇÃO DO PROJETO	32
3.2.	ESQUEMÁTICO DA PLACA PCB	33
3.3.	COMPONENTES FUNDAMENTAIS DA ENVASADORA DE GARRAFA	41
3.4.	ESQUEMA PNEUMÁTICO	45
3.5.	GRAVAÇÃO DO PIC	46
4.	CONCLUSÃO	48
5.	REFERÊNCIAS	49
6.	APENDICES	51
	
	
	
1. INTRODUÇÃO
1.1. JUSTIFICATIVA
	Com o avanço da tecnologia e da globalização dos sistemas automatizadas e células de produção, uma solução para melhoria do processo de produção é o abastecimento de itens a granel pelo sistema de alimentação em silos. Esse sistema apresenta bastante benefícios, eliminando esforços físicos que podem ocasionar riscos ergonômicos, otimiza o processo de abastecimento em qualquer seguimento e diminui o tempo de processo. Assim realizados o nosso “Projeto de automação e Supervisão de Sistema de Abastecimento de Silos Agropecuário”. 
1.2. OBJETIVO
	Todo procedimento industrial carece ser automatizado, controlado e monitorado, então, indispensável para o crescimento das empresas, pois reúne todas as variáveis do processo e as apresenta de maneira amigável ao operador. Neste projeto foi usado inversores de frequência que são importantes na automatização de um processo, consegue controlar ou manter constantes o torque e a velocidade de motores, mas para isso esses inversores devem ser parametrizados. Os sistemas supervisórios podem ser utilizados para fazer a parametrização de maneira remota. Como exemplo usaremos um padrão serial RS- que pode ser utilizado como meio de transmissão e o protocolo Modbus para troca de mensagens entre os dispositivos, implementando assim um sistema de comunicação entre inversos e supervisório. Para a criação do sistema supervisório foi utilizado o software Elipse SCADA, pelo site ALFACOMP (https://alfacomp.net/downloads/)conseguimos fazer o download disponibilizado. Este sistema faz a parametrização do inversor CFW-08 e controla o tipo de acionamento. O CLP juntamente com contatores tem a função de fazer a escolha do tipo de partida e a implementação do sistema supervisório tornou possível a parametrização e o controle do inversor de forma remota.
2. REDES INDUSTRIAIS
2.1 Introdução
A revolução da comunicação industrial na tecnologia da automação, está revelando um enorme potencial na otimização de sistemas de processo e tem feito uma importante contribuição na direção da melhoria no uso de recursos. Na Figura 01 mostram que as redes de comunicação estão presentes em todos os níveis de interação com a finalidade de tornar possível a troca de informações entre os computadores, CLP's, relés, inversores de frequência, controladores de processos, atuadores, dentre outros. Estas redes devem ser padronizadas para possibilitar uma maior integração de todas essas ferramentas. Vários protocolos foram então criados, cada um com suas características, para que a comunicação fosse padronizada. Os protocolos mais comuns são: MODBUS, PROFBUS, ETHERNET e FILDEBUS FOUNDATION, todos citados nas aulas.
No sistema automatizado as informações passam por meio de uma série de níveis corporativos, de tomada de decisões, e estes as retransmitem com os departamentos, para que todas as decisões possam sair da administração.
Figura 01 – Níveis da Pirâmide de Automação
Nesta representação existem diferentes tipos de níveis na automação de uma indústria. O nível 01 (Chão de Fabrica) tem dispositivos, atuadores e sensores que são controlados em campo, é o nível da produção onde ocorre todo trabalho físico.
O nível 02 chamado de Controle é composto de equipamentos de controle, os controladores (CLP), RTU. Neste nível é onde acontece toda a manipulação dos dispositivos de chão de fabrica.
O nível 03 é chamado de supervisão, composto pela arquitetura SCADA, todo monitoramento é feitoatravés de uma interface gráfica do usuário para operadores, é possível controlar vários sistemas a partir de um único local, não esta limitado a uma única estação remota.
Os níveis 04 e 05 é toda parte de gerenciamento onde existe a parte da comunicação, a finalidade de tornar possível a troca de informações entre os computadores, CLP’S, relés de proteção, inversores de frequência, dentre outros, estas redes devem ser produzidas para possibilitar uma maior integração de todas essas ferramentas.
2.1.1 REDES RS-485
Nos anos 60 o comitê conhecido como Eletronic Industries Association (EIA) criou uma interface de comunicação de dados entre equipamentos chamado de RS (Recommended Standard), que tinha o objetivo de trocar dados digitais entre um computador central (Mainframe) com os terminais remotos ou apenas entre dois terminais, assim surgiu os padrões RS.
As redes RS-485 podem possuir altas taxas de transmissão de dados e grande comprimento de rede, podendo a chegar a 1200 metros com um baud rate de 9600 bits por segundo. A figura abaixo mostra um exemplo do comprimento do cabo em relação a velocidade de comunicação, além do baixo custo de hardware, por utilizar só dois condutores do par trançado para troca de informação.
Figura 02 - Gráfico de comprimento do cabo em função da velocidade de comunicação.
Fonte: https://www.google.com/search?q=RS-485+COMPRIMENTO&rlz=1C1CHZN_pt-BRBR921BR921&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwjCy6GKuOjvAhVAzYsBHX3tBdEQ_AUoAXoECAEQAw&biw=1090&bih=548#imgrc=qvHhbO5DQWfluM
O padrão RS-485 é uma comunicação multiponto, a qual permite conectar até 32 dispositivos. Em funcionamento, apenas um dispositivo envia dado por vez, enquanto isso, os demais escutam, e somente aquele endereçado pelo pacote de dados interpreta a informação enviada.
2.2 INVERSORES DE FREQUêNCIA
Os Inversores de Frequência são equipamentos projetados para controlar e variar a velocidade ou torque de motores de corrente alternada. Para isso é capaz de produzir tensão e frequência trifásicas ajustáveis. Como decorrência dessa habilidade, os inversores permitem um acionamento suave do motor, evitando possíveis quebras. Além disso, eles asseguram que o motor não seja prejudicado quando há problemas na rede elétrica, como sobrecarga, queda de tensão, e etc. Abaixo temos um exemplo do Inversor citado no projeto.
Figura 03 – Inversor de Frequência CFW08
Portanto, um inversor de frequência transforma a tensão da rede, de amplitude e frequência constantes, em uma tensão de amplitude e frequência variáveis. É possível sua utilização em vasta gama de processos. Neste trabalho essas configurações serão inseridas através da interface de comunicação serial. As funções do inversor são executadas de acordo com os parâmetros definidos na CPU.
Após a sua instalação, para funcionar corretamente, é necessário informar todas as condições de trabalho para ele operar, o que consiste a parametrização. O número de parâmetros é proporcional a quantidade de recursos oferecidos pelo inversor.
Tabela 01 – Tipos de Parâmetros do Inversor WEG CFW-08
2.3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
Um sistema controlador é um dispositivo ou um conjunto de dispositivos que conduzem o comportamento de outros aparelhos (atuadores, contatores, etc.). Hoje em dia, todo processo precisa de algum tipo de controlador para garantir uma melhor segurança e viabilidade econômica.
O Controlador lógico programável(CLP), também conhecido pela sigla em inglês PLC(Programmable Logic Controller), é um dispositivo de estado sólido - um computador industrial, capaz de guardar instruções para implementação de funções de controle (sequência lógica, temporização e contagem, por exemplo), além disso realiza operações lógicas e aritméticas, manipulação de dados e comunicação de rede, sendo utilizado no controle de sistemas automatizados.
Antes do surgimento dos CLP's, os relés eletromagnéticos faziam as tarefas de comando e controle de máquinas e processos industriais. 
Figura 04 – Relé Eletromagnéticos
Estes relés eram especialmente projetados para este fim. Além disso, com o advento dos CLP's, os custos com fiação foram diminuídos expressivamente, ao invés de usar centenas de metros de fios com os painéis, um único par de fios trançados podem ser usados para transmitir os sinais dos subsistemas.
Conforme os processos se tornam mais complicados torna-se inviável o monitoramento através do programa CLP, por isso as interfaces homem-máquina (IHM) são propostas, uma vez que torna possível reunir todas as informações necessárias para o controle e monitoramento de um processo de forma amigável.
2.4 SISTEMAS DE SUPERVISÃO E CONTROLE
Considerado uma unidade de controle centralizado na linha da produção, o sistema supervisório pode ser avaliado como o nível mais alto de interface homem máquina, pois mostra o que está acontecendo no processo e permitem a atuação sobre este. Estes sistemas podem ser equipados com histórico de eventos, banco de dados, visualização de câmeras, controladores de eventos, dentre outros, para que o operador possa acessá-lo a qualquer instante, com o propósito que for.
Estes Sistemas de Controle Supervisório e Aquisição de Dados são sistemas de supervisão de processos industriais que coletam dados através de CLP's unidades terminais remotas ou outros aparelhos de aquisição de dados, e os exibe ao usuário em vários tipos de formas, fornecendo os mais diversos dados do procedimento monitorado. pode ser visto na Figura 06 em exemplo deste tipo de sistema, para controle e supervisão de silos.
Figura 05 - (Exemplo de um sistema de controle e supervisão de silos)
O sistema SCADA identificam os tags, os quais são todas as variáveis numéricas ou alfanuméricas envolvidas na aplicação, podendo executar funções computacionais ou representar pontos de entrada/saida de dados do processo que está sendo controlado.
O Elipse SCADA é um programa para desenvolvimento de interface homem-máquina voltado para supervisão e controle de processos bastante conhecido no mercado, como o nome indica, é baseado em sistemas SCADA.
Por ter uma linguagem de fácil manuseio e por possuir drivers para diversos tipos de protocolos de comunicação, o Elipse SCADA é um software para supervisórios bastante popular. Por utilizar o protocolo Modbus, faz possível a conexão aos inversores de frequência da linha CFW-08 e aos CLP's Clic02 20VT-D, sendo possível o monitoramento em tempo real de variáveis através de objetos e gráficos que estão relacionados com as variáveis físicas do campo.
Para cada tag criada pode-se estabelecer condições de trabalho, assim quando o valor de tag ultrapassa a condição pré-estabelecida um alarme pode ser ativado.
A Elipse Software, desenvolvedora do Elipse SCADA, fornece uma versão gratuita de demonstração de seu programa que, por ser uma versão demo, possui um limite de vinte tags. Como este trabalho se trata apenas de protótipo, estas são suficientes para o desenvolvimento do supervisório. A interface do Elipse SCADA pode ser vista na Tabela 2.
Tabela 2 – Etapas de um planejamento de Sistema Supervisório
O Elipse SCADA é um programa usado para desenvolvimento de interface homem-máquina voltado para supervisão e controle de processos bastante conhecido no mercado, como o nome indica, é baseado em sistemas SCADA.
O tipo de linguagem usada é fácil manuseio e por possuir drivers para diversos tipos de protocolos de comunicação, o Elipse SCADA é um software para supervisório bastante popular. Por utilizar o protocolo Modbus, faz possível a conexão aos inversores de frequência da linha CFW-08 e aos CLP's Clic02, sendo possível o monitoramento em tempo real de váriavéis através de objetos e gráficos que estão relacionados com as variáveis físicas do campo.
Figura 06 - Tela de Trabalho do Elipse SCADA. 
3 PROTOCOLO MODBUSN RTU
O protocolo Modbus foi desenvolvido pela Modicom Industrial Automation Systems, hoje denominada Schneider, no ano de 1979 e tinha o objetivo de estabelecer uma comunicação entre seus controladores lógicosprogramáveis. Foi publicado abertamente, de modo que qualquer um pudesse utilizá-lo sem pagar royalties, sendo hoje um dos protocolos mais utilizados no ambiente industrial.
Este protocolo é baseado em uma estrutura de mensgens compostas por bytes, reconhecida pelaos mais diferentes tipos de dispositivos. Apesar de ser utilizado normalmente sobre conexões seriais, ele também pode ser usado como um protocolo da camada de aplicação de redes industriais tais como TCP/ip spbre Ethernet e MAP.
O Modbus é fundamentado no modelo de comunicação mestre-escravo ou cliente/servidor onde o dispositivo que pode inicializar a comunicação deve ser somente o ùnico mestre da rede, os demais dispositivos escravos respondem enviando os dados que lhe foram solicitados, ou realizam alguma ação ordenada. Um escravo é todo dispositivo periférico que processa as informações e responde ao mestre. Já os mestres são dispositivos de comando, como computadores e CLP's. O dispositivo mestre pode endereçar cada dispositivo escravo da rede individualmente ou acessar a todos da rede através de mensagens broadcast. Veja abaixo um exemplo de modelo mestre-escravo:
Figura 07 – Modelo mestre-escravo
No modo RTU, cada palavra transmitida possui 1 start bit, oito bits de dados, 1 bit de paridade e 1 stop bit, desta forma a sequência de bits para transmissão de um byte pode ser vista na figura abaixo como exemplo:
Figura 09 – Transmissão de dados modo RTU
O campo de endereço é o campo com endereço do dispositivo escravo, o campo código da função contém o tipo de serviço ou função solicitada ao escravo (leitura, escrita, etc.). De acordo com o protocolo, cada função é utilizada para acessar um tipo específico de dado. O campo de dados contém os dados a serem escritos ou lidos pelo escravo, dependendo da função. CRC é o campo para checagem de erros e transmissão.
3.1 CLP (WEG Clic-02 20VT-D)
O CLP é muito empregado em automações de pequeno e médio porte, pois é capaz de exercer uma infinidade de aplicações em ambientes que não sejam muito agressivos. O modelo Clic-02 20VT-D da WEG é simples, fácil de configurar e ainda possui uma grande quantidade de funções capazes de fazer tarefas como temporização, contagem, PWM, PID, entre outras.
Figura 09 – Modelo CLP WEG CLIC-02 20VT-D
A programação pode ser feita tanto no display do CLP quanto através do programa CLIC-02, via cabos serial RS-232 utilizando um computador. Usaremos um modelo como exemplo o CLIC-02 20VT-D, possui comunicação serial através de protocolo Modbus, o que possibilita a comunicação com outros dispositivos.
3.2 INVERSORES DE FREQUÊNCIA
Inversores de frequência são equipamentos projetados especificamente para controlar e variar a velocidade ou torque de motores de corrente alternada com eficiência.
Para isso, o inversor é capaz de produzir tensão e frequência trifásicas ajustáveis. Como decorrência dessa habilidade, os inversores permitem um acionamento suave do motor, evitando possíveis quebras. Além disso, eles asseguram que o motor não será prejudicado quando há problemas na rede elétrica, como sobrecarga, queda de tensão, entre outros.
Portanto, um inversor de frequência transforma a tensão da rede, de amplitude e frequência constantes, em uma tensão de amplitude e frequência variáveis. O inversor de frequência tem como característica ser parametrizável, o que faz possível sua utilização em uma vasta gama de processos. Para um inversor funcionar corretamente, além de instalar corretamente, deve-se informar quais condições de trabalho ele operará.
Neste trabalho para fazermos a comunicação serial, usamos o inversor de frequência WEG CFW-08 que precisará do módulo de comunicação serial, Este caso será utilizado o KRS-485-CFW08. Este módulo é inserido na parte frontal do inversor no local da IHM paralela, disponibilizando a conexão RS-485. O controle do inversor de frequência será feito acessando diretamente seus registradores. A figura 11 ilustra o inversor de frequência com o módulo de comunicação conectado.
Figura 11 - Inversor CFW-08 com módulo KRS-485.